浅析虚拟仿真技术在铁路站段培训中的应用

薄志俊

[摘要]对虚拟仿真技术进行简要的介绍，通过虛拟仿真技术在铁路职工培训中的应用，分析虚拟仿真技术在虚拟仿真培训在铁路培训中的几方面优势，同时提出虚拟仿真技术在职工培训中存在的局限性，最后对虚拟仿真技术在教育培训方面的发展趋势进行展望。

[关键词]虛拟仿真技术;铁路职工培训;计算机技术

[中图分类号]G712

[文献标志码]A

[文章编号]2096-0603（2019）07-0136-02

一、虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术，是近年来迅速兴起的一种计算机技术。它是使用计算机技术创建出一个虚拟系统，模仿另一个真实或是构想的系统的技术。虛拟仿真技术结合了计算机的多种技术，包括多媒体技术、人机交互技术、立体显示技术、传感与测量技术、语音识别网络技术、人工识别技术等，此外还包括与人相关的视觉听觉等多种感官的生理学、人体运动学等多个学科，是计算机软件硬件外延设备与人的结合。用户可以通过视觉、听觉、触觉等多种传感通道与虚拟世界进行交互，体验虚拟世界。现在虚拟仿真技术已经逐步成为一个体系，正在发展成为我们认识、改造和创造客观世界的一项通用性战略性技术。

二、虚拟仿真技术在铁路职工培训中的应用

虚拟仿真技术的互动性和逼真性带来了人机交互体验的革命性升级，尤其是在体验式的操作领域，给人们一种身临其境的存在感。现在虚拟仿真技术已经应用到如城市规划、艺术创意、工程建设、工业设计、航空航海等多个领域。

近年来，在信息技术日新月异的冲击下，传统课堂教学模式已经逐渐被淘汰，丰富多彩的多媒体技术为铁路站段的职工教育培训带来了一股清流，但目前教学方式还是依赖于教师的口头讲授和普通课件的辅助，这种方式对日常被各种信息媒体包围的年轻职I来说，难以调动起学习的积极性，而且在职工培训中，抽象的文字简单的图片也无法让职工快速理解学习内容。

我段作为铁路车辆部门的设备单位，新型车辆及零部件的构造、检修使用、作业安全等是职工培训过程中的必修课，这类课程往往都涉及具体现场环境、作业设备机具、作业空间等方面的内容，单凭教师在课堂上对相关知识的讲解，往往难以收到好的效果，职工学习也存在较大难度，教师普遍反映传统课堂教学模式的培训力度严重不足。如何跳出传统的课堂教学模式，最大限度地发挥职工的积极性，自主地参与到教学中来，是培训工作中面临的一个难题，而现代虚拟仿真技术对这一难题给予了很好的解决。

为进一步提高货车转向架检修段修各工种岗位标准化作业，推进“学标、对标、达标”培训效果，我段引进了货车转向架检修仿真培训系统。该系统将转向架检修岗位的工艺流程引入到计算机中，通过虛拟仿真技术模拟了检修作业环境、工装设备运作、车辆配件分解组装作业程序。该系统界面直观、功能强大、操作简单方便，既解决了教师课堂培训上场地的限制，避免了作业环境中人身安全的不利因素，又可以帮助职工更加直观快速地掌握培训的教学内容，更加深入地理解好相关的规章、标准，收到了良好的培训效果。

三、虚拟仿真培训在铁路培训中的优势

通过虚拟仿真培训系统的应用，我认为虚拟仿真技术在铁路站段职工培训中有着较多优势。

（一）利用虚拟仿真技术进行辅助教学，使专业教学由教师的“独角戏”变为职工的“主动参与”

对于车辆检修的教学，要提高学习成效最好的方式就是让职工积极参与到课堂教学中来。将虚拟仿真技术引入理论的课堂教学，使原本枯燥的理论讲解变为直观的演示教学更容易激发起职工的各种感观的共同参与，调动起职工们的学习兴趣。将虚拟仿真技术引入教学，可以在仿真培训系统中把车辆构造的三维结构清晰直观的演示出来，车辆结构，各部配件形状、位置、连接和配合情况一目了然，再加上教师对这些部位进行恰当的分析讲解，使职工更容易学习车辆构造原理及各种车型配件间的知识，对车辆构造和基本知识更易于理解和掌握。

（二）利用虚拟仿真技术进行现场模拟可以收到常规教学难以实现的教学效果

在以往转向架检修作业指导书课程的教学过程中，教师讲授转向架拆解或者检修流水线配件分解过程时，往往需要调动现场机具，职工围观会对现场作业产生影响，同时存在一定的安全隐患，而这类课程又难以在课堂实现。将虚拟仿真技术引入到教学中，就可以在仿真培训系统中对现场的整体作业进行仿真模拟。职工可以直观地观察到现场作业环境，车辆配件分解组装，机具动作，作业流程等情况。通过教师的及时讲解和强调，结合理论知识，生动形象的仿真程序给职工留下了深刻的印象。同时使用虚拟仿真培训大大减少了实际操作中对现场作业的影响和不安全因素的发生，节约教学时间，授课效果得到极大的提高。在训练过程中，职工在掌握正确操作方法和熟练使用机具的能力上都有明显的提高，这在传统课堂是不可能实现的，大大地提高了职工培训的教学效率。使用虚拟仿真技术还可以避免进行一些不安全操作，如带电或上线作业培训，利用虚拟仿真培训系统就可以随时进行模拟操作。

（三）利用虚拟仿真技术有利于教师授课有效提高教学质量和效率

在课堂教学中，授课内容往往需要教师进行示范，通常一个培训班的职工人数较多，有的甚至达到四五十人以上，很难保证所有的职工都能够听清楚、看清楚，教学效果不太理想。利用虚拟仿真技术能有效地将理论和实际相结合，实现同步教学，使抽象内容形象化。此外，仿真培训系统以广播的方式在每个职工的计算机屏幕上演示教学内容，让职工仔细观察检测部位和检测工具的动作，使所有的职工均能清楚地观看并进行模仿，同时教师也可以在教师端的屏幕上看到每个职工的学习情况，进行针对性指导。对于实际操作的项目，每个职工都可以同时进行操作，不需要轮流等待，仿真培训系统通过程序设计可以随时进行引导，大大提高了教学效率。

（四）利用虚拟仿真技术进行辅助教学，有助于提高职工自学的能力

利用虚拟仿真技术，职工可以在课堂上及课余时间里通过不断的仿真操作，提高发现问题和解决问题的能力。虚拟仿真技术有较强的交互性，职工可以在仿真培训系统中构建出来的作业环境中进行操作，通過仿真培训系统的设置或交互提示引导职工按指定的步骤进行操作。在操作过程中，通过系统中图像、声音等提示方式，分析、观察情境中出现的现象，运用所学的知识进行处理，直到完成作业操作为止。职工在学习中可以发现问题、提出问题，通过自己动手动脑，所学知识更为巩固，也更容易应用到其他问题的解决中去。最重要的是通过这一过程，让职工学会自我学习的方法，为今后现场标准化作业打下良好的基础。采用虚拟仿真技术的教学方法，可以拓宽职工的视野，极大地调动职工的学习兴趣，有利于培养职工的创新意识。

（五）利用虚拟仿真技术的培训系统可以构建高效的考核评价体系

利用虚拟仿真技术的培训系统基本都具有实用的考试功能，教师根据作业程序利用仿真培训系统进行出题，设置好评分标准，对职工操作进行考核，对考试成绩自动保存、自动评分、自动分析和成绩查询。仿真培训系统可以对操作的逻辑次序、工艺标准作业时间、部件操作、机具操作等不同环节设置考试项目，仿真培训系统自动检验操作程序是否正确，工艺是否合理，由系统对职工操作结果进行评定，减少了在作业环境中实际操作的时间，特别是涉及标准化方面的内容，可以更加有效地对职工的知识掌握程度地进行评价。

四、虚拟仿真技术在职工培训中也有一定的局限性

虚拟仿真技术在车辆部门培训方面虽然具有较多优势，但它只是一种模拟教学应用软件，不可能完全代替现有的教学形式，尤其是在实际技能操作训练方面存在着一定的局限性。

首先，虚拟仿真只是对作业过程进行模拟并非真实操作，无法让职工真实感受实际作业过程。职工在实际操作过程中，对机具、零部件重量操作力度声音、环境的感知和记忆不可能通过虚拟仿真完全体现出来、职工需要通过实际操作，才能真正掌握。

其次，有些现场实际操作无法体验。如工具、量具的选用、配件料的选择、零件的装夹方法及根据机具不同状态下发出的声音及时调整等，这些都无法通过仿真来代替职工实际作业过程中的感受和经验积累，而这些正是实际作业中必不可少且难于掌握的部分，是对职工技能训练的基本要求。

最后，在仿真培训系统中，系统虽然能对职工的操作错误或违规操作做出提示或警告，但很多情况下，仿真培训系统没有就此锁住，职工还可以进一步操作，久而久之就会对系统弹出的提示或警告无动于衷，不利于培养职工严谨、认真的工作态度和安全生产的意识。如在仿真培训系统中骑跨轮对、跨越流水线等，系统只是弹出对话框提示或没有提示，而实际上可能就是一次安全事故，一旦出错，容易造成人身事故。

五、虚拟仿真技术在教育培训方面的发展趋势

当前，虚拟仿真技术随着计算机技术的发展，正向模型的精细化仿真计算的实时性和图形显示的真实感方向发展，越来越多的仿真培训产品开始使用数字头盔，操作杆，多角度动作捕捉设备，立体声场等先进技术，通过几何仿真和物理仿真之间有机地结合，构成了可以完整模拟真实的仿真系统。

在铁路站段培训中借助于虛拟仿真技术，不仅有效提高培训质量和效率，实现传统教学无法实现的培训效果，有助于职工可以加深作业标准和工艺流程的理解和掌握，还可以职工培养职工自主学习能力和主动创新意识，有利于提高职工的综合素质。同时，我们也应当意识到，虛拟仿真技术与实际操作之间始终是存在着一定差距，二者不能混为一谈、相互替代，只有在教学当中合理科学、有效地利用虛拟仿真技术，将其作为认识事物的中介与桥梁，与实践操作训练有机结合起来，才能更好地为教学服务，发挥出最佳教学效果，为职工培训锦上添花。

参考文献：

王潇潇，姬付全，卢海军，等BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用[J].隧道建设，2016，36（2）：228-233.