人工智能背景下虛擬平臺(tái)建設(shè)與完善路徑研究

楊秋芬 陸燕

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2108-5640-5117

摘? 要：本文研究人工智能背景下高職教育如何解決智能制造資源稀缺的現(xiàn)實(shí)難題，更好地助力湖南制造。先論述了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性，然后在智能制造中采用虛實(shí)結(jié)合教學(xué)法的基礎(chǔ)上提出虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)流程圖，最后結(jié)合專業(yè)群進(jìn)行應(yīng)用研究。解決了傳統(tǒng)實(shí)踐設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)室空間和時(shí)間限制、維護(hù)成本高、教學(xué)效率低等問(wèn)題，通過(guò)虛擬平臺(tái)，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，但同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高了教育效果，通過(guò)轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，為實(shí)踐教育提供了一種新的教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞：人工智能? 湖南智造? 虛擬平臺(tái)? 路徑研究

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（b）-0126-03

Research on Virtual Platform Construction and Improvement Path under the Background of Artificial Intelligence

YANG Qiufen? LU Yan

（Hunan Network Engineering Vocational College， Changsha， Hunan Province ，410004? China）

Abstract： This paper studies how to solve the practical problem of scarce intelligent manufacturing resources in the background of artificial intelligence， and better help Hunan intelligent manufacturing.It first discusses the necessity of virtual simulation experimental teaching， and then proposes the flow chart of the virtual training platform in intelligent intelligent manufacturing， and finally conducts application research combined with professional groups.Solved the traditional practice equipment， laboratory space and time limit， high maintenance cost， low teaching efficiency， through the virtual platform， not only mobilize the enthusiasm of students learning， but also stimulated the students' innovative thinking ability， improve the education effect， through the change of teaching concept， for practice education provides a new way of teaching.

Key Words： Artificial intelligence;Hunan Intelligent Manufacturing;Virtual platform;Path research

1? 背景

習(xí)近平總書(shū)記在十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了數(shù)字產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要性。在“十四五”規(guī)劃中，他還明確了機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)備、3D打印、輕紡工業(yè)、紡織等核心領(lǐng)域的數(shù)字化、智能化與現(xiàn)代化發(fā)展要求?！爸袊?guó)制造2025”從中國(guó)智能制造發(fā)展邊界開(kāi)始，有效規(guī)劃和部署了中國(guó)的智能制造發(fā)展。湖南省在智能制造的探索與實(shí)踐中具有一定的先行優(yōu)勢(shì)。在深化湖南智能化生產(chǎn)發(fā)展的過(guò)程中，湖南職業(yè)教育作為應(yīng)用型人才輸出的重要輸出力量，一直扮演著非常重要的角色[1]。

在推進(jìn)智能制造深化發(fā)展、積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的過(guò)程中，湖南制造面臨著資源稀缺的客觀問(wèn)題，從目前的實(shí)踐來(lái)看，湖南智能制造企業(yè)不超過(guò)20家，智能制造車間不超過(guò)50個(gè)?？商峁┑脑O(shè)施、技術(shù)資源、產(chǎn)品資源和管理資源十分有限。同時(shí)，高職教育也面臨著智能制造資源短缺的問(wèn)題，面對(duì)當(dāng)前智能制造資源相對(duì)稀缺、一體化發(fā)展基礎(chǔ)不夠堅(jiān)實(shí)的目標(biāo)，湖南高等職業(yè)教育與智慧湖南的深度融合，需要充分利用人工智能技術(shù)帶來(lái)的發(fā)展變化，努力克服制造資源的局限性，形成新的合作與實(shí)踐形式，為一體化發(fā)展提供更有力的支持[2]。

2? 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

隨著現(xiàn)代制造業(yè)向自動(dòng)化、智能化的不斷發(fā)展，以3D打印技術(shù)和機(jī)器人自動(dòng)化制造技術(shù)為代表的智能制造技術(shù)發(fā)展迅速，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息與制造過(guò)程的集成是越來(lái)越高，系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越高。如果將真實(shí)設(shè)備用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，則存在以下問(wèn)題：（1）智能制造設(shè)備價(jià)格昂貴，投資早，采購(gòu)周期長(zhǎng)，運(yùn)行過(guò)程中水、電液等資源消耗大，設(shè)備進(jìn)一步維護(hù)成本高，部分設(shè)備運(yùn)行和污染風(fēng)險(xiǎn)高;（2）由于資金和學(xué)?？臻g有限，無(wú)法滿足學(xué)生實(shí)際操作能力的需要，難以開(kāi)展開(kāi)放、獨(dú)立的項(xiàng)目和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn);（3）高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)資源無(wú)法開(kāi)放和共享，尤其是通過(guò)生產(chǎn)公司給予學(xué)生進(jìn)入第一條生產(chǎn)線的時(shí)間和空間較少，生產(chǎn)實(shí)習(xí)難以達(dá)到預(yù)期效果。

3? 虛實(shí)結(jié)合教學(xué)法

由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備有限，實(shí)驗(yàn)室只能組織一班教學(xué)和兩人一組完成一個(gè)分部的項(xiàng)目。學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，查閱技術(shù)數(shù)據(jù)并制定技術(shù)方案，設(shè)備運(yùn)行效率低，經(jīng)常有人和其他設(shè)備等，因此，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率，允許不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室使用不同的實(shí)驗(yàn)資源，成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中必須解決的問(wèn)題[3]。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，在虛擬軟件中展示智能制造生產(chǎn)線，并建立虛擬場(chǎng)景，對(duì)智能制造生產(chǎn)線機(jī)器人、智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、AGV小車控制系統(tǒng)、柔性加工系統(tǒng)、生產(chǎn)線組裝操作、自動(dòng)分揀線操作、電子標(biāo)簽選擇操作等模塊。同時(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、，系統(tǒng)操作培訓(xùn)和系統(tǒng)操作任務(wù)在每個(gè)實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)模塊中執(zhí)行。最后，學(xué)生可以在非常小的生產(chǎn)線上進(jìn)行操作和檢查。

虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，充分實(shí)現(xiàn)科技物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段在教育中的應(yīng)用，將知識(shí)與智能制造技能、工業(yè)工程與生產(chǎn)管理有機(jī)結(jié)合，將虛擬操作學(xué)習(xí)與實(shí)際操作驗(yàn)證相結(jié)合，幫助學(xué)生對(duì)智能制造和加工生產(chǎn)有全面、合理的理解，教學(xué)效果顯著[4]。

4 虛擬平臺(tái)建設(shè)與完善路徑

主要基于人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建智能制造虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)?；谥悄苤圃彀l(fā)展的需求，該平臺(tái)將構(gòu)建完善的虛擬培訓(xùn)體系、虛擬研發(fā)體系和完善的虛擬實(shí)踐體系，為企業(yè)和專業(yè)教育提供專項(xiàng)實(shí)踐培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)和培訓(xùn)對(duì)接，利用先進(jìn)技術(shù)彌補(bǔ)資源匱乏，有效提高專業(yè)創(chuàng)新和職業(yè)培訓(xùn)的效率，進(jìn)一步推動(dòng)智能制造在虛擬層面上的推進(jìn)和發(fā)展，基于虛擬實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)建設(shè)將通過(guò)自身模塊的不斷調(diào)整和優(yōu)化，通過(guò)開(kāi)發(fā)調(diào)整渠道，按照構(gòu)建粒度動(dòng)態(tài)優(yōu)化資源的基本方式，逐步成長(zhǎng)為智能制造，突破發(fā)展的調(diào)整通道，使學(xué)校和企業(yè)能夠在更有利的虛擬環(huán)境中不斷實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)造[5]。

虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合了教學(xué)與訓(xùn)練的多種虛擬技術(shù)的集成，教學(xué)過(guò)程基于虛擬仿真的整個(gè)智能制造過(guò)程。首先，通過(guò)基于VR/AR技術(shù)的培訓(xùn)系統(tǒng)和產(chǎn)品加工過(guò)程的再現(xiàn)單元，學(xué)生了解并掌握產(chǎn)品的實(shí)際制造過(guò)程以及各種制造技術(shù)的原理和操作。根據(jù)柔性中心自動(dòng)化生產(chǎn)線的加工能力，在此基礎(chǔ)上，利用三維設(shè)計(jì)軟件和有限元分析軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和可靠性分析。完成設(shè)計(jì)產(chǎn)品虛擬仿真過(guò)程的仿真后，在測(cè)試設(shè)備上完成產(chǎn)品的加工制造，最后通過(guò)虛擬裝配和虛擬操作系統(tǒng)完成整個(gè)工藝流程和產(chǎn)品路線。

5? 虛擬平臺(tái)在專業(yè)群中的應(yīng)用

依托在線教學(xué)平臺(tái)，建設(shè)“1模型、2平臺(tái)、4子庫(kù)、4能力測(cè)評(píng)模塊、5中心” 的互聯(lián)網(wǎng)資源制作與服務(wù)專業(yè)群資源庫(kù)。“1模式”是基于在線教學(xué)平臺(tái)選擇現(xiàn)有的專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)框架，包括4個(gè)模塊：教學(xué)模塊、實(shí)踐能力提升模塊、能力測(cè)評(píng)模塊、對(duì)外展示與交流模塊[6];“2大平臺(tái)”分別是虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái);“4子庫(kù)”為職業(yè)崗位虛擬體驗(yàn)庫(kù)、業(yè)技能訓(xùn)練庫(kù)、綜合實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)、畢業(yè)設(shè)計(jì)主題庫(kù);“4能力測(cè)評(píng)模塊”為技能抽查模塊、技能競(jìng)賽模塊、信息素養(yǎng)競(jìng)賽模塊、1+X證書(shū)培訓(xùn)模塊;“5中心”是思政中心、課程中心、微課中心、軟件中心、素材中心。

5? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改變教學(xué)理念，運(yùn)用仿真技術(shù)，有效緩解了實(shí)踐教育中設(shè)備和空間資源不足的問(wèn)題，不僅為實(shí)踐教育提供了新的教學(xué)理念，同時(shí)也為探索智能生產(chǎn)背景下的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式提供了參考。企業(yè)環(huán)境的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為學(xué)生創(chuàng)造了豐富的學(xué)習(xí)條件，提供安全、可靠、低成本的崗位職業(yè)能力培訓(xùn)，能夠有效地縮短學(xué)生與企業(yè)之間的距離，從根本上解決職業(yè)教育與行業(yè)發(fā)展脫節(jié)的問(wèn)題，助力湖南制造。

參考文獻(xiàn)

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