規(guī)模化肉羊養(yǎng)殖的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)虛擬仿真：基于人機(jī)交互的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)＊

劉豫杰，寶音都仍

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)畜牧業(yè)的重視度不斷提高，中國(guó)的草食動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)逐步由農(nóng)戶分散養(yǎng)殖形式向規(guī)模化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖的形式轉(zhuǎn)變，特別是肉羊養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模穩(wěn)步推進(jìn)，中國(guó)已初步構(gòu)建了現(xiàn)代肉羊養(yǎng)殖畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)體系。然而中國(guó)的肉羊養(yǎng)殖與畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，仍面臨著規(guī)模化程度不高、飼料轉(zhuǎn)化率低、疾病防控風(fēng)險(xiǎn)大、種養(yǎng)脫節(jié)、人才短缺和勞動(dòng)力成本高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的提高。

內(nèi)蒙古自治區(qū)是中國(guó)最大的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和主要畜產(chǎn)品供應(yīng)基地，肉羊的規(guī)模化養(yǎng)殖已經(jīng)成為內(nèi)蒙古畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。然而內(nèi)蒙古現(xiàn)階段在肉羊規(guī)?；B(yǎng)殖方面仍急需大量專業(yè)化的管理人才和創(chuàng)新型的管理團(tuán)隊(duì)。廣大農(nóng)業(yè)高校、培訓(xùn)單位肩負(fù)著為牧區(qū)現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興提供人才儲(chǔ)備和智力支持的重要任務(wù)。但現(xiàn)有的面授培訓(xùn)與實(shí)地認(rèn)知實(shí)習(xí)的教育模式面臨著諸多困難與挑戰(zhàn)，如內(nèi)蒙古自治區(qū)的農(nóng)村牧區(qū)地處偏遠(yuǎn)，農(nóng)牧業(yè)從業(yè)人員居住分散，培訓(xùn)成本高；規(guī)?；B(yǎng)殖基地?cái)?shù)量有限，難以容納大量實(shí)習(xí)學(xué)員；動(dòng)物防疫任務(wù)較重，存在人畜共患病問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要改變傳統(tǒng)的單一性的專業(yè)人才培養(yǎng)模式，將工商管理專業(yè)知識(shí)和養(yǎng)殖專業(yè)技術(shù)知識(shí)結(jié)合，深化專業(yè)內(nèi)涵，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，在重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)員實(shí)操能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的總目標(biāo)下，開(kāi)創(chuàng)新的教學(xué)方式，提高教學(xué)與培訓(xùn)質(zhì)量。

鑒于工商管理專業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間專業(yè)距離較遠(yuǎn)，專業(yè)壁壘較厚，學(xué)員深入養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)操難度較大，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院自2020 年開(kāi)始，探索了建立一套模擬現(xiàn)代化肉羊規(guī)模養(yǎng)殖的生產(chǎn)管理程序的虛擬仿真教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系。

本研究就該系統(tǒng)的搭建結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹與總結(jié)，以期為未來(lái)的相關(guān)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新提供支撐。該體系的建立基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，學(xué)員足不出戶就可學(xué)習(xí)肉羊規(guī)?；F(xiàn)代養(yǎng)殖的技術(shù)與方法，解決了內(nèi)蒙古學(xué)員距離遠(yuǎn)、較分散、培訓(xùn)成本高的問(wèn)題。通過(guò)人機(jī)交互的虛擬仿真，使學(xué)員身臨其境感受肉羊養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理流程，并通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)模塊，增強(qiáng)對(duì)肉羊規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)將生產(chǎn)管理知識(shí)與肉羊規(guī)模化養(yǎng)殖相結(jié)合的能力。同時(shí)，鍛煉創(chuàng)新精神和解決問(wèn)題能力，為培育更多的應(yīng)用創(chuàng)新型人才投身內(nèi)蒙古畜牧業(yè)提供支持。

1 知識(shí)背景與文獻(xiàn)綜述

1.1 人機(jī)交互虛擬仿真

虛擬仿真技術(shù)，又可稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即用一個(gè)電子系統(tǒng)模仿一個(gè)真實(shí)的生活與生產(chǎn)情境或系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真由計(jì)算機(jī)生成，再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界，通過(guò)多種傳感形式與虛擬世界進(jìn)行自然交互，達(dá)到身臨其境的效果并進(jìn)行實(shí)際操作模擬。用戶通過(guò)觀測(cè)與在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的情境實(shí)操，直接參與并探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。為了增強(qiáng)體驗(yàn)感，人機(jī)交互虛擬仿真還可通過(guò)VR、AR 技術(shù)等方式實(shí)現(xiàn)其逼真性和實(shí)時(shí)交互性。

1.2 人機(jī)交互虛擬仿真在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速進(jìn)步，人機(jī)交互虛擬仿真在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中的實(shí)踐已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。其實(shí)踐應(yīng)用方面主要包括獸醫(yī)學(xué)虛擬手術(shù)及診斷實(shí)操、農(nóng)學(xué)植物種植虛擬生長(zhǎng)、園林設(shè)計(jì)虛擬布局、農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及操作、農(nóng)業(yè)虛擬雜交繁育、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理虛擬經(jīng)營(yíng)等。21 世紀(jì)隨著AⅠ技術(shù)和仿真技術(shù)的進(jìn)步，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究與教學(xué)中不可缺少的一部分。

1.3 文獻(xiàn)綜述

人機(jī)交互虛擬仿真在中國(guó)大致興起于2000 年前后，主要集中在工程學(xué)和企業(yè)生產(chǎn)仿真方面，而在農(nóng)業(yè)方面的虛擬仿真研究還較為稀少。例如，李全龍等[1]（1999）討論了將計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于敏捷虛擬企業(yè)組織建立的有關(guān)問(wèn)題，說(shuō)明了仿真優(yōu)化技術(shù)的地位。麥錦輝等[2]（2003）研究了基于網(wǎng)絡(luò)的仿真系統(tǒng)平臺(tái)，將不同類型的設(shè)備資源進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析了建立人機(jī)交互、時(shí)空一致、動(dòng)態(tài)調(diào)度的交互式仿真的可行性。李媛紅等[3]（2003）探討了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的供應(yīng)鏈可視化仿真的方法及策略。王國(guó)偉等[4]（2003）研究了虛擬企業(yè)模型的基本結(jié)構(gòu)，探討了企業(yè)建模體系CEMS 的相關(guān)細(xì)節(jié)。樓亞芳等[5]（2006）應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)對(duì)服裝縫制流水線的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，并用MatLab 進(jìn)行實(shí)例編程計(jì)算驗(yàn)證可行性。周漪清等[6]（2006）對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仿真、虛擬技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了討論，肯定了其實(shí)踐的經(jīng)濟(jì)性與高效性。

2006 年以后，針對(duì)農(nóng)業(yè)的虛擬仿真研究和相關(guān)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)逐漸受到學(xué)界廣泛重視。王昊鵬等[7]（2008）討論了遙感數(shù)據(jù)融合在實(shí)現(xiàn)植被虛擬仿真工作中的作用和基本原理。張園園等[8]（2013）對(duì)虛擬仿真設(shè)計(jì)在觀光農(nóng)業(yè)園中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。近年來(lái)虛擬仿真技術(shù)逐漸被應(yīng)用到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中并強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互的重要性，相關(guān)研究也逐漸增多。如張煒等[9]（2015）分析了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提出了教學(xué)建設(shè)和管理中的一些亟待解決的問(wèn)題。周彥珍等[10]（2016）對(duì)建設(shè)中國(guó)農(nóng)業(yè)科教虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)提出了構(gòu)想，并強(qiáng)調(diào)應(yīng)立足全媒體環(huán)境下的信息技術(shù)和傳媒技術(shù)，進(jìn)行全方位的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而張永江等[11]（2017）進(jìn)一步討論了農(nóng)科類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與實(shí)踐，并提出要打破時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)互補(bǔ)。針對(duì)畜牧業(yè)教學(xué)，關(guān)松磊[12]（2018）以吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，對(duì)通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。歐紅萍等[13]（2019）總結(jié)了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)技術(shù)在獸醫(yī)臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究。李靜等[14]（2020）則直接對(duì)動(dòng)物科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)與實(shí)踐進(jìn)行了評(píng)述。呂丹娜等[15]（2021）對(duì)“豬生產(chǎn)”課程中虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建立與應(yīng)用進(jìn)行了細(xì)致講解。

總體上講，中國(guó)在虛擬仿真交互技術(shù)方面針對(duì)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用還處在發(fā)展階段，還有很多針對(duì)性的研究需要完成。特別是應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理活動(dòng)與農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合方面的應(yīng)用和實(shí)踐還較為稀缺。因此，本研究希望在這一方面增加一定的成果與經(jīng)驗(yàn)。

2 人機(jī)交互虛擬仿真在規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理

2.1.1 仿真情境

本研究以多于5 000 頭肉羊規(guī)模的肉羊養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理為對(duì)象，模擬從企業(yè)設(shè)立到肉羊初次出欄的12 個(gè)月的生產(chǎn)周期。在周期內(nèi)的每個(gè)關(guān)鍵的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理模塊設(shè)定虛擬仿真情境，培養(yǎng)并考察學(xué)員將生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的知識(shí)應(yīng)用于重要實(shí)際生產(chǎn)管理工作的能力。要求學(xué)員模擬在各仿真情境下所扮演的角色，通過(guò)使用生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理知識(shí)進(jìn)行計(jì)算和分析，確定決策方案并輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。各決策的結(jié)果通過(guò)程序的計(jì)算得到損益結(jié)果。最后指導(dǎo)教師對(duì)小組決策進(jìn)行復(fù)盤，確定最優(yōu)秀學(xué)員小組，并分析各組在每個(gè)情境下的生產(chǎn)分析和決策，找出問(wèn)題，提高學(xué)員的知識(shí)理解程度。依據(jù)肉羊養(yǎng)殖的基本工作流程，重點(diǎn)生產(chǎn)仿真環(huán)節(jié)包括肉羊生長(zhǎng)仿真演示、戰(zhàn)略設(shè)定、養(yǎng)殖場(chǎng)選址與布置、生產(chǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)與庫(kù)存管理、需求預(yù)測(cè)、生產(chǎn)計(jì)劃、飼料管理、配種管理、育肥管理、疫病防治管理、生產(chǎn)環(huán)境控制、質(zhì)量控制、成本控制、維修管理、環(huán)保管理、危機(jī)處理等。

2.1.2 主要知識(shí)點(diǎn)

生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略：生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略設(shè)定的全過(guò)程包括設(shè)定企業(yè)使命和主要發(fā)展目標(biāo)、戰(zhàn)略分析、戰(zhàn)略選擇、戰(zhàn)略實(shí)施方案。學(xué)員應(yīng)熟練使用相關(guān)的戰(zhàn)略分析方法如SWOT 矩陣、明茨伯格5P 理論、學(xué)習(xí)率理論等。

生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)際的市場(chǎng)發(fā)展和生產(chǎn)要求，企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)進(jìn)行宏觀和微觀的設(shè)計(jì)。含生產(chǎn)設(shè)施選址與布置決策、設(shè)施選址與布置決策的定量分析、生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)與選擇的原則與方法等內(nèi)容。

需求預(yù)測(cè)：對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的實(shí)際市場(chǎng)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，分為定性預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)2 部分，包含德?tīng)柗品?、時(shí)間序列模型、因果模型等需求預(yù)測(cè)方法。

生產(chǎn)計(jì)劃：企業(yè)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)做出統(tǒng)籌安排，具體擬定生產(chǎn)產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量和進(jìn)度的計(jì)劃。

庫(kù)存管理：精確分類庫(kù)存種類，合理規(guī)劃庫(kù)存時(shí)間，保障庫(kù)存的經(jīng)濟(jì)性。

作業(yè)排序與生產(chǎn)控制：具體確定每位員工、每臺(tái)設(shè)備每天的工作任務(wù)和工作先后順序的過(guò)程。

質(zhì)量管理：確定控制計(jì)劃與標(biāo)準(zhǔn)，并在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和驗(yàn)證、糾正不符合計(jì)劃與程序的現(xiàn)象、排除質(zhì)量形成過(guò)程中的不良因素與偏離規(guī)范現(xiàn)象，恢復(fù)其正常狀態(tài)。

收入管理：在不同時(shí)期，根據(jù)不同需求采取不同的定價(jià)，以產(chǎn)生最大收入或收益的綜合計(jì)劃策略。

危機(jī)管理：危機(jī)爆發(fā)前的預(yù)計(jì)，預(yù)防管理和危機(jī)爆發(fā)后的應(yīng)急善后管理。

生產(chǎn)系統(tǒng)的維護(hù)與改進(jìn)：包括人員培訓(xùn)、業(yè)務(wù)流程重組、設(shè)備和設(shè)施的維護(hù)、質(zhì)量管理、精細(xì)生產(chǎn)以及其他先進(jìn)的生產(chǎn)方式。

2.2 應(yīng)用內(nèi)容

2.2.1 交互式虛擬仿真流程

具體流程如圖1 所示，共包含以下8 個(gè)環(huán)節(jié)：①養(yǎng)殖過(guò)程的靜態(tài)虛擬仿真。仿真再現(xiàn)肉羊的生長(zhǎng)過(guò)程和規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖廠的生產(chǎn)實(shí)景，使學(xué)員學(xué)習(xí)現(xiàn)代化肉羊養(yǎng)殖的標(biāo)準(zhǔn)流程。②生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略設(shè)定。要求學(xué)員為新設(shè)立的規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖廠設(shè)定生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略，運(yùn)用SWOT 矩陣等理論工具模型，進(jìn)行戰(zhàn)略分析和選擇。③企業(yè)建設(shè)。模擬設(shè)立規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖場(chǎng)所需要的選址決策、設(shè)施布置、飼料基地建設(shè)、羊群購(gòu)買、設(shè)備購(gòu)買、工人雇傭等工作，學(xué)員通過(guò)人機(jī)交互，將決策結(jié)果輸入系統(tǒng)。④養(yǎng)殖生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理。要求學(xué)員針對(duì)系統(tǒng)所設(shè)定的養(yǎng)殖工作設(shè)計(jì)、需求預(yù)測(cè)等養(yǎng)殖生產(chǎn)情境，運(yùn)用甘特圖、生產(chǎn)率公式、工時(shí)定額等工具，完成養(yǎng)殖生產(chǎn)決策。⑤生產(chǎn)質(zhì)量管理。要求學(xué)員根據(jù)系統(tǒng)情境，使用Minitab 軟件，對(duì)肉羊的關(guān)鍵抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，運(yùn)用PDCA 模型等質(zhì)量管理工具，提出質(zhì)量改進(jìn)方案。⑥成本收益管理。根據(jù)前幾個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)員輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)驗(yàn)算出企業(yè)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)表，學(xué)員根據(jù)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，分析生產(chǎn)管理的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)量本利分析等模型，提出改進(jìn)意見(jiàn)。⑦綜合評(píng)價(jià)與復(fù)盤。實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)員各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，選取代表性強(qiáng)的組進(jìn)行復(fù)盤演示，學(xué)員記錄評(píng)價(jià)與復(fù)盤結(jié)果。⑧實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)員根據(jù)所有環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，綜合進(jìn)行評(píng)分。

圖1 虛擬仿真流程

2.2.2 交互活動(dòng)

2.2.2.1 角色扮演情境交互

學(xué)員在各系統(tǒng)情景中，將自己的角色設(shè)定為規(guī)?；娜庋蝠B(yǎng)殖企業(yè)的生產(chǎn)管理人員。通過(guò)小組內(nèi)部成員的分工，模擬不同崗位的活動(dòng)。

2.2.2.2 生產(chǎn)決策人機(jī)交互

通過(guò)人機(jī)交互，學(xué)員時(shí)刻主動(dòng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)，變被動(dòng)為主動(dòng)地參與實(shí)驗(yàn)。對(duì)于如肉羊養(yǎng)殖技術(shù)獲得、人員培訓(xùn)、飼料基地建設(shè)等活動(dòng)的決策在計(jì)算機(jī)中輸入選擇結(jié)果，通過(guò)人機(jī)交互一步步模擬經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。

2.2.2.3 小組間競(jìng)爭(zhēng)

虛擬仿真活動(dòng)共分為4 期，每期結(jié)束后會(huì)進(jìn)行分?jǐn)?shù)評(píng)比，學(xué)員在分組競(jìng)爭(zhēng)中，提升團(tuán)隊(duì)合作能力。與某一期的得失相比，最終的小組間競(jìng)賽綜合結(jié)果更為重要。

2.2.2.4 復(fù)盤總結(jié)

通過(guò)復(fù)盤，學(xué)員可以看到自己之前決策的理由，回顧決策的做出過(guò)程，找到?jīng)Q策的依據(jù)，發(fā)現(xiàn)決策的問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)小組間的交流，增強(qiáng)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解，提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的記憶，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。

2.2.3 仿真核心要素

2.2.3.1 靜態(tài)仿真

通過(guò)靜態(tài)動(dòng)畫(huà)演示規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖場(chǎng)所包含的一系列資源，具體內(nèi)容如下。

資源：包括土地、資金、工人 、技術(shù)員、技術(shù)顧問(wèn)等；預(yù)計(jì)購(gòu)買種羊、基礎(chǔ)母羊、育肥羊等的具體數(shù)量；預(yù)計(jì)可獲貸款額、利息；預(yù)計(jì)可獲得政府補(bǔ)貼、條件企業(yè)規(guī)模達(dá)、可依托技術(shù)支持等具體數(shù)據(jù)。

品種：初次購(gòu)買不小于3 月齡；購(gòu)買杜泊肉羊的數(shù)量大于等于820 只、體重大于等于60 kg、單價(jià)1 800元；購(gòu)買蒙古羊的數(shù)量大于等于5 200 只、體重大于等于50 kg、單價(jià)1 000 元。

養(yǎng)殖場(chǎng)：羊舍、羊活動(dòng)場(chǎng)、飼料基地、設(shè)備倉(cāng)庫(kù)、辦公室、員工宿舍和食堂等實(shí)景還原。

2.2.3.2 動(dòng)態(tài)仿真

肉羊生長(zhǎng)過(guò)程仿真：通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)展示肉羊自出生羔羊到出欄羊的全生長(zhǎng)過(guò)程。學(xué)員點(diǎn)擊各個(gè)關(guān)鍵管理點(diǎn)（如配種、選料、防疫等），以動(dòng)畫(huà)羊的形式，3D 還原出相應(yīng)的肉羊生長(zhǎng)程度（身高、體重等），還原程度要求高。主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)立經(jīng)營(yíng)決策仿真：在養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)立階段，在選址決策、設(shè)施布置、人員雇傭、土地租賃、設(shè)備購(gòu)買等方面，設(shè)定相應(yīng)情境，要求根據(jù)所給數(shù)據(jù)和背景信息，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行決策分析與選擇。例如在選址決策階段，提供給學(xué)員多個(gè)選址備選方案，學(xué)員根據(jù)生產(chǎn)選址決策的成本因素、社會(huì)因素、自然因素、交通因素等進(jìn)行分析，綜合考慮企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式、專業(yè)化與協(xié)作化水平等要求，確定選址方案。選址方案條件如表2 所示，給出5 個(gè)選址方案，學(xué)員需要分析方案參數(shù)，并運(yùn)用模型，分析方案中的最優(yōu)、次優(yōu)和最劣方案，通過(guò)應(yīng)用生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理中關(guān)于選址決策的相關(guān)知識(shí)和計(jì)算模型，作出選址決策。

表2 選址方案條件

表2（續(xù)）

設(shè)施布置決策仿真：布置方案如圖2 所示。在設(shè)施布置的虛擬仿真中，學(xué)員可以根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)施布置需要，進(jìn)行養(yǎng)殖場(chǎng)的虛擬仿真布置。學(xué)員在布置時(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)效率最大化，例如，將圈舍與飼料基地近距離布置，同時(shí)留有運(yùn)輸通道。同時(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)安全的保障，將養(yǎng)殖區(qū)和員工生活區(qū)分開(kāi)，并合理布置消防點(diǎn)。最后還應(yīng)考慮運(yùn)輸?shù)男枰?，確保在足夠的空間內(nèi)進(jìn)行飼料和肉羊的裝運(yùn)?？傮w來(lái)說(shuō)，要求學(xué)員的布置方案既滿足生產(chǎn)便利化、安全化的需要，又滿足精細(xì)化和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的目標(biāo)。

圖2 布置方案示意圖

養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程管理仿真：多組學(xué)員進(jìn)行生產(chǎn)管理競(jìng)爭(zhēng)模擬，精細(xì)化把控各重要時(shí)間點(diǎn)，合理分配生產(chǎn)管理任務(wù)。根據(jù)生產(chǎn)管理相關(guān)知識(shí)，在各生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中輸入決策結(jié)果，學(xué)員需及時(shí)計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程中的投入和產(chǎn)出，權(quán)衡市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)的變化，在保證各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)順利進(jìn)行的前提下，確保生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。學(xué)員可將養(yǎng)殖生產(chǎn)管理的各項(xiàng)任務(wù)按照時(shí)間序列排列，并制定相關(guān)甘特圖，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中確保各項(xiàng)任務(wù)的精準(zhǔn)完成。例如，每年的3 月、4 月為春羔產(chǎn)羔期，在此期間應(yīng)該確保母羊飼料的充足，防疫充分。學(xué)員應(yīng)在系統(tǒng)中輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)，保證春羔管理的相關(guān)任務(wù)精準(zhǔn)完成。通過(guò)模擬肉羊自購(gòu)進(jìn)到出欄銷售的整體生產(chǎn)管理過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)員對(duì)生產(chǎn)管理知識(shí)的運(yùn)用能力。核心仿真數(shù)據(jù)還包括人力成本、生產(chǎn)線成本、養(yǎng)殖業(yè)收入、副產(chǎn)業(yè)收入等。

養(yǎng)殖生產(chǎn)質(zhì)量管理仿真：根據(jù)學(xué)員的生產(chǎn)管理決策，提供肉羊在各關(guān)鍵生長(zhǎng)周期的平均活重、胴體重、凈肉重、屠宰率、凈肉率等指標(biāo)。每只羊的個(gè)體指標(biāo)間應(yīng)該有差異，可供抽樣檢驗(yàn)。學(xué)員抽取樣本后，通過(guò)使用Minitab 等質(zhì)量管理軟件，計(jì)算出樣本的質(zhì)量特征，并通過(guò)控制圖、帕累托圖等形式表示出來(lái)。學(xué)員依據(jù)質(zhì)量管理的PDCA 和六西格瑪?shù)荣|(zhì)量管理方法，找到改進(jìn)質(zhì)量的可行辦法。最后學(xué)員將改進(jìn)的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，比較改進(jìn)前后的效果。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察學(xué)員將肉羊養(yǎng)殖生產(chǎn)管理的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、分析的能力。通過(guò)控制圖（如圖3 所示）了解肉羊體重不合格數(shù)的變化情況，并分析肉羊體重是否在管理的合格控制范圍內(nèi)。通過(guò)帕累托圖（如圖4 所示）分析影響肉羊體重的主要原因，同時(shí)確定質(zhì)量改進(jìn)方案。

圖3 肉羊體重不合格數(shù)P 的控制圖

圖4 影響肉羊體重主要因素的帕累托圖

危機(jī)處理決策仿真：仿真肉羊養(yǎng)殖過(guò)程可能產(chǎn)生的實(shí)際危機(jī)，如傳染病爆發(fā)、肉價(jià)下跌、飼料價(jià)格猛漲、環(huán)保不達(dá)標(biāo)、消防不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。系統(tǒng)設(shè)定反應(yīng)時(shí)間較為緊迫，需要立即做出決策。借此培養(yǎng)并考察學(xué)員快速、正確做出決策的能力。

成本-收益管理仿真：根據(jù)學(xué)員的決策，給出成本-收益等財(cái)務(wù)結(jié)果。學(xué)員可根據(jù)每一期的結(jié)果，為下一期的決策提供依據(jù)。在最后一期，系統(tǒng)給出總體的財(cái)務(wù)結(jié)果，借此評(píng)定每組學(xué)員的生產(chǎn)管理決策結(jié)果。

3 考核方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)界面模塊，學(xué)員逐步確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最后根據(jù)學(xué)員決策的結(jié)果，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。需要注意的是，本實(shí)驗(yàn)只仿真模擬了企業(yè)一年中的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，重點(diǎn)放在企業(yè)初創(chuàng)期的保證生存方面。成本-收益管理只反映了企業(yè)的財(cái)務(wù)狀況，并不能完全反映企業(yè)的未來(lái)發(fā)展，即使實(shí)驗(yàn)小組期末的財(cái)務(wù)狀況并不理想，只要符合企業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向并保證企業(yè)生存，即可認(rèn)定為決策有效。對(duì)于實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐活動(dòng)的考核，總分100分，實(shí)驗(yàn)過(guò)程70 分（流程環(huán)節(jié)把控40 分、經(jīng)營(yíng)決策30 分），實(shí)驗(yàn)報(bào)告30 分（流程重現(xiàn)10 分、決策心得10 分、實(shí)驗(yàn)總結(jié)10 分）?？己朔绞饺绫? 所示。

表3 考核方式

4 結(jié)論與討論

基于以上設(shè)計(jì)，對(duì)規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的交互式虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)首先被應(yīng)用于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院的生產(chǎn)與運(yùn)作管理課程的專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)幾輪磨合，實(shí)驗(yàn)取得了一定的成果。通過(guò)“實(shí)景仿真—角色扮演—人機(jī)交互—分組競(jìng)爭(zhēng)—復(fù)盤討論”，學(xué)員轉(zhuǎn)變?yōu)榱藢?shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，增強(qiáng)了專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用，親身體驗(yàn)到了作為養(yǎng)殖場(chǎng)管理者應(yīng)擔(dān)負(fù)的責(zé)任，以及應(yīng)進(jìn)行的工作，應(yīng)注意的管理點(diǎn)、應(yīng)作出的決策和應(yīng)考慮的問(wèn)題，切實(shí)提高了工作實(shí)踐能力。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)式教學(xué)，學(xué)生開(kāi)始思考并創(chuàng)造新的管理方法與技巧，提高學(xué)員的專業(yè)創(chuàng)新能力。對(duì)于決策，即使作出了錯(cuò)誤的或者離譜的決策，也可以通過(guò)復(fù)盤進(jìn)行回溯，找到?jīng)Q策中的問(wèn)題，提升實(shí)踐教學(xué)效果，這是在以往的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的。由于大量學(xué)員來(lái)自農(nóng)村牧區(qū)，對(duì)肉羊養(yǎng)殖業(yè)本身?yè)碛刑厥獾母星?，本?shí)驗(yàn)進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)員服務(wù)于農(nóng)村牧區(qū)現(xiàn)代化的熱情，為未來(lái)鄉(xiāng)村振興貢獻(xiàn)力量奠定了基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)在實(shí)際操作中仍存在一定的短板，需要進(jìn)一步完善與改進(jìn)。首先，現(xiàn)階段僅在高校范圍內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試，尚未在廣大農(nóng)村牧區(qū)大面積推廣，針對(duì)不同地區(qū)、不同文化背景、不同專業(yè)背景的學(xué)員來(lái)說(shuō)，還需進(jìn)一步完善該系統(tǒng)；其次，由于尚處在開(kāi)發(fā)初期，本項(xiàng)目只針對(duì)肉羊規(guī)?；B(yǎng)殖的生產(chǎn)管理的主干知識(shí)和活動(dòng)進(jìn)行了虛擬仿真模擬，對(duì)于細(xì)節(jié)性操作尚處在建設(shè)階段；再次，本系統(tǒng)尚只設(shè)計(jì)了按鍵式操作程序，未來(lái)擬進(jìn)一步加入語(yǔ)音交互和VR 模擬；最后，對(duì)于內(nèi)蒙古自治區(qū)的肉羊養(yǎng)殖業(yè)還存在如天氣、環(huán)境等的特殊影響，這些也尚未在系統(tǒng)中完全體現(xiàn)，但在未來(lái)的拓展模塊中，會(huì)進(jìn)一步完善?？傊?，本系統(tǒng)是一個(gè)需要長(zhǎng)期不斷更新、不斷完善的虛擬仿真系統(tǒng)，其實(shí)踐性和互動(dòng)性還將進(jìn)一步換代升級(jí)，以期為中國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。