資源共享的智能制造虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)淺析

南楠 高倩 孟凡文

摘 ?要：在現(xiàn)代社會(huì)中，智能制造技術(shù)、信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了越來越廣泛的運(yùn)用。對(duì)于教育而言，傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足社會(huì)發(fā)展的需求，而且制約著學(xué)生發(fā)展，也影響企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在高職教育中，實(shí)踐教學(xué)是至關(guān)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，為確保實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量必須結(jié)合智能制造與信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)實(shí)踐教學(xué)模式不斷進(jìn)行創(chuàng)新，立足于信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立資源共享度更高、更體現(xiàn)智能制造水平的虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，通過仿真實(shí)踐滿足人才培養(yǎng)的需求，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)技能與智能制造技術(shù)水平的不斷提升。

關(guān)鍵詞：智能制造;資源共享;信息化虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)有利于促進(jìn)教學(xué)方式的更新，有利于提高實(shí)驗(yàn)效率，降低空間對(duì)實(shí)踐教學(xué)的限制，有效促進(jìn)學(xué)生專業(yè)技能與智能制造技術(shù)水平的提升。通過建設(shè)資源共享的智能制造虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，在虛擬環(huán)境中開展實(shí)踐教學(xué)，為學(xué)生營(yíng)造更貼近生產(chǎn)實(shí)際的平臺(tái)，可以進(jìn)一步幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)的外化以及創(chuàng)新運(yùn)用，滿足智能制造背景下企業(yè)對(duì)高質(zhì)量人才的需求。

一、高職院校實(shí)踐教學(xué)中存在的問題

高職院校是人才培養(yǎng)的重要基地，對(duì)高職院校來說，實(shí)踐教學(xué)是必不可少的教學(xué)方式，而實(shí)驗(yàn)室是保障實(shí)踐教學(xué)的重要設(shè)施，但很多高職院校實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施與軟件設(shè)施都還存在著很大的不足。首先學(xué)校專業(yè)眾多，需要配置的實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)器械非常多，加上很多專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，使得高職院校資金欠缺成為制約實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的一大因素;其次，因?yàn)閳?chǎng)地的限制，高職院校能夠配備的實(shí)驗(yàn)器械有限，無法滿足所有學(xué)生參與實(shí)踐教學(xué)的需求，又進(jìn)一步地限制了實(shí)踐教學(xué)效果。

在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容方面，存在著實(shí)踐項(xiàng)目與社會(huì)實(shí)際發(fā)展、企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)的問題，部分實(shí)踐項(xiàng)目的開展都只是對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的驗(yàn)證，缺乏創(chuàng)新也不符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的要求。在實(shí)踐教學(xué)過程中，也沒有融合企業(yè)的生產(chǎn)理念、工作模式，沒有將信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化等智能制造技術(shù)融入實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，導(dǎo)致實(shí)踐項(xiàng)目?jī)r(jià)值縮水。此外，各個(gè)專業(yè)之間的實(shí)踐教學(xué)相互獨(dú)立，沒有形成共享、協(xié)作體系，無法促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。在實(shí)踐教學(xué)中，一些教師對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目開展效果的評(píng)價(jià)局限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，沒有在實(shí)踐過程中給予學(xué)生及時(shí)的監(jiān)督與輔導(dǎo)，無法真正了解學(xué)生對(duì)專業(yè)技能與智能制造技術(shù)的掌握程度，在一定程度上影響著實(shí)踐教學(xué)的效果。

二、虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

在智能制造背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為制造生產(chǎn)的重要技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的云計(jì)算技術(shù)建設(shè)虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，能夠使學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。為了提高實(shí)踐教學(xué)效果，在平臺(tái)建設(shè)時(shí)可以設(shè)計(jì)多種虛擬實(shí)踐內(nèi)容，為學(xué)生提供自測(cè)、準(zhǔn)備、記錄實(shí)踐過程、記錄上傳及交流等功能，同時(shí)也為教師提供審閱和批改學(xué)生實(shí)踐報(bào)告等功能。在虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)中，學(xué)生能夠做到根據(jù)自身需求進(jìn)行自主實(shí)踐學(xué)習(xí)，全面系統(tǒng)的虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)能夠滿足學(xué)生智能制造技術(shù)與專業(yè)技能水平提升的需求。

（一）虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)

以云計(jì)算為基礎(chǔ)的虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要分為服務(wù)器模塊、公共服務(wù)層模塊、客戶端模塊、擴(kuò)展組件模塊。其中服務(wù)器模塊發(fā)揮著提供數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)的作用，例如用戶登錄、數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程管理等。應(yīng)確保資源共享在時(shí)間和空間上的統(tǒng)一性，確保在平臺(tái)中能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源數(shù)據(jù)的運(yùn)行，保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源數(shù)據(jù)的交換，保障數(shù)據(jù)信息的同步性。公共服務(wù)模塊為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行提供外圍支持，例如數(shù)據(jù)獲取、管理與分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示、保存等?？傊淖饔迷谟趯?duì)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。客戶端模塊有兩種模式，教師、學(xué)生可以根據(jù)登錄端口進(jìn)入虛擬實(shí)踐平臺(tái)，教師通過平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)公布、資源配置、實(shí)踐過程管理，學(xué)生通過平臺(tái)進(jìn)行虛擬實(shí)踐。通過虛擬技術(shù)，融合智能制造軟件NX、數(shù)字化制作系統(tǒng)等多種軟件和系統(tǒng)，為學(xué)生實(shí)踐提供虛擬仿真的實(shí)踐平臺(tái)。

（二）虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)包含實(shí)踐教學(xué)管理、學(xué)生管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)管理、平臺(tái)交流、數(shù)據(jù)查詢等多種功能，平臺(tái)根據(jù)學(xué)生和教師的身份合理分配權(quán)限和功能，不同身份的用戶根據(jù)權(quán)限和功能完成實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生可以在平臺(tái)中完成了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)過程、反饋實(shí)驗(yàn)報(bào)告等工作，教師通過平臺(tái)可以完成評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)踐成果、指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐過程、提出完善意見等工作。

為了提高實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的仿真程度，在云計(jì)算虛擬平臺(tái)中引入真實(shí)物理實(shí)踐的細(xì)節(jié)屬性，學(xué)生在此基礎(chǔ)上借助3D虛擬智能制造設(shè)備進(jìn)行虛擬實(shí)踐，完成整個(gè)生產(chǎn)線的虛擬任務(wù)，最大化地提高虛擬實(shí)踐的效果。為了提高虛擬實(shí)踐與實(shí)際生產(chǎn)過程的吻合度，可以借助PLC對(duì)虛擬實(shí)踐的生產(chǎn)線進(jìn)行控制，在虛擬實(shí)踐過程中，通過以太網(wǎng)完成PLC與實(shí)踐平臺(tái)的信息共享，一方面確保了虛擬實(shí)踐的真實(shí)性，另一方面也為資源共享的虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

三、資源共享的實(shí)現(xiàn)

以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的資源共享主要通過以下兩方面實(shí)現(xiàn)。

（一）通過使用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)是一種組網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。在虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)中，學(xué)生可以通過訪問實(shí)驗(yàn)室專用虛擬網(wǎng)絡(luò)，建立虛擬網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，同時(shí)通過配置篩選器防止其他允許范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)包進(jìn)入，在實(shí)現(xiàn)資源共享的同時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)安全。虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的訪問人數(shù)需要限制，以此保障虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用的即時(shí)性需求、學(xué)生對(duì)實(shí)踐計(jì)算機(jī)的需求以及訪問用戶列表的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新需求。根據(jù)實(shí)際需要選擇路由器作為虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和校園網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，要保證數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)發(fā)，保證具有對(duì)實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行合理分配、調(diào)度、控制及管理的功能。

（二）通過教學(xué)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

教學(xué)管理系統(tǒng)包括學(xué)生信息、學(xué)生選課信息、實(shí)踐軟件申請(qǐng)管理、實(shí)踐結(jié)果管理、實(shí)踐資源下載等功能，通過學(xué)生選課信息功能能夠?qū)?shí)踐項(xiàng)目的各種信息進(jìn)行詳細(xì)理解。在登錄完成后，學(xué)生能夠獲得聯(lián)接虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的虛擬網(wǎng)絡(luò)密碼以及實(shí)踐所需的軟件系統(tǒng)授權(quán)碼。在實(shí)踐過程中，學(xué)生能夠從教學(xué)管理服務(wù)器中對(duì)虛擬設(shè)備的3D建模信息進(jìn)行下載，并通過虛擬網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接指定IP地址的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能制造虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的資源共享。

四、小結(jié)

智能制造背景下，以互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算為基礎(chǔ)建設(shè)虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，能夠有效提高資源共享效果，同時(shí)通過虛擬實(shí)踐，為學(xué)生提供了專業(yè)技能實(shí)踐能力提升、智能制造技術(shù)提升的機(jī)會(huì)，是促進(jìn)學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐、將專業(yè)技能與智能制造技術(shù)相結(jié)合的重要實(shí)踐平臺(tái)。在高職院校中，建設(shè)資源共享的智能制造虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是目前高職教育創(chuàng)新和發(fā)展的必然方向，同時(shí)也是高職學(xué)生提高實(shí)踐能力、社會(huì)適應(yīng)力的關(guān)鍵。因此，研究資源共享的智能制造虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)對(duì)于促進(jìn)高職教育及高職學(xué)生的發(fā)展具有重要意義。

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[2]馬秀飛，王柏華.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源共享平臺(tái)的建設(shè)[J].科技視界，2018（34）.

（作者單位：濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院）