[发明专利]一种轧制前滑测定虚拟实验方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种轧制前滑测定虚拟实验方法及系统。

背景技术

在轧制过程中，在高度方向受到压缩的金属，一部分沿着纵向流动，使轧件形成延伸，另一部分金属沿着横向流动，使轧件形成宽展。轧件的延伸是被压下的金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在轧制过程中，轧件出口速度大于轧辊在该处线速度的现象称为前滑现象。轧制前滑现象是轧制基本原理的一部分，是轧制过程研究基础性内容。理解前滑现象是深入学习轧制原理的基础，前滑值的测定实验也是进行某些轧制原理和模型研究的必要手段。因此，在与冶金行业相关的企业、高校、大专院校及科研院所往往都会设有相关实验设备或课程。

然而，无论是企业、高校、大专院校，还是科研院所，操作人员都是预先通过教材或实验手册上的内容学习实验内容，然后在实验室按照操作步骤说明一步一步地进行实验。一方面，受硬件和空间成本的限制，实验设备的数量往往很有限，难以实现较多人同时进行实验；另一方面，实验过程中容易发生意外，损坏实验设备仪器，甚至造成实验人员伤亡，实验室安全很难保证；再有，对于教学用途的实验，学生仅通过理论知识和一次性的实验操作很难完全理解掌握，达不到很好的学习效果。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种轧制前滑测定虚拟实验方法及系统，用以解决现有技术安全性低，效果较差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种轧制前滑测定虚拟实验方法，包括以下步骤：

步骤S1：策划和设计虚拟实验方案；

步骤S2：采集整理现场实验数据和实验现象；

步骤S3：基于采集的实验数据和实验现象，建立虚拟实验的3D场景模型；

步骤S4：基于虚拟实验的3D场景模型和实验操作步骤，得到实验操作模型；

步骤S5：结合3D场景模型、实验操作模型、数据库、实验学习模块、实验考核模块得到轧制前滑测定实验的3D仿真实验模型；

步骤S6：运行3D仿真实验模型，基于3D仿真实验模型中的人机交互界面进行实验原理、实验方法的学习以及可重复性仿真实验的操作，并记录操作者的操作过程和关键数据的输入输出情况；

步骤S7：通过记录的操作者的操作过程和关键数据的输入输出情况对实验结果进行评估；

步骤S8：在后台数据库记录用户的实验操作、实验数据和评估结果。

所述步骤S3中，建立虚拟实验的3D场景模型具体包括：对实验环境、实验设备、实验结果进行场景建模。

所述步骤S4中，得到实验操作模型的过程包括对人机交互界面以及标准实验操作步骤的参数和步骤进行编辑和设计。

所述3D场景模型中的实验环境、实验设备、实验结果在实验操作模型中体现；

所述实验操作模型中虚拟实验的操作对象是3D场景模型中的实验设备，虚拟实验的操作结果是3D场景模型中的实验结果，虚拟实验的环境具体由3D场景模型中的实验环境来表达。

所述步骤S5具体包括，将3D场景模型导入虚拟实验操作模型，建立实验操作模型在3D场景模型中的可视化效果和逻辑控制，再加入实验学习模块、实验考核模块、数据库，得到3D仿真实验模型，并对场景的效果和人机交互模块进行调试。

所述可视化效果包括：对实验操作练习模块的操作项进行高亮显示，实验轧机、实验结果展示；实验结果展示的可视化效果是基于采集的实验现象进行编辑、渲染的；

所述逻辑控制是指3D仿真实验模型中的实验操作模型与3D场景模型要素之间的调用和控制等交互，具体包括：实验操作模型调用3D场景模型中的要素，进行参数输入控制，3D场景模型给出相应的实验结果展示。

所述实验操作练习模块，还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于利用后台数学模型，对实验数据进行自动计算处理，获得最终实验数据和曲线；

所述实验考核模块在实验操作逻辑的基础上，在关键步骤或参数调整位置设置考核点，并且不提供操作步骤提示，数据处理过程需要操作人员自行计算并输入；

所述数据库用于存储各模型要素、用户操作、实验结果和考评结果。

所述步骤S6中，用户通过对键盘和鼠标的操控对实验的虚拟场景进行多角度观察和转换，通过调节镜头的远近对实验进行细节的观察，通过设备“亮光”提示和界面“提示语”提示的方式进行操作练习，通过多次实验和测量提高实验数据的准确性。

包括：高性能虚拟环境处理计算机、输入模块、传感器模块、应用处理模块、输出模块和通信模块；