促進(jìn)校企合作的煤礦特色機(jī)械專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)模式探索

程曉涵

【摘 要】針對(duì)礦業(yè)類院校與企業(yè)合作建立虛擬仿真實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建設(shè)模式開展研究，總結(jié)了高校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)存的普遍問(wèn)題、企業(yè)發(fā)展需求和資源優(yōu)勢(shì)，提出創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機(jī)械虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的必要性；為保證平臺(tái)的長(zhǎng)久發(fā)展，探討了詳細(xì)的合作模式；提出了仿真平臺(tái)總體的設(shè)計(jì)思路和功能模式，并以“礦山設(shè)備故障診斷實(shí)驗(yàn)?zāi)K”為例闡述了具體的實(shí)施策略，為礦業(yè)類院校更好的改善實(shí)踐教學(xué)拓寬了思路，構(gòu)建了一種校企雙贏的模式。

【關(guān)鍵詞】校企合作；煤礦特色；虛擬仿真；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）30-0056-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.023

Exploration on the Construction Mode of Virtual Simulation Practice Platform for Coal Mine Characteristic Machinery Specialty by Promoting Cooperation School-enterprise Cooperation

CHENG Xiao-han

（School of mechanical electronic&information; engineering，China University of Mining and

Technology（Beijing），Beijing 100083，China）

【Abstract】Research on the construction mode of virtual reality simulation platform for cooperation between mining colleges and enterprises.This paper sums up the common problems existing in the practice teaching in Colleges and universities，the needs of enterprise development and the advantages of resources，and puts forward the necessity of creating a practical platform for the virtual simulation of coal mine characteristics.In order to ensure the long-term development of the platform，the detailed cooperation mode is discussed.The design idea and function model of the simulation platform are put forward，and the concrete implementation strategy is expounded with the example of the "fault diagnosis experiment module of mine equipment"，which broadens the thinking for the better practice teaching of the mining colleges and universities，and constructs a win-win model of school and enterprise.

【Key words】School-enterprise cooperation；Characteristics of coal mine；Virtual simulation；Practice teaching

0 引言

礦業(yè)類高等院校的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力強(qiáng)且安全意識(shí)高的研究型高級(jí)工程技術(shù)人才，而煤炭行業(yè)屬于作業(yè)環(huán)境特殊的高危行業(yè)，為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)行業(yè)背景的充分了解和適應(yīng)能力，在本科教育階段加強(qiáng)課堂理論教學(xué)的同時(shí)需要更加重視實(shí)踐教學(xué)方面的建設(shè)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，它融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、人工智能、多媒體技術(shù)、傳感器及并行處理技術(shù)等多個(gè)研究方向，能夠營(yíng)造出逼真的、具有沉浸感的三維場(chǎng)景，為使用者提供身臨其境的體驗(yàn)，脫離時(shí)間地點(diǎn)的約束隨時(shí)可登錄使用，效率高、周期短、成本低，如充分利用引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以突破實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的諸多局限[1]。

1 創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機(jī)械虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的必要性

1.1 高校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)有問(wèn)題

目前，針對(duì)煤礦背景的機(jī)械工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)方便普遍存在著一下問(wèn)題：（1）煤礦機(jī)械種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積龐大，為節(jié)省實(shí)驗(yàn)占地面積，搭建的實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化、體積縮小，學(xué)生無(wú)法體驗(yàn)感受真實(shí)的煤礦機(jī)械的作業(yè)狀況，造成認(rèn)知上的偏差；（2）科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展、知識(shí)發(fā)展和更新的速度大大加快的新形勢(shì)下，教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、組織方式、授課模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段故步自封、老套陳舊，導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生知識(shí)面狹窄、創(chuàng)造能力不強(qiáng)、適應(yīng)能力不好、綜合素質(zhì)不高，缺乏主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)形成結(jié)論的能力；（3）校企聯(lián)系互動(dòng)少，一般僅限于生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段極短時(shí)間的接觸，且出于安全方面的考慮，學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)，只能借助培訓(xùn)基地和講座的方式簡(jiǎn)單的交流，對(duì)學(xué)生知識(shí)面的拓展、綜合實(shí)踐能力的提高幫助很有限；（4）高校資金短缺跟不上高校招生規(guī)模的擴(kuò)大以及科研任務(wù)的增加，而且實(shí)體實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本很高需要尋求其他共享資源來(lái)保障實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[2]。

1.2 企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需求

企業(yè)為了能在激烈殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下求生存始終以最新的科技成果作為支撐，而企業(yè)想要保持長(zhǎng)久的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)必須保證其創(chuàng)造力，而創(chuàng)造力的來(lái)源就是高素質(zhì)的技術(shù)人才，各大高等院校是各類人才培養(yǎng)的基地。因此，高校與企業(yè)合作共建實(shí)驗(yàn)室無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作雙贏、共同發(fā)展”目標(biāo)的有效途徑[3]。

1.3 有利的資源優(yōu)勢(shì)

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）是煤炭特色高等教育的全國(guó)重點(diǎn)院校，擁有我國(guó)首家以能源與安全為特色的科技園 ——“中關(guān)村能源與安全科技園”和“中國(guó)礦業(yè)大學(xué)留學(xué)人員創(chuàng)業(yè)園”，并與北京市共建能源安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，組成了學(xué)校產(chǎn)學(xué)研用及科技成果轉(zhuǎn)化體系；另外科技園就位于校內(nèi)，學(xué)生不需要高頻校外甚至異地往返，避免了學(xué)校頻繁組織交通車、組織成本高且可能存在安全等方面的問(wèn)題，為創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了地理和資源的雙重優(yōu)勢(shì)。

因此，創(chuàng)建校企合作的虛擬仿真平臺(tái)加強(qiáng)與企業(yè)的互動(dòng)勢(shì)必能鞏固、彌補(bǔ)并促進(jìn)課堂理論教學(xué)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

2 合作模式

本著合作共贏的原則，為實(shí)現(xiàn)校企之間持久有效的良好合作關(guān)系，有必要構(gòu)建一套責(zé)、權(quán)、利完備的合作模式。

（1）設(shè)立專門的管理部門

為將校企合作的煤礦特色虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)落到實(shí)處，應(yīng)該從學(xué)校層面上設(shè)立專門的校企合作管理小組，并由教務(wù)處、科學(xué)技術(shù)研究院、發(fā)展規(guī)劃與學(xué)科建設(shè)處、教育培訓(xùn)處以及學(xué)院教學(xué)院長(zhǎng)和科研院長(zhǎng)等成員組成。管理小組主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)并接洽與企業(yè)合作的具體事宜[4]。

（2）校企合作，互惠共贏

企業(yè)需根據(jù)校方搭建煤礦特色虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的需求，提供技術(shù)、信息、人員及設(shè)備資源的有力支持，并對(duì)具體資源利用進(jìn)行授權(quán)；企業(yè)還可為校方教師提供專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)。

校方利用自身科研和理論等方面的優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)提供科研技術(shù)攻關(guān)、理論等方面的技術(shù)咨詢和支持；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）教育培訓(xùn)處、繼續(xù)教育學(xué)院與國(guó)家和地方行政管理部門、煤炭企業(yè)聯(lián)系較多，可以為企業(yè)提供促進(jìn)合作的機(jī)會(huì)并為企業(yè)免費(fèi)提供一些參加煤礦安全等方面培訓(xùn)學(xué)習(xí)的名額[5-6]。

（3）合作方案具體化

為確保校企合作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)項(xiàng)目的落地，應(yīng)廣泛聽(tīng)取校、企雙方專家的意見(jiàn)和建議，詳細(xì)落實(shí)校企合作的各個(gè)銜接點(diǎn)，設(shè)定實(shí)踐項(xiàng)目的目標(biāo)、內(nèi)容和實(shí)施方案，雙方的權(quán)利和責(zé)任具體化，保證合作模式能夠穩(wěn)定持久，并隨著合作的日益成熟繼續(xù)推進(jìn)擴(kuò)展。

3 虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)和功能模式

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

北京礦大能源安全科技有限公司是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）全資公司，是推廣輻射能源與安全領(lǐng)域企事業(yè)單位特有的成熟技術(shù)、優(yōu)秀成果及產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的平臺(tái)，公司下設(shè)節(jié)能減排中心、綠色開采中心等十余個(gè)工程技術(shù)中心，是展示能源與安全領(lǐng)域優(yōu)秀成果的窗口。充分考慮到機(jī)電系下面設(shè)置的機(jī)械工程專業(yè)和測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)的課程設(shè)置和特點(diǎn)，在總體規(guī)劃設(shè)計(jì)中選擇企業(yè)的教育培訓(xùn)中心、機(jī)電設(shè)備中心、礦山安全裝備中心、礦山數(shù)字化建設(shè)中心、精密儀器中心和大型設(shè)備遠(yuǎn)程健康診斷中心共六個(gè)中心作為共建資源依托，充分爭(zhēng)取各研究中心的設(shè)備、技術(shù)和人員等資源支持。虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.2 功能模式

（1）本科生主修課程實(shí)驗(yàn)全覆蓋

在六大中心的資源支持下，結(jié)合機(jī)械系機(jī)械工程和測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器兩個(gè)專業(yè)的特點(diǎn)和需求，如圖1所示促進(jìn)校企合作的煤礦機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)共設(shè)置了五個(gè)功能模塊：機(jī)械認(rèn)知類實(shí)驗(yàn)?zāi)K、機(jī)械拆裝類試驗(yàn)?zāi)K、礦山設(shè)備故障診斷實(shí)驗(yàn)?zāi)K、儀器儀表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和監(jiān)測(cè)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)?zāi)K，可以覆蓋本科生一年級(jí)至四年級(jí)共二十多門主修課程的實(shí)驗(yàn)。

（2）大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目全支持

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）為了促進(jìn)我國(guó)高等教育傳統(tǒng)觀念的改變，營(yíng)造鼓勵(lì)學(xué)生積極探索、勇于創(chuàng)新的文化氛圍，提出了“大學(xué)生科研選題訓(xùn)練項(xiàng)目”（簡(jiǎn)稱“科研選題”）和“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目”（簡(jiǎn)稱“大創(chuàng)”），將科研項(xiàng)目作為載體、學(xué)生作為項(xiàng)目主體進(jìn)行科學(xué)研究方面的訓(xùn)練。為使學(xué)生能夠及時(shí)了解和吸收最前沿的科技信息，煤礦機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)充分利用各大中心特有的能源特色技術(shù)和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目為背景開展本科生訓(xùn)練項(xiàng)目的立項(xiàng)與實(shí)施工作，通過(guò)自由組隊(duì)、自主選題、自行實(shí)驗(yàn)、重在過(guò)程的方式，以全面提升大學(xué)生綜合素質(zhì)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力[7-8]。

（3）輔助研究生課題開展

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）本科生招生規(guī)模迅速擴(kuò)大的同時(shí)，研究生的招生規(guī)模也在逐年擴(kuò)大，面對(duì)持續(xù)擴(kuò)招的壓力，高校無(wú)法做到導(dǎo)師人數(shù)和科研項(xiàng)目的同比例增長(zhǎng)[8]，如何在保證研究生原有理論學(xué)習(xí)和科研能力的同時(shí)進(jìn)一步提高研究生的工程實(shí)踐能力、增強(qiáng)研究生服務(wù)于國(guó)家和社會(huì)全方位綜合性能力日益成為高校急需解決的問(wèn)題[9-10]。能源安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院和北京礦大能源安全科技有限公司各工程技術(shù)中心有各種煤礦特色的合作項(xiàng)目、有充足的研發(fā)經(jīng)費(fèi)、有先進(jìn)的科研儀器，能夠使研究生的教育根植于真正的工程項(xiàng)目的沃土之上，對(duì)研究生課題的順利開展起到有利的輔助推進(jìn)作用[11-12]。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源建設(shè)實(shí)例

大型設(shè)備遠(yuǎn)程健康診斷中心擁有國(guó)內(nèi)首個(gè)“大型礦山機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)”，能夠?qū)⒑献鞯母鞔竺旱V企業(yè)的各類大型機(jī)電設(shè)備（例如：軸流風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、振動(dòng)篩等）的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送到北京的健康診斷中心進(jìn)行處理分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備的健康狀況進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，如圖2和圖3所示。因此，龐大真實(shí)的設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)相對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)講更加彌足珍貴，更能反映工程實(shí)際，可以為課程理論學(xué)習(xí)的理解和科研訓(xùn)練的開展起到強(qiáng)大的支撐作用。如此珍貴的數(shù)據(jù)資源在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源建設(shè)過(guò)程中必定加以充分利用，在得到工程技術(shù)中心和相應(yīng)的煤礦企業(yè)授權(quán)同意的前提下，將數(shù)據(jù)引入仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“礦山設(shè)備故障診斷實(shí)驗(yàn)?zāi)K”中。本科生可以利用該數(shù)據(jù)資源開展相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，例如“現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)”，也可以設(shè)置豐富的“科研選題”和“大創(chuàng)”項(xiàng)目，當(dāng)然也可以為諸如數(shù)據(jù)分析、故障診斷、預(yù)知維護(hù)、模式識(shí)別等方向的研究生課題提供寶貴的工程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，起到一舉三得的教學(xué)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

促進(jìn)校企合作是培養(yǎng)研究型高級(jí)技術(shù)人才的重要途徑，是增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和社會(huì)適應(yīng)能力必不可少的環(huán)節(jié)。只有圍繞人才培養(yǎng)要求和企業(yè)的發(fā)展，資源共享建立良好的合作平臺(tái)，促進(jìn)校企之間的技術(shù)交流，尋求雙方利益的平衡點(diǎn)，才能發(fā)揮校企合作共建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，并促進(jìn)雙發(fā)合作健康、持續(xù)的發(fā)展。另外，隨著該合作模式的不斷實(shí)踐還可以推廣到采礦、地質(zhì)等其他專業(yè)，建立綜合性的大型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

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