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油廠實訓總結范文1
關鍵詞 職業院校；虛擬仿真；實訓資源
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2012）33-0004-04
1 引言
為貫徹落實北京市教育委員會《關于北京“十二五”時期職業教育信息化規劃》的文件精神，利用云計算技術、3G無線網絡技術、虛擬現實技術和物聯網技術——這些技術催生了應用，應用孕育了技術，探索開發職業院校的虛擬項目、虛擬工藝、虛擬流程、虛擬實驗、虛擬車間、虛擬工廠，形成虛擬對象與真實對象的有效對接，虛擬實訓與真實實訓的有機互補，全面提升職業院校的實訓教學的可操性、實效性，避免危險性，降低高成本性、不可逆性和高耗費，為實驗與實訓提供有力支撐。
2 虛擬實訓資源
虛擬實訓的概念是利用虛擬現實技術仿真或虛構某些情境，供學生觀察、操縱、建構其中的對象，使他們獲得類似真實的體驗或者掌握知識理論體系的規律。
目前虛擬實訓資源是非常豐富的，各大公司開發了很多虛擬仿真軟件與開發平臺，尤其是網絡版游戲仿真軟件風起云涌，給開發商和網吧的投資者帶來豐厚利潤。而職業教育的虛擬仿真軟件與開發平臺顯得相對匱乏，這是因為職業教育涉及各行各業，一個權威的、界面友好的、能滿足各種用戶需求的仿真平臺編輯器尚未產生，而能滿足某一領域的虛擬仿真軟件與開發仿真平臺編輯器很多，如Pro E機械三維仿真平臺、VR-Platform三維互動仿真平臺和Tina電子線路三維互動仿真平臺等。這是因為虛擬技術具有沉浸性、交互性、構想性特征：沉浸性指人能夠沉浸到計算機系統所創建的環境中，由觀察者變為參與者，成為虛擬現實系統的一部分；交互性指是人能用多種傳感器與多維化信息的環境發生交互，如同在真實的環境中一樣與虛擬環境中的對象發生交互關系；構想性指人能從虛擬環境中得到感性和理性的認識，進而深化概念、產生新意和構想。上述這些軟件都能滿足沉浸性、交互性、構想性的特征。
3 職業教育虛擬仿真四層步驟
3.1 專業仿真軟件的應用
專業仿真軟件很多，其特點是：在調試上，面向圖符對象的仿真軟件，不須任何編程學習，只需要填充控件或對象，就能仿真大量的應用系統，幾乎囊括現代所有領域的可視化、動態仿真系統、圖符表示的功能模塊。目前職業院校的教師在授課中常使用各自專業的虛擬仿真軟件進行輔助教學。例如，TINA Design Suite v8專業仿真軟件是針對電路分析、設計和實時測試的軟件，它功能強大，易用性極高，具有模擬、數字、VHDL語言、單片機、電子電路和混合電路板以及PCB Layout布線仿真設計環境。學生可以便捷地快速分析開關電源、射頻、通訊、光電電路的各種真實情況，生成和調試使用集成的微控制器代碼流程圖，并在混合電路的微控制器應用環境中進行聯動測試。
TINA仿真系統獨特之處在于可以通過USB總線控制的TINA Lab II硬件，使計算機變成一個強大的多功能測試與測量儀器，完成從“設計需求”到“物理實現”的自動化設計過程。TINA技術大致分為電氣原理圖設計輸入、混合電路仿真分析、PLD設計、印制板（PCB）自動布線設計等環節。學生會發現TINA是一個易用性極高的高性能電子電路仿真設計工具，而教師更喜愛TINA中包含的結合仿真內核的訓練環境等獨特功能。如圖1、圖2如示，分別是電路原理圖和面包板上實物元件連線、電路原理圖在面包板和PCB仿真。
另外，Pro E仿真軟件在機械零件、裝配及工藝處理上有強大功能，這些仿真軟件在行業內是工程師工作的主要工具。但是這些仿真軟件都具有強烈的專業性，專業之間互通較少。還有VMware Workstation虛擬機軟件、硬盤分區、Boson NetSim模擬器等仿真軟件。
3.2 具有開發功能的專業仿真軟件的應用
目前社會上大型3D游戲仿真軟件已經很多，制作這些仿真軟件的公司開始瞄準職業教育市場，推出許多虛擬仿真軟件，它的特點是可以針對不同專業，根據教師的專業需求，設計出某專業課的某些知識點和實訓項目的仿真。
首先，采用仿真技術研究可節約大量的研究經費，在一定程度上可替代真實的測試技術研究，至少可以起到相當的指導作用。
其次，能夠幫助科研單位把科研工作中積累的許多寶貴知識和經驗加以總結，建立相應數據庫，得以長期保存和便于檢索。
第三，全三維的場景交互有很好的可視作用，其直觀性和可交互性得到良好的體現。
例如VR-Platform三維虛擬現實平臺軟件，該軟件適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化、所見即所得，可廣泛應用于城市規劃、室內設計、環境藝術、產品設計、工業仿真、古跡復原、橋梁道路設計、互動廣告設計、軍事模擬等行業，它的出現將給正在發展的3D仿真產業注入新的活力。
VR-Platform的目標是：低成本、高性能，讓每一個學生都能夠從“虛擬現實”中發掘出計算機三維的新樂趣，能與自己專業有效融合。
VR-Platform具有良好的系統架構，無論是學生、教師，還是軟件開發人員，都可以在不同層次上以不同的開發方式，開發出滿足自己需要的各種應用程序。如圖3所示，航模發動三維運行與零件裝配仿真。
在進行仿真專業課程制作過程中要以行業需求為基準，以專業實訓要求為依據，根據不同的行業特點探索行業通用性的操作規范，確保開發的課程能夠得到行業認可，最終建立起一批滿足行業要求，符合企業操作流程和規范的虛擬技術實訓資源。要建立一套完整的虛擬技術實訓中心，其硬件條件可根據學校不同條件自行組織，建議釆用主動式立體投影機、無縫軟邊融合技術的沉浸式環幕、虛擬現實成像及播放仿真平臺系統——三通道環幕立體投影系統、高端VR專業圖形工作站等設備。
虛擬技術（Virtual Reality）是借助計算機技術及最新研制的傳感裝置所創建的一種嶄新的模擬環境。它是一項綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術等領域。它用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者自然地對仿真世界進行體驗和交互，最終使得參與者產生身臨其境的感覺，并且能直接參與該環境中事物的變化與相互作用。其最大特點是根據教師的不同專業需求，設計出精美的3D仿真。如圖4所示，旅游專業介紹圓明園正大光明景區虛擬3D仿真。
3D技術模式主要釆用max、3ds、flt、obj、dxf、dwg、dem，其中flt文件格式是專業虛擬仿真軟件MultiGen的專業格式，在實現過中，定義一個3DS Object類就可實現三維建模與仿真。
3.3 物理介入式的仿真軟件的應用
由于仿真軟件平臺開發人員大多是軟件工程師，應用仿真軟件平臺人員只需要關注腳本的編寫和項目的真實可操作性，如需美觀應要大量的照片，也稱之為皮膚，增強3D的可視性。但是人們又提出更進一步的要求——實物操作與虛擬仿真一一對應，而且要求仿真軟件能夠控制實物的動作，甚至能模擬或預測實物動作的危險，如核燃料棒的泄漏、地震等。這就要求實物的動作過程中有大量的傳感器的物理量，經過V/I轉換，以及RS232或485的通訊協議，與仿真軟件平臺中的I/O函數構成事件，形成仿真軟件能夠控制實物的動作。以機器人為例，如圖5所示。
目前通用開發型的仿真軟件平臺是通過游戲軟件移植過來的，已有游戲手柄，它是一種開關量，利用GeyKey（）函數就能調用，還有一種是游戲手套，手套內放置了壓力傳感器可模擬CS游戲中許多武器的仿真。所以說物理介入式仿真軟件的開發應用已近在眼前，但是難度較大，這不但需要開發人員與設計應用人員必須具備軟硬件的綜合素質，而且應具備相當水平的美術觀。
有實物介入式計算機仿真系統將成為職業教育仿真實訓教學中的又一個亮點。隨著實訓仿真技術的發展，實訓內容、實訓手段、實訓設備將發生變革，傳統的校內、外實訓基地模式將向校內、外實訓基地與虛擬實驗實訓相結合的教育實踐模式發展。職業教育對仿真技術的需求異常迫切，這必將會帶動一批人加入到仿真在職業教育中的應用研究隊伍之中。
3.4 全場景式真實仿真軟件的應用
1）大連海事大學船艙模擬駕駛仿真系統。該船艙模擬駕駛仿真系統是仿真的最高境界，實現了實物與虛擬的有機結合。筆者參觀了該實訓中心，但是沒有圖片，只能粗略地分析船艙模擬駕駛仿真系統。它是在原有的機艙三維模型基礎上，采用MultiGen Creator對相關設備的可操作部件重新建模，并依需對其進行層次結構優化；結合船舶機艙的具體情況，采用Vega對船舶虛擬機艙內相關技術進行實現；并在MFC平臺上開發具有實時仿真及交互控制功能的視景仿真系統。
概括起來，該船艙模擬駕駛仿真系統主要包括以下幾個部分。
①自定義運動模型的實現。對自定義運動模型的設計思路作了詳細分析，并實現了一種運動模型。
②虛擬駕駛艙碰撞檢測的實現。對虛擬駕駛艙碰撞檢測模型的Volume方法的設計作了詳細分析，對碰撞檢測模型實現總流程作了詳細規劃，設計出一種結合BUMP和Z的碰撞檢測方法。
③對虛擬設備進行拾取操作的實現。對進行設備拾取操作前的模型部件的創建和處理方法作了詳細講述，并根據機艙內部模型部件的特征，制定操作方案，最后實現模型部件操作和SE2000之間的通訊。
④基于MFC的虛擬機艙視景仿真系統相關功能的實現。對在MFC上的系統總體實現流程做了詳細規劃，并講述了基于MFC的虛擬機艙視景仿真系統的相關功能的實現方法，如用戶視點在各虛擬設備間切換、視景仿真窗口的全屏顯示、場景中各參數能根據用戶需要進行設定等。
2）北京石油化工學院的煉油廠模擬仿真。該工業仿真系統是針對真實工業系統的復雜工藝推出的加水模擬系統的解決方案，用實時三維可視化的方式，有針對性地解決工業領域中展覽展示、宣傳介紹、實時監控、技能培訓及技術服務等方面的難題。
該工業仿真系統用真實和縮小的系統模擬了煉油廠的工藝各系統及整體廠區環境外觀，并模擬仿真了各設備的結構、工作過程。同時，該工業仿真系統還綜合了OpenGL技術、數據庫，以及其他多媒體技術、程序開發技術、顯示技術、互動控制技術、網絡技術。筆者參觀了該實訓中心，但是沒有圖片資料，故而也只能粗略地對其進行分析。
①展示功能：可模擬展示工藝系統、機械設備的外觀、結構、性能、工作原理等。
②互動功能：可與操作人員互動，具有較好的操作性，操作人員可以第一人稱的方式隨意地瀏覽、展示、學習；
③體驗功能：操作人員可體驗真實工藝系統和設備的所有功能（操作使用、安裝施工、故障排除等）。
④教育功能：具有完整的知識庫，并具有完善的教育功能（教學、指導、培訓、實訓、考核）。
4 職業教育虛擬實訓資源開發的方法
4.1 成立虛擬實訓中心
雖然職業院校虛擬仿真軟件的開發與應用都已展開，但大多是教師的個人行為，沒有形成職業院校自己的特色，絕大多數的虛擬仿真軟件都是購買公司的產品或定制的。在此，筆者提出虛擬實訓資源開發的方法。
1）由院、系兩級實訓基地構成。
2）建議成立院級虛擬實訓管理中心，由教務處和信息中心聯合管理，系部虛擬實訓基地由各系部及相關專業教師組成。職責與任務：教務處負責管理實訓中心總體方案制定及相關文件的起草；信息中心擔負基于網絡環境下的軟硬件技術實施和支撐；具有虛擬仿真軟件專業背景的教師負責學院虛擬教學的教研和教改工作；同時職業院校的系部負責對各專業的課程、項目、虛擬實驗進行宏觀指導。
3）各系以專業為依托，構建其虛擬實訓基地，由主管實踐教學的系主任直接負責。
4）建立專業或專業群的虛擬實訓實驗室
5）開展對口企業合作
4.2 虛擬實訓的方案
1）對來源于實際企業或單位的工作任務或子任務進行虛擬，實現部分核心技能的核心教學；
2）對專業有關實際崗位的某些技能或操作進行虛擬仿真；
3）對某些技能證書的考核環境及操作進行虛擬仿真，實現技能證書的高通過率；
4）對源于企業的真實設計方案、設計工藝、流程、設計策略或算法進行虛擬仿真，實現計算機類的課程實踐教學；
5）對源于企業崗位的操作流程或操作規范進行虛擬仿真，實現基于網絡環境下就業崗位的實訓需求；
6）建立與真實企業環境一致的虛擬工廠和車間，實現校內生產實訓和企業實際生產的有機統一。
4.3 提交虛擬實訓的成效及成果
1）有關虛擬實踐的教學設計、教學方法、教學手段和科研論文；
2）有關學生虛擬實踐的作品與成果；
3）有關虛擬實踐的仿真平臺編輯器建設或案例展示；
4）有關虛擬實踐的教學科研立項與成果；
5）有關虛擬實踐的教材與專著；
6）有關虛擬實踐教學的專業建設、課程建設、基地建設的整體方案及成功經驗。
4.4 虛擬實訓的教學模式
1）構建“理論學習——虛擬演練——實操訓練”的教學模式；
2）虛擬仿真教學能將抽象理論形象化、直觀化；
3）虛擬仿真教學為學生提供自由探索的學習環境，培養學生認知能力、理解能力和創新能力。
5 結論
虛擬仿真建設解決方案是特別針對教學資源建設要求和標準進行頂層規劃和設計的，虛擬仿真平臺編輯器是促進主動式、協作式、研究型、自主型學習，形成開放、高效的新型教學模式的重要途徑，是示范性院校和骨干院校展示和推廣本校教學改革成果的重要平臺。
虛擬仿真平臺編輯器是以資源共建共享為目的，以創建精品資源和進行網絡教學為核心，面向海量資源處理，集資源分布式存儲、資源管理、資源評價、知識管理為一體的資源管理仿真平臺編輯器。該編輯器實現資源的快速上傳、檢索、歸檔并運用到教學中，實現資源的多級分布式存儲、學校加盟共建等，具有虛擬仿真建設管理并能實現精品課程資源和網絡教學之間無縫聯接。
1）技術特點。虛擬仿真架構合理，安全可靠，具有先進性、實用性、開放性、通用性、標準化等特點。
2）先進性。虛擬仿真平臺編輯器運用國際主流的技術，具有先進的技術方案，提高系統的生存周期和運用。
3）規范性。基于國際、國家、行業標準，實現資源的互通互導。根據專業教學資源內容、形式、標準、所需存儲空間等特點，遵循通用的網絡教育技術標準，通過網絡開發和數據庫技術，將虛擬仿真資源集成為資源庫。
4）安全性。系統方案中考慮的安全策略和安全機制包括：根據不同的業務要求，采用不同的安全措施；設備、數據介質等某些關鍵部分考慮備份和冗余配置，保證其發生故障時不影響整個系統的正常運行等。
5）開放性。采用.net開發架構和三層B/S系統結構，實現跨越UNIX、LINUX和Windows仿真平臺編輯器運行。
6）擴展性。在硬件方面，對用戶設備支持對系統進行靈活配置和組合，相關軟件能方便地升級和更新，系統容量保證滿足用戶量的考慮；在軟件方面，提供二次開發功能函數包，適應不斷拓展的應用空間。
7）自主學習。提供完善的講授型網絡課程庫、多媒體課件庫、素材和案例庫、專家答疑輔導系統，使用者可以自主完成專業課程學習。
最后感謝大連海事大學、北京石油化工學院、北京掌宇集電科技有限公司、中視典數字科技有限公司和北京森漢科技有限公司提供的有關資料。
參考文獻
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