關于核電機組虛擬仿真實訓室建設的研究

黃銀蓉

廣安職業(yè)技術學院 四川 廣安 638000

關于核電機組虛擬仿真實訓室建設的研究

黃銀蓉

廣安職業(yè)技術學院 四川 廣安 638000

針對我國核電機組的快速發(fā)展，以及目前高職院校核電機組實訓設備的短缺，本文探討引入虛擬現(xiàn)實技術，建立虛擬仿真實訓室，從根本上解決學院實訓設備數(shù)量不足、實訓場地不夠、技術更新緩慢、經(jīng)費支出大等問題。

核電；仿真實訓室；資源共享

0 引言

隨著我國核電的快速發(fā)展，核電機組出口世界各地，到2025年我國核電機組將達到120臺左右，成為第一核電大國，而核電專業(yè)維修技術人員非常緊缺[1]，因此培養(yǎng)相關專業(yè)人才，發(fā)揮四川省核電設備制造大省與人口大省的優(yōu)勢，為核電維修輸送合格維修人才。

1 核電類虛擬仿真實訓室建設的必要性

核電設備維修屬于高技術服務行業(yè)，維修質量安全要求高、維修現(xiàn)場空間狹小、放射性劑量高、單個設備的價值高，并要求維修一次性成功，這樣就更加考驗維修人員的維修技術水平，因此對維修人員的專業(yè)培訓與實踐就體現(xiàn)得尤為重要了。

目前我國高職院校相關專業(yè)的教學內容存在教學手段和教學條件落后的問題，學生所學的理論知識與實踐相脫節(jié)，對所學對象缺少感性認識，動手能力普遍較差，學生的創(chuàng)新能力得不到很好的培養(yǎng)和挖掘，造成上述問題主要有以下幾方面原因：

（1）實訓設備價格昂貴，運行、維護費用較高；（2）設備種類單一，不能同時兼顧教學和科研；（3）實訓設備占用實驗空間大，需要專門建設實訓場地；

（4）實訓設備更新慢，與市場脫節(jié)嚴重。

經(jīng)過大量調研，引入虛擬現(xiàn)實技術[2]，能大量的降低設備維護、維修的費用和實訓過程中的不安全因素，從根本上解決學院實訓設備數(shù)量不足、實訓場地不夠、技術更新緩慢、經(jīng)費支出大等問題。

2 虛擬教學平臺建設規(guī)劃

（1）虛擬仿真開發(fā)平臺

虛擬仿真開發(fā)平臺包括兩個平臺，一是硬件開發(fā)平臺，另一部分為軟件開發(fā)平臺。開發(fā)平臺部分是整個虛擬仿真系統(tǒng)的核心部分，是整個虛擬仿真系統(tǒng)最基本的物理平臺，負責開發(fā)、運算、生成，此外，還要負責連接和協(xié)調整個系統(tǒng)的其它各個子系統(tǒng)的工作、運轉，從而共同組成一個完整的虛擬仿真系統(tǒng)。

（2）虛擬仿真顯示系統(tǒng)[3]

在虛擬仿真應用系統(tǒng)中，一般都具有有多種顯示系統(tǒng)、設備，例如：頭盔顯示器、立體顯示器、虛擬三維投影顯示系統(tǒng)以及大屏幕監(jiān)視器，目前應用最為廣泛的系統(tǒng)就是其中的虛擬三維投影顯示系統(tǒng)。因為虛擬三維投影顯示系統(tǒng)最能滿足虛擬仿真技術要求應用系統(tǒng)具備沉浸性的這項功能。同時，虛擬三維投影顯示系統(tǒng)也是國際上目前采用最多的、最典型、最實用、最高級別的虛擬仿真的實現(xiàn)手段和方式。

（3）虛擬仿真交互系統(tǒng)

虛擬仿真技術最本質的特征和要求之一和精髓是多自由度實時交互。如果不能實現(xiàn)實時交互，虛擬仿真應用也就沒有它存在的價值和意義了，這也是虛擬仿真、三維動畫以及多媒體應用之間的最本質的區(qū)別。

（4）虛擬仿真集成控制

虛擬仿真系統(tǒng)由很多部分組成，包括幾臺投影機、音響設備、多路視頻輸入及切換、輔助的燈光和窗簾等等。以上這些設備通過相互連接、相互依賴，從而實現(xiàn)聯(lián)合工作，。

3 實踐教學和管理隊伍配套建設研究

（1）配套師資隊伍建設

在虛擬仿真方面應形成專業(yè)配套、層次合理、年齡結構優(yōu)化的教學科研團隊，組建以教授、高級技師為學術帶頭人，以基礎扎實、工程實踐經(jīng)驗豐富的中年教師為核心骨干，以具有碩士學歷的青年教師為主體的教師梯隊。

教學隊伍應建設成一支教育理念先進、專業(yè)知識扎實、教學水平高、實踐教學能力強、企業(yè)工作經(jīng)驗豐富、課程開發(fā)和教學能力強，專兼結合的“雙師結構”教學團隊。

（2）配套管理隊伍建設

虛擬仿真實訓中心應有一整套管理制度，統(tǒng)一在學院領導班子下，堅持教學與工作的質量考核，確保最大限度地發(fā)揮中心全體工作人員的積極性，同心協(xié)力為建設中心努力工作，中心施行崗位責任制度，系主任、教學副主任、教研室主任、實訓室管理員和專任教師都有明確的分工和職責。系主任負責中心的統(tǒng)籌安排管理，教學副主任負責監(jiān)督落實，日常教學、實驗、實訓等工作，教研室主任負責耗材單的匯總、實訓項目的檢查等工作、實訓室管理員負責中心的日常管理、耗材的驗收和使用情況等，專業(yè)教師負責各自課程實訓區(qū)域的學生管理、設備保養(yǎng)、實訓教學等相關事宜，這種模式的最大有點在于有利于資源共享，有利于降低管理成本，確保最大限度地發(fā)揮中心全體工作人員的積極性，同心協(xié)力為建設中心努力工作。

（3）校企合作，助力虛擬仿真實驗教學中心的發(fā)展

應通過不同方式和不同內容的合作，為虛擬仿真實驗教學中心的發(fā)展提供了有力的支持。

（4）環(huán)境與安全

學校要非常重視網(wǎng)絡基礎設施的建設，應投入大量經(jīng)費對校園網(wǎng)進行大規(guī)模的改造擴容建設，搭建高速、穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡環(huán)境。并大力推進實驗室信息化、網(wǎng)絡化的建設與應用。

仿真實驗教學中心應采用內網(wǎng)“專網(wǎng)專用、設備獨立”的機制，確保網(wǎng)絡安全。為確保實驗室整體的安全和有效運行，實驗室設置了專人維護、專人值班及設備責任制，維護和責任落實到具體個人，樓層內設有監(jiān)視攝像頭，實時監(jiān)控和記錄實驗室內情況。

4 預期成效分析[4]

（1）實驗教學內容來自科研成果，實驗教學平臺技術先進

虛擬仿真實驗教學平臺是目前川內高職院校中較早建成的滿足不同層次專業(yè)人才培養(yǎng)的教學和科研平臺，平臺所使用的硬件系統(tǒng)和工具軟件均為先進的教學設施，主要應用于教學，使學生在實驗教學過程中可以接觸到先進的設備、技術、方法和研究成果，有助于開拓視野，提升知識結構，培養(yǎng)綜合設計和創(chuàng)新能力，極大地提高了虛擬仿真實驗教學平臺的技術水平。

（2）教學資源豐富，專業(yè)特色鮮明

虛擬仿真實驗教學平臺教學內容覆蓋了“機電一體化專業(yè)、應用電子技術專業(yè)、工業(yè)機器人專業(yè)”三個方面的多門基礎課和專業(yè)課，具有鮮明的專業(yè)特色，能夠滿足不同層次、不同課程的實驗教學需要。不僅因為實驗設施昂貴、實驗費用高昂、實驗項目危險而不能開展的實驗提供虛擬仿真實驗手段，還為學生提供了實踐和創(chuàng)新的平臺，實現(xiàn)了大學生素質教育和創(chuàng)新教育的有效結合，為提高人才培養(yǎng)質量和水平提供了有力的技術手段。

（3）實現(xiàn)資源共享

虛擬仿真實訓中心資源共享是通過網(wǎng)絡信息化建設，以虛擬仿真實訓中心軟件資源為核心，基于校園網(wǎng)的網(wǎng)絡教學資源共建共享。利用資源共享，可以更加充分地發(fā)揮虛擬仿真教學平臺的作用，但是目前存在以下幾個方面的缺點，一是仿真平臺實訓項目偏少，導致共享資源庫資源不全面，二是目前公共互聯(lián)網(wǎng)的帶寬也限制了虛擬仿真程序的動態(tài)加載運行。

針對上述問題， 計劃開展以下幾方面工作：

①增加已建成的虛擬仿真實驗平臺的仿真實驗項目；

②擴大虛擬仿真實驗教學資源的共享范圍：從虛擬仿真實驗項目共享范圍與建設同步、校內外共享同步、底層開發(fā)平臺的開放和共享、虛擬仿真實驗教學管理資源的共享等四個方面建設完善中心虛擬仿真實驗資源的網(wǎng)絡共享平臺；

③加強中心系統(tǒng)仿真網(wǎng)絡實驗平臺的建設，將實訓中心的機房提供網(wǎng)絡開放的新模式，基于校園網(wǎng)絡，通過虛擬設備平臺搭建合理的典型實驗項目，并通過網(wǎng)絡平臺不受時間、地點的限制完成項目，使實訓中心真正做到24小時不間斷的開放實訓。

[1]李小萍,我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策分析[J].企業(yè)經(jīng)濟，2012（5）：164-167

[2]朱偉暐,核電機組廠用電系統(tǒng)仿真分析方法研究[D].中國電力科學研究院,2015.

[3]代飛,林閩,張瑩高.高職實訓教學中網(wǎng)絡虛擬仿真實訓室的重要性研究[J].信息與電腦(理論版)，2014（9）：199.

[4]管煜,虛擬仿真實訓平臺的研究與設計[J].山東工業(yè)技術，2015（22）：149.

TM623.4

A

黃銀蓉(1984-), 女, 碩士研究生，廣安職業(yè)技術學院，助教, 主要從事應用電子及控制系統(tǒng)研究.

Email：178600251@qq.com