一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法与流程

文档序号:17472365发布日期:2019-04-20 05:54阅读:1247来源:国知局
一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法与流程

本发明涉及一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法。



背景技术:

焦炭是高炉炼钢不可缺少的原料,焦炭质量直接影响高炉炼铁各项经济指标,小焦炉炼焦实验对优化焦炭质量具有十分重要的意义。但是小焦炉设备昂贵,炼焦过程需要加热到1000℃以上,具有一定危险性,且能耗高,实验过程中还会产生含硫和有机物等有害物质的煤气,具有污染性。这些条件限制了炼焦专业的本科生开展小焦炉炼焦实验,因此建立一个高交互性、高沉浸感、高感知性、专业的虚拟小焦炉炼焦实验室是十分必要的。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法,可以使学生在虚拟小焦炉炼焦实验环境中完成实验教学,同时老师可以查看学生完成情况和得分。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法,该方法可以使用户在电脑虚拟实验室环境中操作实验,也具有测评系统给用户反馈。本方法基于unity3d引擎,该引擎功能强大,跨平台性好,并且具有很强的拓展性。

本发明主要通过以下技术方案现实:一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法,包括以下步骤:

步骤一、创建小焦炉炼焦实验虚拟环境;

步骤二、根据焦炭质量的要求,确定配煤方案;

步骤三、将用户的操作数据上传至服务端,服务器依据客户端的操作给出成绩;

步骤四、将用户操作数据储存在数据库,用户和管理员可在客户端查看历史成绩。

本发明的有益效果是:小焦炉炼焦实验具有高成本、高污染、高危险等情况。该技术方案可以提供可靠、安全和经济的小焦炉炼焦实验教学,使用户在虚拟环境中直观了解设备的结构,同时也可以在电脑上完成整个实验,学习小焦炉炼焦实验的流程和注意事项。

在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。

进一步,所述步骤一具体包括:

根据小焦炉炼焦实验室的尺寸和实验设备的结构与尺寸进行三维建模;

将三维模型展uv,通过photoshop平面软件制作材质平面图,覆于三维模型上,使三维模型在虚拟环境中显示出真实的纹理和材质;

将三维模型和贴图资源导入unity3d,将材质贴图赋予三维模型,得到小焦炉炼焦实验环境。

采用上述进一步的有益效果是,由于三维模型的结构和尺寸是根据实际实验室和设备等比例缩放,同时根据实际实验室和设备表面的纹理和材质制作贴图,使小焦炉炼焦虚拟实验室环境和真实场景相似,给用户提供一个还原性高、沉浸性强的实验教学平台。

进一步,在所述的实验室包括实验室房间、实验桌、窗户、实验室注意事项画框。所述的实验设备包括鄂式破碎机、天平、筛子、铲子、小焦炉、控温仪、电脑。三维模型导出格式为.fbx。

进一步,在所述的三维模型展uv是将三维模型的表面展开为二维平面,通过photoshop平面软件将真实的纹理绘制于二维平面,得到贴图。贴图导出格式为.png。

进一步,在所述的虚拟环境是将带有贴图的材质赋予三维模型,使二维贴图投影到三维模型表面,得到小焦炉炼焦实验环境。

采用上述进一步的有益效果是,unity3d可以与导出格式为.fbx的三维模型兼容,可以保证三维模型在unity3d中显示正确的坐标位置。贴图格式为.png可以储存图片的透明度信息,占用的资源少,有利于系统运行流畅。

进一步,所述步骤二具体包括:

下达配煤炼焦任务,用户输入煤种配比;

根据用户输入的配煤方案进行焦炭质量预测,如果预测的焦炭质量满足焦炭的任务要求,则进入下一步,如果不满足要求,则需用户重新配煤方案,直至预测焦炭质量满足要求。

采用上述进一步的有益效果是,由于焦炭的质量与许多因素有关,其中与配合煤指标相关性最大,配煤作为炼焦实验准备工序之一,通过配煤过程用户可以学习焦炭的质量指标与配合煤指标之间的关系。同时也可以检验用户是否掌握配煤有关的知识。

进一步,所述的炼焦任务指焦炭质量指标为:抗碎强度>80%、耐磨强度<8%、反应性指数<26%、反应后强度为>60%、硫分<0.6%、灰分<13%的焦炭。用户首先选择煤种,然后根据炼焦任务输入各煤种的比例。

进一步,所述的煤种有4种,分别为焦煤3种、1/3焦煤3种、肥煤3种、瘦煤3种,一共12个煤样供选择。煤炭的质量指标为:灰分、挥发分、粘结性指数、最终收缩度、胶质层厚度、硫分、煤镜质组最大反射率、标准差。用户输入煤种比例时,首先要选择煤种,每个煤种只能选择一个煤样。

进一步,所述的焦炭质量预测模型是根据用户输入的煤种比例,其中灰分的预测模型方程如下:

(1)

其中,为焦炭灰分,为配合煤灰分;

硫分的预测模型方程如下:

(2)

其中,为焦炭硫分,为配合煤硫分;

焦炭抗碎强度预测模型方程如下:

(3)

其中,为焦炭抗碎强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭耐磨强度预测模型方程如下:

(4)

其中,为焦炭耐磨强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭反应性预测模型方程如下:

(5)

其中,为焦炭反应性,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭反应后强度预测模型方程如下:

(6)

其中,为焦炭反应后强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数。

根据用户输入的数据和焦炭质量预测模型预测焦炭质量,首先输入的数据需要满足选择的各煤种的比例之和为100%,然后需要全部满足焦炭质量6个指标才能进入下一步。

采用上述进一步的有益效果是,配煤需要满足4个方面,1、一级焦炭指标;2、配合煤的指标范围;3生产工艺情况;4配合煤成本。通过上述过程可以让用户进一步理解焦炭质量指标与配合煤指标之间的关系。

进一步,所述步骤三具体包括:

用户在虚拟小焦炉炼焦实验室进行炼焦实验;

根据用户操作步骤,给用户进行评分。

采用上述进一步的有益效果是,通过上述步骤,用户在虚拟小焦炉炼焦实验室进行实验操作,可以模拟真实炼焦实验,由于虚拟环境中的设备是按照实际设备尺寸等比例缩放,用户在虚拟环境中看到实验设备和操作整个过程,可以得到很好的实验教学。同时采用用户评分系统,可以及时给用户反馈,达到更好的实验教学效果。

进一步,所述的进行炼焦实验是指在虚拟小焦炉实验室环境中根据小焦炉炼焦实验步骤使用鼠标和键盘操作完成实验。

进一步,所述的炼焦实验步骤包括第一步:配煤;第二步:粉碎;第三步:细度检查;第四步:装煤;第五步:设置升温程序;第六步:将煤装入小焦炉;第七步:插入热电偶;第八步:结焦;第九步:熄焦;一共9个步骤。

进一步,所述的给用户进行评分是指根据用户的操作,配煤20分,其他每个步骤10分,一共100分。每一个步骤没有操作或者操作顺序不对都会扣分。

采用上述进一步的有益效果是,通过上述步骤可以将小焦炉炼焦实验量化为9个步骤,每个步骤代表一定分数,使评分系统更加合理,而且方便记录用户操作的数据和及时给用户反馈,帮助用户更好的学习。

进一步,所述步骤四具体包括:

将用户的信息和用户输入的信息储存在数据库;

管理员和用户可以随时查看信息和成绩。

采用上述进一步的有益效果是,将用户数据储存在数据库,用户可以随时可以查看自己的操作结果,同时管理员也可以在客户端查看用户的数据,有利于管理。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示,一种虚拟现实小焦炉炼焦实验教学方法,包括以下步骤:

步骤一、创建小焦炉炼焦实验虚拟环境;

步骤二、根据焦炭质量的要求,确定配煤方案;

步骤三、将用户的操作数据上传至服务端,服务器依据客户端的操作给出成绩;

步骤四、将用户操作数据储存在数据库,用户和管理员可在客户端查看历史成绩;

具体地说,步骤一包括:

a1、首先使用卷尺量取实验室、实验仪器的尺寸和结构。根据实验室房间、实验桌、窗户、实验室注意事项画框、鄂式破碎机、天平、筛子、铲子、小焦炉、控温仪、电脑的结构与尺寸使用三维建模软件进行三维建模,并将三维模型导出格式为.fbx;

a2、将三维模型展uv,得到三维模型平面图,通过photoshop平面软件将真实实验室和实验仪器的表面绘制在二维uv平面图上,得到三维模型的贴图,并将贴图导出格式为.png;

a3、将三维模型和贴图资源导入unity3d,将材质贴图赋予三维模型,可以将二维贴图投影到三维模型表面,使三维模型在虚拟环境中显示出真实的纹理和材质,得到小焦炉炼焦实验环境。

步骤二具体包括:

b1、焦炭是高炉炼钢不可缺少的原料,焦炭质量直接影响高炉炼铁各项经济指标,给用户下达的炼焦任务指焦炭质量指标为:抗碎强度>80%、耐磨强度<8%、反应性指数<26%、反应后强度为>60%、硫分<0.6%、灰分<13%的焦炭;

b2、首先用户需要选择煤种,分别为焦煤3种、1/3焦煤3种、肥煤3种、瘦煤3种,一共12个煤样供选择。首先要选择煤种,每个煤种只能选择一个煤样,然后输入煤种比例;

b3、根据用户输入的煤种比例,使用焦炭质量预测模型预测焦炭质量,其中灰分的预测模型方程如下:

(1)

其中,为焦炭灰分,为配合煤灰分;

硫分的预测模型方程如下:

(2)

其中,为焦炭硫分,为配合煤硫分;

焦炭抗碎强度预测模型方程如下:

(3)

其中,为焦炭抗碎强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭耐磨强度预测模型方程如下:

(4)

其中,为焦炭耐磨强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭反应性预测模型方程如下:

(5)

其中,为焦炭反应性,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数;

焦炭反应后强度预测模型方程如下:

(6)

其中,为焦炭反应后强度,为配合煤灰分,为配合煤挥发分,为配合煤粘结指数。

根据用户输入的配煤方案进行焦炭质量预测,如果预测的焦炭质量满足焦炭的任务要求,则进入下一步,如果不满足要求,则需用户重新配煤方案,直至预测焦炭质量满足要求。

步骤三具体包括:

c1、用户完成配煤任务后,需按照配煤方案在虚拟小焦炉炼焦实验室进行炼焦实验。用户需要在虚拟小焦炉实验室环境中使用鼠标和键盘操作完成实验;

c2、用户需要完成炼焦的9个实验步骤包括第一步:配煤;第二步:粉碎;第三步:细度检查;第四步:装煤;第五步:设置升温程序;第六步:将煤装入小焦炉;第七步:插入热电偶;第八步:结焦;第九步:熄焦;用户首先需要靠近实验装置,触发提示,根据提示使用鼠标和键盘完成实验步骤;

c3、指根据用户的操作,其中配煤20分,其他8个步骤每个10分,一共100分。每一个步骤没有操作或者操作顺序不对都会扣分,给用户进行评分,并给出报告指出该用户的操作错误。

步骤四具体包括:

d1、将用户的信息和用户输入的信息储存在数据库,每一个用户都有一个id,根据用户注册时间的顺序分配id,每个id下面储存用户的用户名、密码、配煤方案、操作数据等。这些数据会上传至服务器端;

d2、客户端可同步服务器端的数据,管理员可以查看所有用户的信息和成绩,用户只能查看自己的信息和成绩。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,反在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替代、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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