基于智能制造职业能力体系的虚拟现实实训平台构建探索

罗兴宇 何洁 杜培

摘 要：智能制造人才的培养与储备是我国的国家战略，目前高等教育中的相关教学体系中实践环节缺失，企业引进的毕业生都需要投入大量资源进行再培训。由于受场地造价等各种因素限制，大部分院校不可能引进完整的生产线，即使部分院校购置了工业实训设备，实际使用率和普及率也较低。而随着信息技术的发展，虚拟现实（Virtual Reality）技术已经在高等教育中得到了广泛的应用。

关键词：智能制造；虚拟现实；实训平台

1 国内外研究现状

国外研究及发展要先于国内且对虚拟现实教学的开展与应用相对完善，关于实训行为分析的研究也相对领先。国内近几年也逐渐重视起来，在理论和实践研究方面也有一定的成果，但仍然存在一些不足之处，如实训环节设计和量化考核缺乏针对性，大多只是简单的环境体验，如何科学地设计与虚拟现实结合的实训步骤和量化考核环节及效果分析评估都是重要基础性工作，相对的，智能制造相关的虚拟现实实训环境建设还比较少。

虚拟实训在国内的研究主要集中在高校和职业院校应用。例如，北京航空航天大学计算机系是最早进行虚拟现实研究、最具权威的单位之一，研发了用于飞行员训练虚拟现实系统、虚拟现实演示系统，研究了虚拟环境中的物理特性的表示和处理并提出相关算法和实现方法。此外，虚拟实验室作为虚拟实验、虚拟训练的场所也受到了高校的重视。

2 实训平台搭建意义

基于智能制造职业能力体系的虚拟现实实训平台搭建是基于工业4.0及智能制造的概念，利用虚拟现实技术搭建的工业4.0平台，不但能承担智能制造，工业网络专业相关的学生教学、实训任务，还能展现智能生产及智能工厂的先进制造概念，为智能制造搭建仿真，科研的平台。该仿真平台将传统的工业控制平台的设备运行部分用VR虚拟模块代替，相比传统的工业控制教学实验系统有不必安装实际生产设备（如电动机，液压系统，各类机电设备等），即可达到教学，实验仿真目的，还能方便的通过软件升级，改换模拟各类生产线，减少再次投资，在后续使用中能够不产生机电设备维护，檢修相关问题，不存在机电设备的折旧，损耗等，减少维护成本，而且虚拟环境中不存在因学习者因素所产生的人身设备财产安全问题。

基于智能制造职业能力体系的虚拟现实实训平台将传统的工业控制平台的设备运行部分用VR虚拟模块代替，相比传统的工业控制教学实验系统有不必安装实际生产设备（如电动机，液压系统，各类机电设备等），即可达到教学，实验仿真目的，还能方便的通过软件升级，改换模拟各类生产线，减少再次投资，在后续使用中能够不产生机电设备维护，检修相关问题，不存在机电设备的折旧，损耗等，减少维护成本，而且虚拟环境中不存在因学习者因素所产生的人身设备财产安全问题。

3 实训平台搭建目的

智能制造人才的培养与储备是我国的国家战略，目前高等教育中的相关教学体系中实践环节缺失，企业引进的毕业生都需要投入大量资源进行再培训。由于受场地造价等各种因素限制，大部分院校不可能引进完整的生产线，即使部分院校购置了工业实训设备，实际使用率和普及率也较低。而随着信息技术的发展，虚拟现实技术已经在高等教育，职业教育中得到了广泛的应用。平台建设主要目的能导入智能制造实际工作岗位能力需求，研究职业核心能力与虚拟现实的实际生产工序融合，设计智能制造相关操作和维护步骤，使学习者能真实体验及掌握信息化生产操作及维护的能力，还能研究职业素养与真实生产环境的融合，设计符合工作实际的生产线工作环节，培养学习者的团队配合精神，工作职业素养及安全生产意识，也能研究教学目标与实践操作的关系，在虚拟生产线系统中设计量化考核环节，能对学习者的工作技能，职业素质，安全意识进行量化评估，给出职业领域内的个人发展建议；根据实训数据分析，教师教学环节给出改进建议。

4 总结

基于智能制造职业能力体系的虚拟现实实训平台构建能让学生通过虚拟现实技术对各个实验进行仿真，达到方便学习和充分利用资源的目的。同时加入先进的三维投影技术进行三维立体化展示，增强沉浸感，学生还可以根据个人的学习情况自动调整学习进度和学习内容等。将高校的资源优势和企业的技术优势相结合，建设一个符合社会智能制造职业能力体系人才培养需求、能够支撑实践教学和科研工作的大数据基础教学实训基地，进一步提高人才培养水平、师资水平及学生就业升学率。

参考文献

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[2]陈侠，王大虎.基于Unity3D的PLC教学实训平台研究[J].软件导刊，2016，15（10）：112-114.

[3]陈丽.基于VRP的视频监控系统3D虚拟实训平台设计与实现[J].广东轻工职业技术学院学报，2015（14）：20-22.