近年來，虛擬設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。虛擬設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)建立虛擬環(huán)境，模擬真實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)過程，有效的提升了機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)員發(fā)展質(zhì)量與教學(xué)效率。

在機(jī)械工程專業(yè)，掘進(jìn)機(jī)作為隧道及地下工程施工的重要設(shè)備，其操作技能的掌握對于確保安全施工和提高工作效率具有至關(guān)重要的作用。然后掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型、施工作業(yè)場景都極為特殊，傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)方式受到場地、設(shè)備、操作以及安全等因素的現(xiàn)實(shí)，使得教學(xué)效果難以達(dá)到預(yù)期，因此，為了煤礦事業(yè)的發(fā)展，為了機(jī)械工程的發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生，為機(jī)械工程的訓(xùn)練模擬人才培養(yǎng)計(jì)劃開辟了新的道路。

掘進(jìn)是在巖(土)層或礦層中，開掘各種形狀、斷面或縱橫交錯(cuò)的井、巷、峒室的工作。掘進(jìn)工序分為主要工序和輔助工序。主要工序是直接在工作面上完成保證工作面進(jìn)度的工序，以及在巷道掘進(jìn)區(qū)域進(jìn)行的支護(hù)作業(yè)。主要工序由巷道穿過的巖石性質(zhì)而定。掘進(jìn)硬巖時(shí)，主要工序有鉆眼、裝藥、放炮、通風(fēng)和工作面的安全檢查、裝巖、巷道支護(hù);掘進(jìn)軟巖的基本工序有： 開掘巖石、裝巖、支護(hù)。如采用風(fēng)鎬、聯(lián)合機(jī)等方法開掘，則掘進(jìn)作業(yè)有連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)。主要工序可以按嚴(yán)格的程序依次地完成，也可以在時(shí)間上同時(shí)進(jìn)行(鉆眼和裝巖部分平行、鉆眼與支護(hù)完全平行)。輔助工序是保證主要工序正常進(jìn)行的工序，它包括調(diào)車、通風(fēng)、排水、臨時(shí)支架、工作面鋪軌、照明、敷設(shè)風(fēng)筒和電纜等工作。在大多數(shù)情況下它是與主要工序同時(shí)進(jìn)行的，而不需占用掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間。

掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件，依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對掘進(jìn)機(jī)操作及施工流程的精準(zhǔn)模擬，對掘進(jìn)環(huán)境的搭建，讓操作者能夠有置身于平面地下的真實(shí)施工體驗(yàn)。掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件，高度還原了掘進(jìn)機(jī)的整車設(shè)備部件，確保了布局的合理性和操作的真實(shí)性。用戶只需要通過PC電腦，便可以進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，滿足班級內(nèi)所有學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)操練習(xí)，無需額外的硬件設(shè)備支持，為學(xué)校解決教學(xué)實(shí)訓(xùn)難題的同時(shí)也節(jié)省了實(shí)訓(xùn)的門檻與成本。在實(shí)訓(xùn)過程中，掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件能夠模擬施工環(huán)境與工況，并給予學(xué)生正確的操作流程模擬，從認(rèn)知到學(xué)習(xí)，從學(xué)習(xí)到模擬，從模擬到考核，循序漸進(jìn)的方式為學(xué)校打造成熟的數(shù)字化教育資源矩陣，為培養(yǎng)高素質(zhì)的工程機(jī)械操作人才提供有力支持。

掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件功能：

 

（一）場景漫游

搭建掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真軟件，使用三維模型技術(shù)1:1還原真實(shí)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)現(xiàn)場，支持用戶自主漫游，觀察真實(shí)井下作業(yè)場地。

 

（二）設(shè)備認(rèn)知

掘進(jìn)機(jī)設(shè)備認(rèn)知，由于操作者需要實(shí)操掘進(jìn)機(jī)作業(yè)過程，必要條件便是需要認(rèn)識掘進(jìn)機(jī)設(shè)備及掘進(jìn)機(jī)控制面板（操作臺），通過真實(shí)還原三維仿真模型，用戶不需要去現(xiàn)場也不需要在網(wǎng)上翻閱大量的資料，便能夠在該仿真軟件中滿足設(shè)備認(rèn)知需求。

 

（三）原理動畫

由三維動畫技術(shù)搭建完成，真實(shí)展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行原理動畫，簡單明了剖析設(shè)備的運(yùn)作原理。局部展示掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行原理，使學(xué)生能夠更快達(dá)到對設(shè)備的認(rèn)知。

 

（四）故障模擬

掘進(jìn)機(jī)實(shí)操過程中可能出現(xiàn)故障，對故障問題以及處理方式進(jìn)行模擬，以確保操作員在操作設(shè)備過程中發(fā)現(xiàn)故障后能夠快速判斷并做出響應(yīng)措施，減少因出現(xiàn)不明故障而耽誤的工作進(jìn)度時(shí)間等。同時(shí)故障模擬的方式也可以幫助學(xué)生們減少實(shí)操中可能會出現(xiàn)的不安全因素，操作不當(dāng)?shù)葞淼墓收峡赡?，以提高學(xué)生的正確實(shí)操率。

 

（五）操作模擬

設(shè)備實(shí)操場景模擬，實(shí)操過程模擬，操作技能的理解與掌握。

舉例“工藝流程”：

打開遠(yuǎn)程電源隔離開關(guān)

解鎖掘進(jìn)機(jī)緊急停機(jī)按鈕

打開前后照明裝置

發(fā)送開機(jī)聯(lián)絡(luò)信號

啟動液壓油泵

啟動轉(zhuǎn)載機(jī)

啟動刮板運(yùn)輸機(jī)(一運(yùn)正轉(zhuǎn))

啟動耙爪(星輪正轉(zhuǎn))

升起截割頭到水平位置

升起后支撐

抬起鏟板

發(fā)送截割警報(bào)信號

運(yùn)行掘進(jìn)機(jī)到截割位置

放下鏟板

放下后支撐

啟動截割電動機(jī)

打開噴霧裝置

操縱截割頭進(jìn)行截割運(yùn)行作業(yè)

發(fā)出后退警報(bào)信號

升平、擺正截割臂

抬起鏟板

升起后支撐

運(yùn)行掘進(jìn)機(jī)后退到安全位置

停止截割頭運(yùn)轉(zhuǎn)

停止噴霧裝置

停止耙爪(星輪停止)

停止刮板輸送機(jī)(一運(yùn)停止)

停止轉(zhuǎn)載機(jī)

放下鏟板

落下截割臂

放下后支撐

停止液壓油泵

斷開遠(yuǎn)程電源隔離開關(guān)

 

（六）實(shí)訓(xùn)考核

設(shè)備自主操縱實(shí)訓(xùn)，拋開陪伴教學(xué)方式，自行進(jìn)行操作考核，按照正確的開車步驟，進(jìn)行實(shí)操。實(shí)操流程會進(jìn)行評分，考試介紹學(xué)生提交考核成績，教師也可以查看到學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成績，以此來選擇或及時(shí)調(diào)整后續(xù)的教學(xué)方式。

 

（七）資料文檔

機(jī)械工程相關(guān)文檔，學(xué)生可以自主下載查閱。教師可以對文檔進(jìn)行管理，上傳學(xué)生會用到的資料，學(xué)生登錄軟件后下載到本地進(jìn)行查看。

（八）設(shè)置

軟件個(gè)人賬號設(shè)置，軟件分為學(xué)生端/教師端，按照不同的校角色類型使用該實(shí)訓(xùn)軟件。