近年來，虛擬設計與仿真技術在機械工程領域中的應用越來越廣泛。虛擬設計與仿真技術可以通過計算機建立虛擬環境，模擬真實的機械設計過程，有效的提升了機械工程專業的學員發展質量與教學效率。

在機械工程專業，掘進機作為隧道及地下工程施工的重要設備，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重要的作用。然后掘進機的結構、類型、施工作業場景都極為特殊，傳統的實習實訓方式受到場地、設備、操作以及安全等因素的現實，使得教學效果難以達到預期，因此，為了煤礦事業的發展，為了機械工程的發展，掘進機虛擬仿真軟件應運而生，為機械工程的訓練模擬人才培養計劃開辟了新的道路。

掘進是在巖(土)層或礦層中，開掘各種形狀、斷面或縱橫交錯的井、巷、峒室的工作。掘進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度的工序，以及在巷道掘進區域進行的支護作業。主要工序由巷道穿過的巖石性質而定。掘進硬巖時，主要工序有鉆眼、裝藥、放炮、通風和工作面的安全檢查、裝巖、巷道支護;掘進軟巖的基本工序有： 開掘巖石、裝巖、支護。如采用風鎬、聯合機等方法開掘，則掘進作業有連續作業的特點。主要工序可以按嚴格的程序依次地完成，也可以在時間上同時進行(鉆眼和裝巖部分平行、鉆眼與支護完全平行)。輔助工序是保證主要工序正常進行的工序，它包括調車、通風、排水、臨時支架、工作面鋪軌、照明、敷設風筒和電纜等工作。在大多數情況下它是與主要工序同時進行的，而不需占用掘進循環時間。

掘進機虛擬仿真軟件，依托先進的計算機圖形技術和虛擬現實技術，實現了對掘進機操作及施工流程的精準模擬，對掘進環境的搭建，讓操作者能夠有置身于平面地下的真實施工體驗。掘進機虛擬仿真軟件，高度還原了掘進機的整車設備部件，確保了布局的合理性和操作的真實性。用戶只需要通過PC電腦，便可以進入系統內進行學習訓練，滿足班級內所有學生同時進行實操練習，無需額外的硬件設備支持，為學校解決教學實訓難題的同時也節省了實訓的門檻與成本。在實訓過程中，掘進機虛擬仿真軟件能夠模擬施工環境與工況，并給予學生正確的操作流程模擬，從認知到學習，從學習到模擬，從模擬到考核，循序漸進的方式為學校打造成熟的數字化教育資源矩陣，為培養高素質的工程機械操作人才提供有力支持。

掘進機虛擬仿真軟件功能：

 

（一）場景漫游

搭建掘進機虛擬仿真軟件，使用三維模型技術1:1還原真實掘進機作業現場，支持用戶自主漫游，觀察真實井下作業場地。

 

（二）設備認知

掘進機設備認知，由于操作者需要實操掘進機作業過程，必要條件便是需要認識掘進機設備及掘進機控制面板（操作臺），通過真實還原三維仿真模型，用戶不需要去現場也不需要在網上翻閱大量的資料，便能夠在該仿真軟件中滿足設備認知需求。

 

（三）原理動畫

由三維動畫技術搭建完成，真實展現設備運行原理動畫，簡單明了剖析設備的運作原理。局部展示掘進機的運行原理，使學生能夠更快達到對設備的認知。

 

（四）故障模擬

掘進機實操過程中可能出現故障，對故障問題以及處理方式進行模擬，以確保操作員在操作設備過程中發現故障后能夠快速判斷并做出響應措施，減少因出現不明故障而耽誤的工作進度時間等。同時故障模擬的方式也可以幫助學生們減少實操中可能會出現的不安全因素，操作不當等帶來的故障可能，以提高學生的正確實操率。

 

（五）操作模擬

設備實操場景模擬，實操過程模擬，操作技能的理解與掌握。

舉例“工藝流程”：

打開遠程電源隔離開關

解鎖掘進機緊急停機按鈕

打開前后照明裝置

發送開機聯絡信號

啟動液壓油泵

啟動轉載機

啟動刮板運輸機(一運正轉)

啟動耙爪(星輪正轉)

升起截割頭到水平位置

升起后支撐

抬起鏟板

發送截割警報信號

運行掘進機到截割位置

放下鏟板

放下后支撐

啟動截割電動機

打開噴霧裝置

操縱截割頭進行截割運行作業

發出后退警報信號

升平、擺正截割臂

抬起鏟板

升起后支撐

運行掘進機后退到安全位置

停止截割頭運轉

停止噴霧裝置

停止耙爪(星輪停止)

停止刮板輸送機(一運停止)

停止轉載機

放下鏟板

落下截割臂

放下后支撐

停止液壓油泵

斷開遠程電源隔離開關

 

（六）實訓考核

設備自主操縱實訓，拋開陪伴教學方式，自行進行操作考核，按照正確的開車步驟，進行實操。實操流程會進行評分，考試介紹學生提交考核成績，教師也可以查看到學生的實訓成績，以此來選擇或及時調整后續的教學方式。

 

（七）資料文檔

機械工程相關文檔，學生可以自主下載查閱。教師可以對文檔進行管理，上傳學生會用到的資料，學生登錄軟件后下載到本地進行查看。

（八）設置

軟件個人賬號設置，軟件分為學生端/教師端，按照不同的校角色類型使用該實訓軟件。