基于智能制造職業(yè)能力體系的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)平臺構(gòu)建探索

羅興宇 何潔 杜培

摘 要：智能制造人才的培養(yǎng)與儲備是我國的國家戰(zhàn)略，目前高等教育中的相關(guān)教學(xué)體系中實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失，企業(yè)引進(jìn)的畢業(yè)生都需要投入大量資源進(jìn)行再培訓(xùn)。由于受場地造價(jià)等各種因素限制，大部分院校不可能引進(jìn)完整的生產(chǎn)線，即使部分院校購置了工業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，實(shí)際使用率和普及率也較低。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)已經(jīng)在高等教育中得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能制造；虛擬現(xiàn)實(shí)；實(shí)訓(xùn)平臺

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外研究及發(fā)展要先于國內(nèi)且對虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的開展與應(yīng)用相對完善，關(guān)于實(shí)訓(xùn)行為分析的研究也相對領(lǐng)先。國內(nèi)近幾年也逐漸重視起來，在理論和實(shí)踐研究方面也有一定的成果，但仍然存在一些不足之處，如實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和量化考核缺乏針對性，大多只是簡單的環(huán)境體驗(yàn)，如何科學(xué)地設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)步驟和量化考核環(huán)節(jié)及效果分析評估都是重要基礎(chǔ)性工作，相對的，智能制造相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)還比較少。

虛擬實(shí)訓(xùn)在國內(nèi)的研究主要集中在高校和職業(yè)院校應(yīng)用。例如，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)研究、最具權(quán)威的單位之一，研發(fā)了用于飛行員訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)演示系統(tǒng)，研究了虛擬環(huán)境中的物理特性的表示和處理并提出相關(guān)算法和實(shí)現(xiàn)方法。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)室作為虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬訓(xùn)練的場所也受到了高校的重視。

2 實(shí)訓(xùn)平臺搭建意義

基于智能制造職業(yè)能力體系的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)平臺搭建是基于工業(yè)4.0及智能制造的概念，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的工業(yè)4.0平臺，不但能承擔(dān)智能制造，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)相關(guān)的學(xué)生教學(xué)、實(shí)訓(xùn)任務(wù)，還能展現(xiàn)智能生產(chǎn)及智能工廠的先進(jìn)制造概念，為智能制造搭建仿真，科研的平臺。該仿真平臺將傳統(tǒng)的工業(yè)控制平臺的設(shè)備運(yùn)行部分用VR虛擬模塊代替，相比傳統(tǒng)的工業(yè)控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有不必安裝實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)，各類機(jī)電設(shè)備等），即可達(dá)到教學(xué)，實(shí)驗(yàn)仿真目的，還能方便的通過軟件升級，改換模擬各類生產(chǎn)線，減少再次投資，在后續(xù)使用中能夠不產(chǎn)生機(jī)電設(shè)備維護(hù)，檢修相關(guān)問題，不存在機(jī)電設(shè)備的折舊，損耗等，減少維護(hù)成本，而且虛擬環(huán)境中不存在因?qū)W習(xí)者因素所產(chǎn)生的人身設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全問題。

基于智能制造職業(yè)能力體系的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)平臺將傳統(tǒng)的工業(yè)控制平臺的設(shè)備運(yùn)行部分用VR虛擬模塊代替，相比傳統(tǒng)的工業(yè)控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有不必安裝實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)，各類機(jī)電設(shè)備等），即可達(dá)到教學(xué)，實(shí)驗(yàn)仿真目的，還能方便的通過軟件升級，改換模擬各類生產(chǎn)線，減少再次投資，在后續(xù)使用中能夠不產(chǎn)生機(jī)電設(shè)備維護(hù)，檢修相關(guān)問題，不存在機(jī)電設(shè)備的折舊，損耗等，減少維護(hù)成本，而且虛擬環(huán)境中不存在因?qū)W習(xí)者因素所產(chǎn)生的人身設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全問題。

3 實(shí)訓(xùn)平臺搭建目的

智能制造人才的培養(yǎng)與儲備是我國的國家戰(zhàn)略，目前高等教育中的相關(guān)教學(xué)體系中實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失，企業(yè)引進(jìn)的畢業(yè)生都需要投入大量資源進(jìn)行再培訓(xùn)。由于受場地造價(jià)等各種因素限制，大部分院校不可能引進(jìn)完整的生產(chǎn)線，即使部分院校購置了工業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，實(shí)際使用率和普及率也較低。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在高等教育，職業(yè)教育中得到了廣泛的應(yīng)用。平臺建設(shè)主要目的能導(dǎo)入智能制造實(shí)際工作崗位能力需求，研究職業(yè)核心能力與虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)際生產(chǎn)工序融合，設(shè)計(jì)智能制造相關(guān)操作和維護(hù)步驟，使學(xué)習(xí)者能真實(shí)體驗(yàn)及掌握信息化生產(chǎn)操作及維護(hù)的能力，還能研究職業(yè)素養(yǎng)與真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的融合，設(shè)計(jì)符合工作實(shí)際的生產(chǎn)線工作環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的團(tuán)隊(duì)配合精神，工作職業(yè)素養(yǎng)及安全生產(chǎn)意識，也能研究教學(xué)目標(biāo)與實(shí)踐操作的關(guān)系，在虛擬生產(chǎn)線系統(tǒng)中設(shè)計(jì)量化考核環(huán)節(jié)，能對學(xué)習(xí)者的工作技能，職業(yè)素質(zhì)，安全意識進(jìn)行量化評估，給出職業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的個(gè)人發(fā)展建議；根據(jù)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)分析，教師教學(xué)環(huán)節(jié)給出改進(jìn)建議。

4 總結(jié)

基于智能制造職業(yè)能力體系的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)平臺構(gòu)建能讓學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對各個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，達(dá)到方便學(xué)習(xí)和充分利用資源的目的。同時(shí)加入先進(jìn)的三維投影技術(shù)進(jìn)行三維立體化展示，增強(qiáng)沉浸感，學(xué)生還可以根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)情況自動(dòng)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)內(nèi)容等。將高校的資源優(yōu)勢和企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢相結(jié)合，建設(shè)一個(gè)符合社會智能制造職業(yè)能力體系人才培養(yǎng)需求、能夠支撐實(shí)踐教學(xué)和科研工作的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地，進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)水平、師資水平及學(xué)生就業(yè)升學(xué)率。

參考文獻(xiàn)

[1]王嘯東.PLC虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（9）：210-213.

[2]陳俠，王大虎.基于Unity3D的PLC教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺研究[J].軟件導(dǎo)刊，2016，15（10）：112-114.

[3]陳麗.基于VRP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)3D虛擬實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（14）：20-22.