工業(yè)智能化背景下高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

摘要：通過探索校企深度合作機(jī)制，基于渦北選煤廠等工礦企業(yè)一線數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭分選流程的場(chǎng)景模擬、對(duì)分選設(shè)備運(yùn)維問題的智能識(shí)別以及對(duì)煤炭分選效果的優(yōu)化。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建不僅提升了工業(yè)生產(chǎn)一線數(shù)據(jù)的教學(xué)價(jià)值，還豐富了校企聯(lián)動(dòng)和產(chǎn)學(xué)研合作的實(shí)踐內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：工業(yè)智能；高校；智慧實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G642.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3583（2024）-0144-05

Construction of Virtual Smart Laboratories In UniversitiesUnder the Background of Industrial Intelligence

——Taking Anhui University of Science and Technology as an Example

LIU Hai-zeng，ZHENG Gang-feng，QIU Yi-bing，WANG Chuan-zhen，LYU Wen-bao

（School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232000，China）

Abstract：Through exploring the mechanism of deep cooperation between schools and enterprises，a virtual smart laboratory based on the frontline data of industrial and mining enterprises such as the Guo Bei Coal Preparation Plant has been constructed.This laboratory achieves scene simulation of coal sorting process，intelligent identification of operation and maintenance issues of sorting equipment，and optimization of coal sorting effects.Practice has proven that the construction of the laboratory not only enhances the teaching value of frontline data in industrial production but also enriches the practical connotation of school-enterprise linkage and industry-university research cooperation.

keywords：industrialintelligence;universities;smart laboratory

當(dāng)前，工業(yè)智能化通過信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的融合，引領(lǐng)工業(yè)生產(chǎn)邁向一個(gè)智能化、自動(dòng)化和信息化的新時(shí)代。在此背景下，一線工廠積累了大量的數(shù)據(jù)資源，這些多維度、高頻率、長(zhǎng)時(shí)序的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄了產(chǎn)品屬性、生產(chǎn)階段和設(shè)備狀態(tài)等關(guān)鍵信息，但由于目前缺乏成熟的數(shù)據(jù)合作體系，這些數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值在工科教研活動(dòng)中尚未得到充分發(fā)揮。它們往往僅被用于滿足規(guī)范性審查的格式化存儲(chǔ)，或在生產(chǎn)過程中不斷更新覆蓋，未能充分轉(zhuǎn)化為教育和科研的寶貴資源。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，安徽理工大學(xué)的礦物分選智能測(cè)控科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)攜手渦北選煤廠以及安徽容知日新科技股份有限公司，共同打造了“全生命周期智能診斷虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室”。該實(shí)驗(yàn)室不僅成功模擬了煤炭分選流程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)維問題的智能識(shí)別和分選效果的優(yōu)化，更探索出一條創(chuàng)新路徑，將生產(chǎn)實(shí)踐與教研活動(dòng)相互賦能，相互促進(jìn)，為新工科建設(shè)提供了有力的實(shí)踐案例和推廣價(jià)值。

一、國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)室研究狀況

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了工業(yè)智能化的發(fā)展，使生產(chǎn)過程更加智能、高效和靈活，虛擬實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)運(yùn)而生。虛擬實(shí)驗(yàn)室被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程學(xué)等領(lǐng)域，為研究者提供了無需實(shí)際操作硬件設(shè)備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，降低了成本并提高了研究效率。2021年，我國(guó)發(fā)布了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，明確了智能制造的發(fā)展目標(biāo)和任務(wù)，推動(dòng)制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)型[1]。2022年發(fā)布了《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》，進(jìn)一步深化了信息化與工業(yè)化在更廣范圍、更深程度、更高水平上實(shí)現(xiàn)融合發(fā)展的具體措施，推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[2]。

國(guó)內(nèi)關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究主要分為兩大類：一是關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的類型、構(gòu)建、設(shè)計(jì)、教學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)等理論方面的研究。如劉筱蘭等介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)室的不同類型、功能及特點(diǎn)，并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的未來發(fā)展趨勢(shì)作出設(shè)想[3]；劉蘋蘋等梳理了我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展歷程，分析了虛擬實(shí)驗(yàn)室在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)其評(píng)價(jià)指標(biāo)提出建議[4]；二是關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)室在工業(yè)、教育、醫(yī)學(xué)、科學(xué)、國(guó)防軍事、企業(yè)及國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等實(shí)踐應(yīng)用。在工業(yè)輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品測(cè)試中，虛擬實(shí)驗(yàn)室通過模擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，減少實(shí)體原型的需求，從而降低生產(chǎn)成本。在教育領(lǐng)域方面的應(yīng)用，有nobook虛擬實(shí)驗(yàn)室為初高中課程提供所需的實(shí)驗(yàn)，北京大學(xué)地球科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心提供多層次、多方法的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以及中南大學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)計(jì)算機(jī)、通信、信息安全等專業(yè)課程設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，為課程設(shè)計(jì)和教學(xué)改革提供新的路徑[5]；在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，如北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)研究虛擬人合成和虛擬環(huán)境交互技術(shù)；騰訊AI Lab實(shí)驗(yàn)室專注于人臉識(shí)別、語音識(shí)別等領(lǐng)域的研究，華為聯(lián)合徠卡建立的麥克斯·別雷克創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算成像、VR和AR領(lǐng)域的研發(fā)等等?？梢哉f，虛擬實(shí)驗(yàn)室為不同學(xué)科的教學(xué)和研究提供了創(chuàng)新的工具和方法，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和實(shí)踐性，同時(shí)也為實(shí)踐應(yīng)用提供了更安全、經(jīng)濟(jì)和高效的解決方案。

美國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)室在不同領(lǐng)域里的應(yīng)用也比較廣泛，如斯坦福大學(xué)布局金融投資虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序，配備了先進(jìn)的工作站，模擬交易大廳實(shí)況，增強(qiáng)學(xué)生的沉浸感；加州大學(xué)伯克利分校建立了用于信息物理系統(tǒng)教學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，支持學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行機(jī)器人仿真、編程開發(fā)和硬件控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)評(píng)分功能[6]。此外，許多國(guó)際實(shí)驗(yàn)室致力于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與創(chuàng)新，例如谷歌的Daydream Labs專注于VR體驗(yàn)的提升，探索硬件和應(yīng)用領(lǐng)域；德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，提供控制工程的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

二、建設(shè)虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室面臨的困境

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的融合，虛擬實(shí)驗(yàn)室向更真實(shí)、更精準(zhǔn)的模擬效果、智能化發(fā)展，促進(jìn)不同學(xué)科領(lǐng)域之間的融合與創(chuàng)新，尤其是在教育領(lǐng)域方面，為傳統(tǒng)教育模式帶來創(chuàng)新和變革。建設(shè)虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室在推動(dòng)教育信息化和提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量方面具有重要意義，但在實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用過程中也面臨一些困境和挑戰(zhàn)。

首先，資金和資源投入不足是制約高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的主要瓶頸。虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室不僅需要昂貴的硬件設(shè)備，如高性能計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和交互設(shè)備，還需要不斷更新的軟件系統(tǒng)和技術(shù)支持，這些都需要大量的資金投入。另外，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代和軟件的升級(jí)也變得日益頻繁，進(jìn)一步增加了資金的需求。但在實(shí)際過程中，許多高校在資金分配上往往優(yōu)先考慮傳統(tǒng)的教學(xué)和科研領(lǐng)域，導(dǎo)致虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)得不到足夠的重視和支持。這種資金和資源的不足不僅限制了實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施建設(shè)，也影響了實(shí)驗(yàn)室的軟件資源和教學(xué)內(nèi)容的更新，進(jìn)而影響了虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)效果和科研能力。

其次，技術(shù)更新和維護(hù)也是高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)需要不斷升級(jí)以保持其先進(jìn)性和有效性。然而，持續(xù)的技術(shù)更新需要大量的資金和人力資源，這對(duì)于許多高校來說是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。一方面，高端的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、高性能計(jì)算機(jī)和先進(jìn)的傳感器等硬件設(shè)備價(jià)格昂貴，且更新?lián)Q代速度快，高校需要不斷投入資金進(jìn)行更新。另一方面，軟件系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)也需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行支持，這不僅涉及技術(shù)問題，還涉及培訓(xùn)和人員管理等多方面的問題。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)也是一個(gè)不容忽視的問題，需要投入額外的資源進(jìn)行保障。如筆者所在的實(shí)驗(yàn)室，無論是對(duì)一線生產(chǎn)的仿真模擬，還是基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論探索，都對(duì)數(shù)據(jù)有著嚴(yán)格要求，需要針對(duì)性布置傳感器等終端設(shè)備，這需要第三方提供設(shè)備與技術(shù)支持。

最后，師資力量薄弱也是高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一個(gè)亟待解決的問題。作為一種新興的教學(xué)和科研平臺(tái)，虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室需要具備相關(guān)技術(shù)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師來進(jìn)行管理、運(yùn)用和維護(hù)。目前，部分高校在這方面的師資力量相對(duì)不足，難以滿足虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和科研需求。一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)室涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣泛，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等，需要教師具備跨學(xué)科的知識(shí)背景和技能。另一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)方法和課程設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室有所不同，需要教師不斷探索和創(chuàng)新。

除了上述主要問題外，虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施利用率低、安全管理和隱私保護(hù)重視不夠，來自學(xué)校或教育管理部門的明確政策支持和激勵(lì)機(jī)制不完善等方面，也是當(dāng)前高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中亟須解決的問題。

三、虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建策略

（一）三方聯(lián)動(dòng)：校企合作與數(shù)據(jù)共享

三方聯(lián)動(dòng)指的是高校、企業(yè)和政府三方共同參與，為虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展提供了新的動(dòng)力和方向。高校作為人才培養(yǎng)和知識(shí)創(chuàng)新的基地，企業(yè)作為技術(shù)應(yīng)用和市場(chǎng)需求的主體，政府作為政策引導(dǎo)和資源整合的協(xié)調(diào)者，三者之間的緊密合作能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。根據(jù)筆者及團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，解決虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建難題的關(guān)鍵，在于一線工廠、技術(shù)公司和高校教研團(tuán)隊(duì)之間的聯(lián)動(dòng)。其中，一線工廠提供數(shù)據(jù)，技術(shù)公司提供終端設(shè)備和平臺(tái)運(yùn)維技術(shù)，高校教研團(tuán)隊(duì)則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的教研應(yīng)用和工程分析，形成新的“三方聯(lián)動(dòng)”模式，實(shí)現(xiàn)虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的搭建、運(yùn)行與價(jià)值轉(zhuǎn)化。

數(shù)據(jù)共享是“三方聯(lián)動(dòng)”模式中的關(guān)鍵一環(huán)，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)、企業(yè)可以高效地交換和利用數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)知識(shí)傳播和技術(shù)交流。這不僅能提高教學(xué)和科研的效率，還可以為企業(yè)的市場(chǎng)決策提供數(shù)據(jù)支持。在安徽理工大學(xué)礦物分選虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建中，特別注重?cái)?shù)據(jù)的保護(hù)，主要措施如下：首先，教研團(tuán)隊(duì)和技術(shù)公司直接參與一線工廠的數(shù)字化改造，使用技術(shù)公司的傳感器，并在教研團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)下協(xié)商數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；其次，通過技術(shù)公司提供的傳感器，一線工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至工廠內(nèi)部局域網(wǎng)，向教研團(tuán)隊(duì)開放接入端口，工廠對(duì)端口傳輸內(nèi)容有著選擇權(quán)和控制權(quán)。這樣既避免了技術(shù)公司通過傳感器截取生產(chǎn)信息的風(fēng)險(xiǎn)，也保留了工廠對(duì)教研團(tuán)隊(duì)共享數(shù)據(jù)的自主權(quán)。在此措施下，技術(shù)公司拓展了終端設(shè)備市場(chǎng)和平臺(tái)運(yùn)維空間、教研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一線數(shù)據(jù)的教學(xué)應(yīng)用與科研轉(zhuǎn)化，而教研團(tuán)隊(duì)的科學(xué)研究也反哺了工廠的效率提高與工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)校企互利共贏。

（二）智能管理：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理與系統(tǒng)保障

在虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建中，智能管理是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)作的關(guān)鍵，涉及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的多個(gè)方面，包括但不限于對(duì)各類儀器設(shè)備的固定資產(chǎn)管理，確保設(shè)備資產(chǎn)的清晰記錄和合理配置；資源管理，合理分配實(shí)驗(yàn)材料和人力資源，提高使用效率；以及設(shè)備安全運(yùn)行管理，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控確保實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和操作的安全性。數(shù)據(jù)采集、處理和分析管理是智能管理系統(tǒng)的核心，能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集和深入分析，為科研決策提供數(shù)據(jù)支持。在系統(tǒng)保障方面，智能管理系統(tǒng)通過自動(dòng)化工具實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的預(yù)約、借用、維護(hù)和保養(yǎng)流程，以及資源的優(yōu)化調(diào)度和配置，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，確保了實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的安全備份和歸檔。這些智能管理措施極大提升了實(shí)驗(yàn)室的管理效率和科研工作的流暢性。

為確保虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的順利建立和高效運(yùn)作，筆者及團(tuán)隊(duì)在師資力量、設(shè)施設(shè)備以及資金方面進(jìn)行了精心的配置和充足的準(zhǔn)備。在師資力量方面，匯集了一批專業(yè)能力強(qiáng)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師團(tuán)隊(duì)，其中教授1人，副教授4人，講師2人，主要負(fù)責(zé)智慧實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、運(yùn)維管理等工作，他們將為實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和研究提供堅(jiān)實(shí)的支持。在設(shè)施設(shè)備方面，實(shí)驗(yàn)室面積約200m2，擁有高性能計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備4臺(tái)，先進(jìn)的在線檢測(cè)軟件一套，以支持高效的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在資金經(jīng)費(fèi)方面，團(tuán)隊(duì)擁有充足的經(jīng)費(fèi)支撐，有科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目基金、國(guó)家級(jí)、省部級(jí)縱向項(xiàng)目基金、省協(xié)同創(chuàng)新基金等，還有校企合作的橫向項(xiàng)目基金，在研的企業(yè)委托項(xiàng)目涉及山東、山西、安徽以及內(nèi)蒙古等地的廠礦企業(yè)。此外，筆者及團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)人工管理模式的局限，成功研發(fā)了一套先進(jìn)的信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了固定資產(chǎn)管理、資源管理、設(shè)備安全運(yùn)行監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集、處理和分析等多個(gè)方面，不僅實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備的在線預(yù)約、借用、維護(hù)與保養(yǎng)，還優(yōu)化了資源的調(diào)度與配置，加強(qiáng)了安全監(jiān)控，以及數(shù)據(jù)的備份與歸檔。

（三）學(xué)研用一體化：深入挖掘?qū)嶒?yàn)室的應(yīng)用價(jià)值

高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的學(xué)研用一體化策略，是促進(jìn)學(xué)術(shù)研究、教學(xué)實(shí)踐與技術(shù)應(yīng)用緊密結(jié)合的關(guān)鍵。這種模式不僅深化了實(shí)驗(yàn)室在學(xué)術(shù)研究中的應(yīng)用，推動(dòng)了理論創(chuàng)新和知識(shí)發(fā)現(xiàn)，而且強(qiáng)化了教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合，提高了學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新思維能力。利用虛擬仿真技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室能夠重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜環(huán)境，為學(xué)生和研究人員提供了一個(gè)沉浸式的學(xué)習(xí)和研究平臺(tái)，在安全的環(huán)境下鼓勵(lì)他們探索未知領(lǐng)域和驗(yàn)證假設(shè)。

一方面，借助虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室，筆者及團(tuán)隊(duì)打造了一個(gè)連接一線工廠、技術(shù)公司和教研團(tuán)隊(duì)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將感知換能器、測(cè)量變送器、控制器、執(zhí)行器以及被控對(duì)象等設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的智能化、互聯(lián)化和遠(yuǎn)程控制。這種全方位的智慧化控制和管理方式，使學(xué)生能夠靈活地在任何時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，利用與安徽、山東、山西等地企業(yè)的合作，以礦物加工的典型生產(chǎn)工藝為研究對(duì)象，融合了廠礦生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的綜合需求，從核心工藝、關(guān)鍵裝備、數(shù)據(jù)通信到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建了多個(gè)典型案例，為工科數(shù)字化工廠虛擬教學(xué)提供了實(shí)踐案例。

另一方面，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的實(shí)施，使得“干中學(xué)”的教學(xué)理念得以有效推進(jìn)，促進(jìn)了專業(yè)知識(shí)的高效傳授。通過現(xiàn)代技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了一線工廠實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的數(shù)字化，確保了實(shí)驗(yàn)過程的自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集以及結(jié)果的自動(dòng)處理和分析，幫助學(xué)生更深入地理解實(shí)驗(yàn)知識(shí)。比如筆者及團(tuán)隊(duì)與技術(shù)公司聯(lián)合開發(fā)的Supercare軟件，將一線數(shù)據(jù)傳輸至虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生能夠在校園網(wǎng)環(huán)境下，通過臨時(shí)密鑰獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行自主研究和探索，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動(dòng)力。

再者，智能虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)匯集了團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期積累的多方企業(yè)資源，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的多元化、功能的立體化和對(duì)象的系統(tǒng)化。這使得虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)更加符合新工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)，并更好地服務(wù)于一線工廠的生產(chǎn)需求。例如，在與渦北選煤廠的合作中，我們?cè)谄渲飨春诵脑O(shè)備上安裝了多個(gè)振動(dòng)傳感器，這些傳感器的信號(hào)通過無線路由器和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備健康狀態(tài)的動(dòng)態(tài)智能診斷，該試驗(yàn)平臺(tái)已成功應(yīng)用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)（見圖1）。

針對(duì)廠礦企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，筆者及團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了渦北選煤廠的智能化一體檢測(cè)系統(tǒng)。通過振動(dòng)信號(hào)分析和超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行無損檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線傳輸和缺陷的形狀重構(gòu)，使故障檢測(cè)更加可視化和數(shù)值化。此外，與安徽紫朔環(huán)境工程技術(shù)有限公司合作，我們建立了一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸及分析為一體的數(shù)字李生試驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)采用B/S框架，主要面向化工生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)。通過數(shù)字化和智能化升級(jí)，我們?yōu)槊夯て髽I(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，打通了工業(yè)控制網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間的壁壘（見圖2）。

四、結(jié)論

在工業(yè)智能化的大背景下，積極構(gòu)建虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室并充分挖掘工廠一線數(shù)據(jù)的教學(xué)與科研價(jià)值，是推進(jìn)新工科建設(shè)的創(chuàng)新之舉。針對(duì)當(dāng)前高校虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建面臨的困境和挑戰(zhàn)，筆者及團(tuán)隊(duì)結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)一線工廠、專業(yè)技術(shù)公司和高校教研團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的積極作用，構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的三方聯(lián)動(dòng)框架和高效的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，為高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供策略參考。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和教育資源的日益豐富，未來的虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室將更加智能化、個(gè)性化，能夠滿足不同學(xué)生和教師的需求。它將不斷拓展教育的邊界，為培養(yǎng)適應(yīng)未來工業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才提供強(qiáng)有力的支持[7]?？傊I(yè)智能化背景下高校虛擬智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，不僅是對(duì)現(xiàn)有教育模式的補(bǔ)充，更是對(duì)未來教育形態(tài)的探索和引領(lǐng)。

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