煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践平台构建

煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践平台构建

于伟

西安科技大学 化学与化工学院，陕西 西安 710054

摘要：矿物加工工程专业是对实践动手能力要求很高的一门学科，煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践平台可用于模拟真实选煤厂的工艺流程、设备状态与结构、安全注意与防护、智能装备与发展等，将实践教学内容赋予语言、声音、图象、文字、动画、音乐等数字化处理，更加直观地将所有实践教学内容表现出来并传达给学生，使学生身临其境，成为学习的主动参与者，由此可大大激发学生的学习积极性，高效提高真实工厂实践教学效果。

   关键词：煤炭；清洁加工与利用；虚拟仿真

    中图分类号：G642

实验和实践教学是大学生实验、实践和创新能力培养的平台，是创新、创业型人才培养的必备过程[1]。矿物加工工程专业是工程背景很强的学科[2]，一方面要求科学问题生活化、情景化、社会化，另一方面要求学生动手实践，积极参与社会实践、生产实践、探究实践。因此学科设置理念是将本学科与学生的学习实践、生产实践、社会实践紧密结合，按照学生的实践整合课程体系，让学生积极参与知识的形成过程，在实践中发展，尤其注重学生的工程实践素养与能力，体现“厚基础、宽口径、强实践、重创新”的实践教学方案，通过多元实践人才培养机制，培养优秀的工程技术人才。

1. 煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践意义

矿物学、选矿学、粉体技术、煤化工工艺学等专业课，是矿物加工工程专业的主干核心课程，通过理论知识的学习，学生掌握了矿物加工方法的基本理论、基本工艺及相应的机械设备的结构及其工作原理。学习主干理论课后需要到工厂进行实践学习，以进一步理解、巩固和延伸理论知识的学习。但直接去工厂实习，学生由于接触实际生产较少，容易导致走马观花、重点不突出的现象。因此，在学习完主干课程后进行工厂虚拟仿真实习非常有必要，既是理论课的延续，也是工厂实践的预热，其目的是将理论与实践有机结合，进一步巩固所学理论知识，进一步加强工厂实践效果。通过煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践练习，培养学生在对工厂生产进行虚拟仿真学习过程中，发现、分析和解决问题的能力，提高学生的综合素质，同时为现场生产实习及后续专业理论课程学习（矿物加工工程设计等）打下良好的基础。

到选煤厂进行生产实习之前进行虚拟仿真训练，对于矿物加工工程专业技术的学习和掌握，具有重要意义，可设置虚拟仿真实践任务为：更深入地认识和理解选煤厂的工艺流程、选煤方法、原理、主要设备和辅助设备的结构、性能和工作原理；了解主要设备的使用及操作情况，到实地选煤厂实习时能真针对性地实习及提出与解决问题。通过虚拟仿真训练，达到加深理论知识理解，了解实际现场实习中无法深入设备内部遇到的相关问题[3]。

2. 煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践内容

煤炭清洁加工利用虚拟仿真实践教学依托选煤生产工艺虚拟仿真软件，以动态仿真软件为核心基础，构造选煤3D虚拟仿真工厂，完全按照实习基地选煤厂实际工艺与设备进行仿真模拟，特别是煤流、水流、介质流以及旋流器、重介浅槽等主选设备的应用，还原度高，使学生对工艺及设备有初步的认识与理解。

学生可以通过该软件完成厂区漫游学习、重要设备结构展示、相关知识点学习、知识点考核等。3D虚拟现场与真实工厂布置一致，设备、管路等均模拟现实生产情况，加深学生对选煤厂总平面以及厂房设计的认识。虚拟实践的同时能进一步提高学生对原煤破碎、筛分、重介分选、脱介、磁选、旋流分级、煤泥沉降、浮选、煤泥过滤等工序的理解能力，巩固所学理论知识，并为后续开展的现场实习打下基础，通过反复的实践模拟，使学生熟悉各岗位人员生产线设施设备的操作与知识，熟练掌握各岗位技能、应急预案响应流程，从而更大限度地发挥人员能力，进一步锻炼专业人员的综合处理能力。

煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践平台主要模拟真实选煤工厂的工艺流程、设备状态与结构、安全注意与防护、智能装备与发展等，通过虚拟实践平台，学生实现对选煤工厂的基本了解，仿真实践内容主要包括：工厂安全生产规程；煤炭洗选工艺系统原煤性质分析；入选原煤可选性分析；煤炭洗选工艺系统破碎-筛分作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统块煤跳汰作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统块煤浅槽作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统末煤重介作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统粗煤泥分选回收作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统细煤泥浮选作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统浓缩作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统压滤脱水作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统煤泥烘干作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统重介质回收作业的设备、工艺流程及车间厂房布置；煤炭洗选工艺系统产品指标及用途；全厂总平面布置。

通过建模手段将实践教学内容（包括工艺流程、车间布置、设备结构等）赋予语言、声音、图像、文字、动画、音乐等数字化处理，利用一种全新的、图文并茂的形式呈现教学信息，更加直观和具体地将所有的实践教学内容表现出来并传达给学生，使学生身临其境，成为学习的主动参与者，也成为发现、探究和深入理解知识的主体，由此可以大大激发学生的学习积极性，高效提高实践教学效果，同时，实地工厂实习的效果也会更加明显

[4]。

3. 结语

煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实践教学平台是对传统实践教学的有益探索。它能够结合矿物加工工程专业特色，将实践教学内容赋予语言、声音、图象、文字、动画、音乐等数字化处理，利用一种全新的、图（动态）文并茂的形式呈现教学信息，更加直观地将所有实践教学内容表现出来并传达给学生，使学生身临其境，成为学习的主动参与者，由此可大大激发学生的学习积极性，高效提高真实工厂实践教学效果。

煤炭清洁加工与利用虚拟仿真实验教学系统也是对传统实践教学的有力补充。学生在进入真实实习前，利用该系统可以提前预习学习实习的各项内容，从而提高实习效率，实现带问题、有目的实习，达到节省在现场的实习时间，降低实习成本的效果。同时，该虚拟仿真实验教学系统还可作为矿物加工工程专业学生毕业设计的参考，包括设备选型、车间布局、工业厂地总平面布置等，都可作为毕业设计的主要内容参照，对学生整体专业素质与工程能力的提高具有重要作用。

参考文献：

[1]林琎,赵春青,刘会香,等.虚拟仿真技术在高校实验和实践教学中的应用[J].中国现代教育装备,2019,(3):6-8.

[2]邱俊,朱向楠,孙玉凤,等.矿物加工工程专业实习教学模式改革[J].中国教育技术装备,2019,(14):120-121.

[3]吴蓬,邱俊,朱向楠.矿物加工虚拟仿真教学平台在实践教学中的应用[J].中国教育技术装备,2020,(21):44-45.

[4]高鹏,余建文,韩跃新,等.疫情下“虚拟仿真与线上直播”相融合的工科实习教学创新与实践——以矿物加工工程专业生产实习为例[J].高教学刊,2021,(15):23-26.

基金项目：西安科技大学教育教学改革与研究资助项目（JG21062）。

作者简介：于伟(1985-  )，男，山东昌邑人，硕士，工程师，从事矿物加工工程专业的实验教学与科学研究。