軌道交通信號與控制專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)策略研究

林俊亭 孫鳳茹 齊現(xiàn)委

（ 1蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070；2蘭州城市學(xué)院城市經(jīng)濟(jì)與旅游文化學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3 蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州，730000）

“軌道交通信號與控制”專業(yè)是教育部在2012年增設(shè)的一批國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和改善民生急需以及應(yīng)用性強(qiáng)、行業(yè)針對性強(qiáng)的新專業(yè)之一[1]。

截止2014年3月，我國鐵路營業(yè)里程已達(dá)10.3萬公里[2]；根據(jù)國家“十二五”規(guī)劃，預(yù)計到2015年，全國城市軌道交通營業(yè)里程也將突破4000公里?？焖侔l(fā)展鐵路和城市軌道交通行業(yè)對學(xué)校教學(xué)和企業(yè)職工技術(shù)培訓(xùn)，無論是從數(shù)量、規(guī)模還是層次上都提出了更新、更高的要求。各級院校及鐵路職教部門針對軌道交通類人才的培養(yǎng)與培訓(xùn)，從生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、校企聯(lián)合職工培訓(xùn)和“雙師培養(yǎng)”以及校企聯(lián)合實(shí)驗室建設(shè)方面進(jìn)行了研究[3，4]。

實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)成本高、周期長，單純由企業(yè)或高校一方建設(shè)受到經(jīng)濟(jì)和人員等諸多因素制約。校企聯(lián)合實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的研究與實(shí)踐，是實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研用”的有效途徑，是高等院校和生產(chǎn)企業(yè)共同面臨的課題，也是各級院校依據(jù)專業(yè)教學(xué)需求，進(jìn)行專業(yè)建設(shè)和學(xué)生培養(yǎng)的基礎(chǔ)。

1 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)存在的問題

1.1 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)經(jīng)費(fèi)的匱乏

軌道交通信號與控制專業(yè)從專業(yè)方向可分為鐵道信號、高速鐵路和城市軌道交通三個方向。每個方向要建設(shè)的實(shí)訓(xùn)基地設(shè)備差異性很大。傳統(tǒng)鐵道信號方向要建設(shè)實(shí)訓(xùn)基地應(yīng)包含：6502電氣集中系統(tǒng)、區(qū)間信號系統(tǒng)、駝峰信號系統(tǒng)和信號基礎(chǔ)設(shè)備等，各系統(tǒng)建設(shè)占地面積大，成本高；高速鐵路方向?qū)嵱?xùn)基地需要包括全套列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（車載和地面）以及計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和調(diào)度集中系統(tǒng)；城市軌道交通方向?qū)嵱?xùn)基地建設(shè)更為復(fù)雜，各城市的軌道交通信號設(shè)備差異性大，通用性不強(qiáng)。因此，要建設(shè)完善的軌道交通與信號控制的實(shí)訓(xùn)基地，投資巨大。

1.2 校企合作實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的意愿分歧

學(xué)校以輔助教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生作為實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的動力，設(shè)備型企業(yè)則以技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新合作為需求，而運(yùn)維型企業(yè)以職工教育和實(shí)戰(zhàn)演練為目標(biāo)。軌道交通信號與控制專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)多以運(yùn)維型企業(yè)（鐵路公司或地鐵公司）為主，學(xué)校一般以實(shí)習(xí)方式與運(yùn)維型企業(yè)合作。此種合作由于運(yùn)維型企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)重，導(dǎo)致合作時學(xué)校一方熱情，而企業(yè)一方消極。

1.3 工學(xué)矛盾與教學(xué)的沖突

企業(yè)職工在承擔(dān)繁重的日常工作的同時，很難抽出時間參加新技術(shù)學(xué)習(xí)和故障處理演練；同時已建成的實(shí)訓(xùn)基地隨著新線開通，設(shè)備難以及時更新。學(xué)校安排學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)，教學(xué)時長通常安排2-4周，到達(dá)實(shí)習(xí)單位，經(jīng)過安全教育，再分崗實(shí)習(xí)，崗位分散組織管理難度較大。因此，企業(yè)和學(xué)校在職工教育和學(xué)生管理上都面臨著難題。

1.5 產(chǎn)學(xué)研用效益難發(fā)揮

實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)最終目的是教育學(xué)生和培訓(xùn)員工。目前淺層次的校企“產(chǎn)學(xué)研用”的合作現(xiàn)狀，使得學(xué)生得不到充分的鍛煉[5]，企業(yè)現(xiàn)有員工技術(shù)水平和后備力量不足，導(dǎo)致企業(yè)的長遠(yuǎn)利益受損。

2 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的策略分析

2.1 拓展思路，破解建設(shè)經(jīng)費(fèi)瓶頸

實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)要本著實(shí)用、可更新原則，并且要拓展思路。建設(shè)場地和實(shí)訓(xùn)設(shè)備無論對于企業(yè)還是學(xué)校都是制約實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的根本因素。可從以下幾個方面進(jìn)行突破：

1）研用結(jié)合，建設(shè)半實(shí)物基地。全實(shí)物的實(shí)訓(xùn)基地占地面積過大，且不能保證覆蓋全部系統(tǒng)。可采取企業(yè)提供部分實(shí)物，學(xué)校研發(fā)部分仿真系統(tǒng)，形成半實(shí)物的仿真實(shí)驗實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，如清華大學(xué)信息技術(shù)研究院與北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司和易程公司合作建立的面向高速鐵路信號系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)和測試的我國第一個全線路規(guī)模的CTCS-3級列控系統(tǒng)的半實(shí)物仿真平臺[6]。

2）新舊結(jié)合，共建校企聯(lián)合實(shí)驗室。學(xué)校充分發(fā)揮教師和學(xué)生的動手能力，利用企業(yè)更新替換下來的既有設(shè)備，再結(jié)合自主開發(fā)的實(shí)驗裝置，改造為拆裝實(shí)踐基地，用于學(xué)生和企業(yè)學(xué)員學(xué)習(xí)掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)和動作原理。

2.2 互惠互利，建立雙贏價值機(jī)制

“產(chǎn)學(xué)研用”合作不應(yīng)該僅是學(xué)校關(guān)注，更需要設(shè)計單位、設(shè)備供應(yīng)商、鐵路公司和城市軌道交通公司等多方合作來共同完成。將實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)和學(xué)生教育視為“一種有效回報的投資[7]”，樹立校企“產(chǎn)學(xué)研用”合作是一種行之有效的長遠(yuǎn)人才戰(zhàn)略理念。

各級院校也要從企業(yè)發(fā)展和需求出發(fā)，想企業(yè)之所想，急企業(yè)之所急。企業(yè)對于軌道交通信號與控制專業(yè)的人才需求量大、要求高，同時對現(xiàn)任員工的新技術(shù)和技能培訓(xùn)的需求也很迫切。學(xué)校在教學(xué)任務(wù)外，應(yīng)積極承擔(dān)職業(yè)教育培訓(xùn)和用人單位員工的新技術(shù)培訓(xùn)等；校建實(shí)驗室及先進(jìn)設(shè)備在合作的前提下對企業(yè)開放，科研單位或研究所根據(jù)企業(yè)需求提供研發(fā)支持，切實(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中面臨的難題。

2.3 明確目標(biāo)，確立產(chǎn)學(xué)合作項目

校企合作實(shí)訓(xùn)基地要滿足企業(yè)與學(xué)校相關(guān)技術(shù)人員的互動交流。實(shí)訓(xùn)基地除了正常的教學(xué)培訓(xùn)任務(wù)外，更應(yīng)該積極承擔(dān)企業(yè)研發(fā)課題，并積極開拓創(chuàng)新，進(jìn)行技術(shù)類科技開發(fā)和項目實(shí)驗。企業(yè)與學(xué)校雙方技術(shù)人員發(fā)揮各自特長，精誠合作使項目“研有所需、研有所用”。

3 虛擬仿真技術(shù)在實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)中的應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)基地一旦建成，既有設(shè)備更新?lián)Q代遲緩、工學(xué)矛盾以及運(yùn)營單位禁止隨意動作設(shè)備的管理特點(diǎn)，使得軌道交通信號專業(yè)的教育培訓(xùn)工作面臨前所未有的考驗。

借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、設(shè)備原理、檢修作業(yè)流程和常見故障處理用Web3D技術(shù)真實(shí)呈現(xiàn)，對提高學(xué)員的理論水平和設(shè)備故障分析判斷能力有極大的幫助。

3.1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[8]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality， VR）是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物[9]。Web3D（Web Three Dimensional， 網(wǎng)絡(luò)三維）技術(shù)是VR的一種表現(xiàn)方式，是隨著互聯(lián)網(wǎng)與VR的發(fā)展而產(chǎn)生的， 依靠軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的桌面級非沉浸式的VR，其目的是在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)具有動態(tài)效果并可實(shí)時交互的三維模型的在線瀏覽[10]。

3.2 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺

鐵路信號系統(tǒng)和城市軌道交通信號系統(tǒng)在系統(tǒng)組成和設(shè)備上存在較大差異，如此復(fù)雜的系統(tǒng)若全部用實(shí)物設(shè)備建設(shè)實(shí)訓(xùn)基地造價昂貴，占地面積大，設(shè)備套數(shù)限制實(shí)訓(xùn)人數(shù)等問題比較突出，而基于網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）構(gòu)建的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺可解決以上問題。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺

網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺基于Web3D技術(shù)，由“虛擬實(shí)訓(xùn)平臺門戶網(wǎng)站”、“服務(wù)器管理子系統(tǒng)”、“客戶端子系統(tǒng)”和“專用瀏覽器子系統(tǒng)”組成。

1）虛擬實(shí)訓(xùn)平臺門戶網(wǎng)站：一個動態(tài)Web系統(tǒng)，包括實(shí)訓(xùn)平臺功能介紹、實(shí)訓(xùn)教學(xué)安排、實(shí)驗管理隊伍、校企實(shí)訓(xùn)合作模式、公告/實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開放通知等等。

2）服務(wù)器管理子系統(tǒng)：管理用戶權(quán)限和服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，安排實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

3）客戶端子系統(tǒng)：管理模型數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)庫、動態(tài)數(shù)據(jù)庫及各類效果（3D/Flash）插件。

4）專用瀏覽器子系統(tǒng)：保證大容量的三維數(shù)據(jù)高速瀏覽和可靠傳輸，實(shí)時信息加密和實(shí)現(xiàn)特殊光影效果。

3.2.2 虛擬實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)計三種使用模式

場景模式、開放模式和任務(wù)模式，可滿足學(xué)校實(shí)驗教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)演練需求。

1）場景模式

用戶以三維場景方式登錄，學(xué)員可在場景中漫游，從一個宏觀的大場景中學(xué)習(xí)掌握軌道交通信號與控制各相關(guān)子系統(tǒng)（室內(nèi)與室外、車載與地面）的整體概況，并根據(jù)需要自主選擇相應(yīng)的系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)聯(lián)系。

2）開放模式

用戶根據(jù)分配的賬號和密碼，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以菜單方式登錄，學(xué)員通過瀏覽設(shè)備菜單，自主選擇相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行三維仿真場景下的學(xué)習(xí)、練習(xí)和模擬考試。

3）任務(wù)模式

實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理人員根據(jù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)或合作訓(xùn)練計劃，登錄后臺管理系統(tǒng)，選擇實(shí)訓(xùn)演練學(xué)員，在虛擬實(shí)訓(xùn)平臺上設(shè)定學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)或考試任務(wù)，并進(jìn)行網(wǎng)上定制發(fā)布。對演練內(nèi)容、時間及成績可進(jìn)行統(tǒng)計分析。學(xué)員登錄系統(tǒng)后，根據(jù)任務(wù)提醒，按要求完成任務(wù)中的學(xué)習(xí)、練習(xí)和考試任務(wù)。

4 結(jié) 語

軌道交通信號與控制技術(shù)隨著世界鐵路和城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展在持續(xù)、快速地更新，新設(shè)備新系統(tǒng)不斷被開發(fā)并應(yīng)用。通過校企之間的良好合作，建設(shè)既能滿足教學(xué)需求又能為企業(yè)所用的聯(lián)合實(shí)訓(xùn)基地的研究與實(shí)踐具有非常重要的意義。

將基于開放網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)與教學(xué)中，可根據(jù)專業(yè)技術(shù)發(fā)展對虛擬實(shí)訓(xùn)設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行更新，有效解決人員、設(shè)備和學(xué)習(xí)時間受限的問題，對提高學(xué)生和企業(yè)職工的理論水平和設(shè)備故障分析判斷能力有極大的幫助。

[1]教育部.關(guān)于印發(fā)《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年）》 的 通 知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/ publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3882/201210/143152.html，2014-10-6.

[2]國家鐵路局.2013年鐵道統(tǒng)計公報[EB/OL]. http://www.nra.gov.cn/fwyd/zlzx/hytj/201404/t20140410_5830.htm , 2014-10-6.

[3]薄宜勇,趙德生.提升軌道交通類專業(yè)社會服務(wù)能力的探索與實(shí)踐[J].教育與教學(xué)研究,2013,27(2):77-83.

[4]邸建紅,鄧曉燕,胡曉娟等. 鐵道信號實(shí)訓(xùn)基地設(shè)[J].教育教學(xué)論壇,2013(12):191-192.

[5]劉繼平,彭躍湘.共享型實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)及其工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)的踐行[J]. 中國高教研究.2008,(3).69-71.

[6]清華大學(xué)信息技術(shù)研究院軌道交通控制技術(shù)研究中心. 突破高鐵列控與客服關(guān)鍵技術(shù)[EB/OL].http://www.riit.tsinghua.edu.cn/docinfo/board5/boardlist.jsp?columnId=00 1011003&parentColumnId=0010110,2014-10-9.

[7]陳建明，顧俊，唐春剛.道路橋梁類專業(yè)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的問題與對策[J].中國建材科技，2014(1):106-108.

[8]北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司.虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心平臺建設(shè)方案[EB/OL].http://www.rainier.net.cn/jjfa/crjysyjjfa/. 2014-10-8.

[9]張濤.多媒體技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008:3-21.

[10]艾達(dá),喬明明,李敏.Web3D技術(shù)綜述[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2014,33(2):4-7.