(1) 针对煤矿开采高能耗、高风险,以及事故不可逆的行业特性,自主研发安全经济、高度共享化的实验教学、实习、实训虚拟仿真平台。
煤炭是我国的基础能源和重要原料,在国民经济中占有重要的战略地位,但煤矿开采是一个高危险、高成本、高能耗行业,很难在实验室开展真实采掘工艺、矿井灾害、设备操作等的实验项目。因此,我校在静态物理仿真模型的基础上,联合采矿工程、安全工程等国家级教学团队,电工电子、工程训练中心等国家级实验教学中心,安全培训中心和教学模型厂等社会服务机构,组成高水平的实验教学和研发团队,综合运用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,营造真实矿井开采和灾害场景,开发矿井及矿井系统认识、采掘工艺、大型设备模拟操作、矿井灾害及灾害防治等虚拟仿真实验系统,提供可靠、安全和经济的实验项目,是对现行说教和静态模型展示为主的实验教学方式的重大革新。
(2) 确立网络虚拟仿真和虚实结合仿真的分类建设模式,基于自主研发、科研转化、校企合作三种模式,开发了具备自主知识产权的模块化虚拟仿真实验教学资源。
中心确立了实验教学资源建设的网络虚拟仿真和虚实结合仿真的分类建设模式,单纯的人机互动式和演示性实验项目,坚持采用网络虚拟仿真,使实验人员通过网络终端进行访问,并可以自主设计实验项目;一些需要多人协同,且需要操作手柄、按钮等支持的实验项目,则坚持虚实结合、相互补充、能实不虚的原则,硬件操作台设计按照实际设备外形,按钮、手柄形状和布局,以及操作手感,尽量按照1:1比例设计和制作,仿真程度极高,实验者能够实际操控部分力求真实,只有对类似矿井瓦斯爆炸场景、大型设备动作过程等存在重大隐患、高能耗、高成本问题的试验部分才使用计算机仿真,最大限度的提高实验人员的参与程度,提高实验效果。
近几年,我中心立足自主研发、科研转化、校企合作三种模式,积极促进实验教学资源建设,取得了综采工作面协同实训、综掘工作面虚拟实训、矿井提升虚拟实训、采煤工艺虚拟实验等5项国家专利和8项软件著作权,诸多实验教学项目为国内首创。
(3) 实现多虚拟仿真设备的连接和融合,学生以不同角色在同一个虚拟环境中进行协同实验。
煤矿开采有众多生产工艺、安全管理措施组成,如工作面开采、巷道掘进、提升机提升、瓦斯抽采等,均是由多工种协同完成,也是有多种设备协同配合完成,如综采工艺包括采煤机采煤、刮板输送机运煤、支架支护顶板、推溜移架等复杂工序配合完成,不是一个人或者一台设备能够单独完成的。本中心在设计和研发仿真实验项目时充分考了多工种、多设备协同实验,能够实现煤矿安全开采过程中的重要生产工艺进行多工种协同模拟实验。
(4) 中心打造了一支集实验教学、设计研发、推广为一体的教学和科研团队,实验教学与成果转化效果显著。
中心联合河南理工大学采矿、安全学科,电工电子实验中心、工程训练中心、安全培训中心、教学模型厂等国家级教学团队或示范中心,组成实验教学、设计与研发、加工制造、推广与销售为一体的教学与研发团队,实现产学研结合,积极促进产业转化。一方面,中心是教师的科研试验和成果转化基地,众多教师的科研项目的中试、科技成果的转化都在中心进行;另一方面,中心能够利用教师科研成果,不断更新实验教学内容,将前沿的科技知识贯穿于实验教学,缩短了学生与现代科技的距离,提升了实验教学水平。目前中心研发的专利产品“综采工作面虚拟仿真实训系统”、“综掘工作面虚拟仿真系统”、“矿井提升虚拟仿真系统”等,除应用于本中心教学外,这些设备还销售到河南、安徽、山西、贵州、广西、江苏、重庆、四川、湖南、湖北等省的高校、职业技术学校、企业培训中心,在实现产业转化的同时,为中心实验项目的研究与开发提供了资金保障。