化工过程与装备虚拟仿真实验教学中心
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化工虚拟现实开发与应用实验教学模块
2012-03-28 11:43  

化工虚拟现实开发与应用实验教学模块

仿真技术,就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成,可以是现实世界的再现,亦可以是构想中的世界,用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。

化工生产一方面大量使用易燃、易爆、有毒或腐蚀性的化学品,另一方面往往采用高温高压或低温真空的操作方式,而且化工生产规模日益扩大,生产装置大型化、过程连续化、控制自动化的特点越发显著,所以让学生直接在化工生产装置上进行实验是不现实的,既不安全也不经济。为此,中心建立了化工过程仿真实验教学模块(见图6)。本教学模块共开设14个实验教学项目(见表5),以介绍虚拟现实的原理、概念和主要技术手段为基础,结合场景复杂、范围广、危险性强性强的化工生产应用案例进行虚拟仿真实验,让学生主动发现问题、分析问题,提高学生的动手能力和分析、解决实际问题能力。

6 化工虚拟现实开发与应用实验教学模块场景

5 实验项目一览表V

序号

实验项目

学时

功能

效果

1

虚拟精馏综实验

2

了解精馏塔的构造,熟悉精馏工艺流程;熟悉精馏塔操作方法;测定筛板精馏塔在全回流和部分回流情况下的全塔效率。

在虚拟环境下,完整地进行精馏塔的开停车操作,能准确判断精馏塔稳定状态,并学会使用比重计测量塔顶和塔釜组成并进而通过图解法求出全塔的理论板数,计算全塔效率、等板高度。

2

虚拟管路设计与安装实验

2

综合运用流体力学基本原理与操作技能,设计并安装“流量计校核”与“突然扩大、缩小局部阻力系数的测定”两个实验装置。

在虚拟环境下,掌握常用工具的使用方法,掌握管路的组装、试压、冲洗及拆除操作方法,掌握管路系统的运行测试及停车方法。

3

虚拟流体力学综合实验

2

熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法,测定直管摩擦系数λ和Re数关系曲线及局部阻力系数,测定单级离心泵在固定转速下的特性曲线。

在虚拟环境下,记录实验数据,计算直管摩擦系数及雷诺准数,在双对数坐标纸上标绘二者的关系曲线;计算局部阻力系数的平均值;计算离心泵特性参数。

4

虚拟总传热系数测定实验

2

利用套管换热器测定蒸汽冷凝与空气之间的总传热系数。比较空气以不同流速流过圆形直管时,总传热系数的变化。

在虚拟环境下,掌握换热器操作步骤,理解影响K值的主要因素,理解 不锈钢管内壁的温度变化规律。

5

苯胺工艺3D虚拟现实认识实习仿真

4

以计算机为载体对实际苯胺装置以虚拟现实方式进行模拟运行,操作人员可在其中行走漫游,从而达到熟悉重要设备的位置、形状、操作模式等目的。

可以强化培训工厂的安全制度、安全知识和安全操作,加强学生的安全意识。

6

甲醇工艺3D虚拟现实生产实习仿真

6

以计算机为载体对实际甲醇装置以虚拟现实方式进行模拟运行,操作人员可在其中进行现场操作,配合控制室内的仿DCS操作,达到熟悉装置流程的目的。

让学生熟悉甲醇工艺原理,掌握工艺操作规范,加强安全和环保意识。

7

多媒体计算机系统及外围设备的安装与使用

2

搭建多媒体计算机硬件系统的虚拟仿真模拟环境,包括声卡、图形加速卡、视频采集卡、视频捕获卡等在内的多种设备,系统可以实现实时交互。

通过与虚拟仿真硬件环境的交互,学生可以练习各种较为专业的多媒体扩展插卡的安装及连接方法。同时可以避免在实物设备上实验时对设备造成的损坏。

8

OpenGl三维图形软件包的使用

2

利用C++OpenGl搭建一个虚拟仿真环境,虚拟环境提供了选择OpenGl各种功能函数的交互点。

通过在虚拟环境中任意选取一定功能的OpenGL函数,并自由改变其参数,用户可以实时看到三维窗口中出现的相应场景变化,从而加快学生对OpenGl三维图形标准中各函数功能的感知和掌握。

9

虚拟现实外围设备的连接及使用

4

搭建3D虚拟仿真环境,实现对各种虚拟现实外围设备例如头盔显示器、操纵杆、力反馈设备等的真实模拟。

通过与虚拟仿真环境的交互,学生可以练习各种专业设备的安装调试,同时体验这些多媒体高端专业设备的使用效果。

10

虚拟装配

4

通过三维绘图软件,设计工业某领域的装配线路(如零件生产),设计者通过三维虚拟角色在线路中交互,学习装配过程,理解装配原理。

对于工业设计、生产的过程得到第一手的资料和体验,能够进行装配训练,避免实际厂房训练时出错及发生危险。

11

虚拟化学药品辨识实验

4

化学药品一般是陈列在专门的药品柜内,每瓶药品上贴有纸质的标签,使用时需要看这些标签,但时间长了就会使得标签上的字迹不清楚,因此采用RFID标签可以彻底解决这些问题。

对化学药品进行科学规范化管理,在对药品的辨识方面实现物联网技术的现实应用,通过虚拟现实手段,避免了化学品的接触伤害。

12

虚拟化工物联网综合认知实验

4

物联网综合认知实验是将前面的物流配送、化学药品识别、定位三个实验综合在一起,形成一个大规模的、能展示物联网全貌的认知系统。

通过上述3个实验的综合运用使学生提高物联网应用水平,对于大规模复杂应用场景有更好地把握,为今后大系统设计打下基础。

13

虚拟物联网轮胎生产沙盘综合实训

8

本系统旨在于挖掘轮胎生产过程中物联网应用点,构建模拟环境下轮胎制造生产线和物联网应用系统,使学生在虚拟场景中更清晰的了解轮胎制造工艺流程和物联网在现代制造企业中的重要作用。

通过该系统实训教学,学生可以初步了解轮胎生产工艺流程,具备一定的行业知识。同时,对于物联网的三层架构也会形成更加明确的认识。

14

虚拟火灾预警物联网应用系统

2

火灾自动报警系统是人们为了早期发现通报火灾,并及时采取有效措施,控制和扑灭火灾,而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施,是人们同火灾作斗争的有力工具。

通过虚拟现实3D场景的操作完全避免现实中的危险,对于火灾等突发小概率、破坏性强的事件有高仿真度的模拟。

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