動力類專業(yè)虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)及應(yīng)用探析

謝新 劉曉

[摘 要] 通過分析虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)意義、建設(shè)目標，重點介紹動力類虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)內(nèi)容和作用功能，探討虛擬仿真教學(xué)資源可應(yīng)用于以下教學(xué)實踐中，即火電生產(chǎn)認識實習(xí)教學(xué)、系統(tǒng)設(shè)備認知教學(xué)、火電機組虛擬巡檢教學(xué)、機組設(shè)備虛擬檢修及裝配教學(xué)等。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬仿真；教學(xué)資源；人才培養(yǎng)；教學(xué)應(yīng)用

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）28-0169-01

虛擬仿真教育教學(xué)資源的建設(shè)和應(yīng)用，適應(yīng)了信息化時代高等教育人才培養(yǎng)的要求，克服了以實物為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實訓(xùn)方法在真實環(huán)境中無法實現(xiàn)的諸多限制，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力提供了先進手段和優(yōu)質(zhì)資源，為實踐場所注入了活力。目前，虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)和應(yīng)用受到高校的高度重視，同時也遇到一些問題和挑戰(zhàn)。從動力類專業(yè)“電力技術(shù)虛擬仿真實訓(xùn)中心”建設(shè)意義、建設(shè)目標入手，探討基于虛擬仿真技術(shù)的動力類專業(yè)教學(xué)新途徑，以期促進虛擬仿真教學(xué)資源與教學(xué)實踐深度融合。

一、虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)意義

動力類專業(yè)要求學(xué)生有較強的工程實踐能力、熱力設(shè)備運行維護以及安裝檢修的能力，同時還要具備一定的技術(shù)改造和創(chuàng)新能力。然而，由于電力行業(yè)的高危性和設(shè)備的昂貴性，導(dǎo)致電力高職院校難以建立全真實生產(chǎn)性“校中廠”，加之火電廠一般都只能提供參觀實習(xí)機會，學(xué)生缺少實際運行的實習(xí)機會，參觀學(xué)習(xí)中，學(xué)生對工廠設(shè)備外形、結(jié)構(gòu)、組成部件很難有完整的認識，更談不上對設(shè)備的檢修維護，無法滿足培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的教學(xué)要求，制約了高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)。學(xué)院動力系“電力技術(shù)虛擬仿真系統(tǒng)”構(gòu)建一個可人機交互的三維可視化的虛擬火電機組，多維度、全流程、全范圍地真實反映火電機組生產(chǎn)運行過程，虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)和應(yīng)用可克服以上局限，實現(xiàn)真實環(huán)境不具備或難以完成的教學(xué)功能，達到高職人才培養(yǎng)的目標要求。

二、虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)目標

動力系“電力技術(shù)虛擬仿真實訓(xùn)中心”建設(shè)，秉承現(xiàn)代高職的教育理念，結(jié)合專業(yè)特點，虛擬仿真系統(tǒng)用虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)多維度、全流程、全范圍虛擬燃煤火電機組生產(chǎn)流程和主要生產(chǎn)設(shè)備，使學(xué)生能夠通過人機交互方式身臨其境，全程參與到火電機組運行維護過程中，通過控制虛擬場景中對應(yīng)的設(shè)備進行各項操作，實現(xiàn)虛擬在線巡檢、虛擬安裝檢修等操作，具備學(xué)員自由練習(xí)、考核認證等功能，滿足學(xué)生從事電廠運行等相關(guān)工作，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。

三、虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)內(nèi)容

虛擬仿真綜合應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，來實現(xiàn)真實環(huán)境不具備或難以實現(xiàn)的教學(xué)功能。

基于真實對象場景的1∶1比例的結(jié)構(gòu)建模。軟件以3D格式文件中的模型為基本元素，按照實際工廠設(shè)備尺寸進行1∶1比例繪制。場景的組織以實際裝置為標準，包含重要設(shè)備、管線、儀器、儀表、閥門、開關(guān)等設(shè)備。操作者可以任意角度進行整體廠區(qū)環(huán)境漫游（全廠級）、各生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備漫游（車間級）、設(shè)備近視角全方位觀察（設(shè)備級），漫游的角度速度、行進停留可以自由控制；近距離觀察設(shè)備可展示設(shè)備信息（名稱、作用、原理）；主要設(shè)備可以通過交互操作將設(shè)備主要部件分解，展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并能夠還原為整機。

虛擬現(xiàn)實場景與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)以實時DCS系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型作為底層支撐，提供和二維、三維圖形軟件以及其他第三方軟件進行數(shù)據(jù)交互的接口，為上層應(yīng)用軟件提供協(xié)同運行支持。整個過程以可視化的方式展現(xiàn)，并且提供后臺數(shù)據(jù)支撐，支持閥門、泵等設(shè)備操作和壓力、溫度等參數(shù)的計算和顯示。要求系統(tǒng)操作提供二維DCS畫面與三維現(xiàn)場操作相結(jié)合的方式。對可操作設(shè)備，當接收到操作指令時，需要向仿真機發(fā)出正確的操作數(shù)據(jù)，同時該設(shè)備在3D場景中顯示操作結(jié)果。

四、虛擬仿真教學(xué)資源應(yīng)用

動力類專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生都是工科專業(yè)，虛擬仿真教學(xué)資源應(yīng)用于教學(xué)實踐中，實現(xiàn)實際難以實現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和實際動手能力。

火電生產(chǎn)認識實習(xí)教學(xué)。通過全廠自由漫游功能，完成對電廠的整體認知和生產(chǎn)流程工藝的教學(xué)工作。系統(tǒng)提供基于三維場景的虛擬人展示，針對不同崗位角色（包括值長、單元長、主值、副值、巡檢等）提供安全裝備、工作任務(wù)演示。系統(tǒng)提供火電生產(chǎn)全過程、各部門的全方位認知學(xué)習(xí)，包括安全法規(guī)、部門職責(zé)、崗位設(shè)置和崗位規(guī)范等。

在教學(xué)實踐中，可將仿真教學(xué)與真實的工作實習(xí)、模擬裝置的實際操作結(jié)合在一起，提高實踐教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生較強的崗位操作能力，取代認識實習(xí)的教學(xué)環(huán)節(jié)。

綜上所述，根據(jù)動力類專業(yè)特點，立足于動力類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，通過動力類虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)應(yīng)用，與真實課堂結(jié)合，實現(xiàn)動力類專業(yè)學(xué)生較強的工程實踐能力、設(shè)備運行維護以及安裝檢修能力，并具備一定的技術(shù)改造和創(chuàng)新能力。

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