钢铁智能生产虚仿基地，培养行业新时代产业工匠

山东工业职业学院是我省唯一一所以钢铁冶金为特色的高职院校，绿色钢铁生产技术专业群是省级高水平专业群，承担着为我省钢铁产业高质量发展和数字化转型培养急需的高素质复合型技能人才的重任。我校绿色钢铁智能生产虚拟仿真实训基地于 2021 年经省教育厅批准立项建设，已累计投入 4000 余万元，基地基本建成，育人成效显著。

一、需求背景

钢铁工业是资源、能源密集型产业，产业规模大、工艺流程长，生产现场复杂、危险因素多，传统的实践实训方式效率低、周期长、成本高，安全隐患多；钢铁生产中的焦炉、高炉、转炉、加热炉等冶金反应容器，工况环境存在高温、噪音、粉尘、有毒气体、易燃易爆等危险因素，难以近距离观察、难以真正操作设备、难以再现生产工况，属于典型的“三高三难”行业。

二、建设思路

为顺应现代钢铁企业“操检合一”“一岗多能”“数改智转”对技能人才的需求，按照“以实带虚、以虚助实、虚实结合”的总体思路，绿色钢铁智能生产虚拟仿真实训基地对接企业真实的工作环境，充分应用虚拟仿真、人机交互和数字孪生技术，引入大型智能钢铁企业的烧结、炼铁、炼钢、轧钢等钢铁全流程生产线的“实体”优势资源，借助云计算、物联网、大数据和人工智能等手段，构建集训、教、研、创、普、赛为一体的钢铁生产智慧管控中心、钢铁生产全流程虚拟仿真实训中心、冶金设备点检与维护 3D 体验中心、钢铁材料数值模拟协同创新中心、钢铁生产安全技能教育与体验中心、中国冶铁文化传承与科普中心和虚拟仿真管理与共享平台“六中心·一平台”绿色钢铁智能生产虚拟仿真实训基地，引领冶金类专业群建设，辐射带动机械制造、电气控制、工业物流、计算机应用等专业群的发展。

三、主要功能

1．智慧管控，塑造数字化思维和系统解决问题的软实力

钢铁生产智慧管控中心是基于真实生产车间进行3D 数字映射实，实时状态感知与数据采集，实现钢铁生产全流程的远程、集中、智慧化管控，帮助学生理解钢铁生产流程（如炼铁、炼钢、轧制等）与智能管控系统的结合逻辑，掌握工业物联网、大数据分析、人工智能等技术在生产监控、工艺优化中的实际应用；通过 MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划系统）等平台，掌握生产计划排程、物料追踪、质量管控的信息化管理流程，理解 “工业 4.0” 中 “信息流 - 物流 - 价值流” 的协同机制；基于实时生产数据（如温度、压力、能耗等），运用机器学习算法进行趋势预测与工艺优化，培养从数据中提炼解决方案的能力。

2. 流程仿真，加深专业知识理解和工艺实操能力

通过炼铁（高炉炼铁、熔融还原）、炼钢（转炉 / 电炉炼钢）、连铸、轧制等核心工序的仿真软件，使学生可直观理解各环节的工艺参数（如温度、压力、成分）与设备运作逻辑，突破传统教材的抽象认知提升全流程工艺认知能力；借助 3D 虚拟场景或交互式界面，学习操作高炉布料系统、连铸结晶器、轧机辊缝调节等设备，理解参数（如轧制速度、冷却水量）对产品质量的影响，培养工业现场的实操手感和工艺方案优化设计能力。

3. 透视剖析，训练设备点检与运行维护能力

冶金设备点检与维护 3D 体验中心通过 VR、AR、MR 及其他虚拟仿真和数字可视化技术，学生可以直观地观察到各种冶金设备的内部和外部结构，如高炉、转炉、连铸机等，清晰了解每个部件的形状、位置和连接方式，建立起对设备的整体认知；借助 3D 动画和模拟演示，学生能够深入学习冶金设备的工作原理，打破了在传统教学中教师只能通过口述、图文或者多媒体来呈现其形象的弊端，采用沉浸式教学可以把枯燥的内容直观化、形象化、具体化；学生按照流程在虚拟环境中进行实践操作，了解不同故障现象背后的可能原因，提高故障诊断的准确性和效率。

4. 数值模拟，提升工业软件应用与研发创新能力

钢铁材料数值模拟协同创新中心依靠电子计算机，结合有限元或有限容积的概念，利用 ProE、Solidwork、ANSYS、 AnyBody、Flovent等专用软件，通过数值计算和图像显示的方法，对冶金过程中流体、温度、组织、性能、结构等方面的复杂演变过程进行研究，提供产品研发、性能测试、应用评价、工艺设计与优化、生产模拟等服务，提高产品质量，并降低开发风险。

5. 伤害体验，培养安全风险认知和应急处置能力

钢铁生产安全技能教育与体验中心充分利用互联网技术、多媒体技术、虚拟现实等先进技术，将针对性、实用性、体感性、趣味性与安全技能有机融合，设置了钢铁生产、机械伤害、化工危害、电气安全、工厂作业、特种作业 6 个体感式安全教育培训专区，培养学生应对钢铁生产过程中高温、煤气、机械伤害、高空作业、有限空间等各种安全风险和紧急避险、现场急救、火灾扑救等应急能力。总结

6. 文化自信，强化“钢铁强国”使命担当和“科技报国”情怀意识

中国冶铁文化传承与科普中心包含了冶金文化馆、冶金博物馆、材料博物馆馆，冶金博物馆凭借丰富的展陈内容与前沿的科技手段，已成为学校的一张亮眼文化名片；冶金文化馆以“炉火初心，匠心筑梦”为主题，通过历史溯源、工艺展示、科技应用和文化传承四大板块，全方位展现钢铁工业的发展历程与时代价值，是学院“三全育人”的重要载体。材料博物馆深化产教融合、文化育人功能，作为山东省科普教育基地和中小学生研学活动，推动职业教育发展与促进产学研深度融合贡献力量。

四、成效贡献

绿色钢铁智能生产虚拟仿真实训基地自建设以来，创新了“双线互通，实虚互补”实训教学模式，解决了冶金类专业实践教学的“三高三难”问题，突破了岗位操作时间、空间限制，反复训练、比对、校正、领悟，培养学生的发现问题、分析问题、解决问题的能力，直接受益学生 6000 余人；冶金类专业毕业生就业率高达 100% ，用人单位满意度 98% 以上，学生就业一年内工资薪酬远高出山东省应届毕业生平均薪酬水平，一大批毕业生成为各大钢铁企业的操作骨干和技术能手；培养了 1 个省级职业教育教师创新团队，1 名省教学名师，1 名山东省青年技能名师；申报省级教学改革课题 3 项，省级及以上技能大赛二等奖以上 6 项；承办全国总工会“红旗杯”班组长大赛、中钢协全国钢铁企业职工竞赛等企业的职工技能大赛，服务企业职工3000 人次以上。

作者简介：陆凤君（ 1982- ），男，汉族，江苏建湖人，工程硕士，副教授。

项目 ： 本论文是 2023 年山东省职业教育“技能大赛”工作室项目建设成果，项目编号：2023059，滕德强技能大师工作室。