高等職業院校信息化實訓室建設新模式探索

趙樹宗 繆春瓊 李含霜

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.29.

高等職業院校信息化實訓室建設新模式探索①

——以電氣試驗仿真實訓室建設為例

趙樹宗 繆春瓊 李含霜

（廣西電力職業技術學院 廣西南寧 530009）

摘 要：電氣設備預防性試驗是電力設備運行和維護工作中的一個重要環節，是保證電力系統安全運行的有效手段之一。近年來，隨著對供電可靠性要求的提高、新設備的大量涌現，以及帶電測試、在線監測技術的不斷進步，為減少定期停電時間，提高設備可用率，需要進行預防性試驗。隨著我國國家電網公司、南方電網公司及相關電力行業企業預防性試驗的普及，對既懂理論，又有較強動手能力的一線專業技術人才將長期保持旺盛的需求，因此，電力系統專業人才的培養、教學培訓質量的提高、教學改革創新的不斷探索，是擺在每一個電力人面前的現實課題。

關鍵詞：電氣試驗 虛擬現實 信息化 實訓室

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0165-02

1 電氣試驗仿真實訓室建設的必要性

我國電力類高職院校大多針對10kV變壓器進行預防性試驗，其他一次設備的大量試驗無法涉及。35kV以上電壓等級，尤其是典型的110kV及以上高電壓等級的電氣設備試驗無法依靠現有設備完成。隨著電氣試驗仿真實訓室的建設，電力系學生將會全面、系統、直觀地掌握我國電網公司及電力行業企業變電站電氣設備電氣試驗的技能知識。電力系畢業生在電氣設備預防性試驗方面的技能將會產生質的飛越，對提高電力職業院校畢業生的就業競爭力有很大幫助。另外，高等職業院校所開設的《電氣設備試驗技術》與《高電壓技術》課程的授課現狀來說，授課通常是“師帶徒”的模式，上課的手段主要有理論授課、實際操作講解、指導下的操作訓練等，授課中使用的媒體通常為圖紙、教科書、講義，較少的三維動畫或二維課件等。突出問題表現在：（1）專業教師現場實踐水平限制了職業技能人才的培養；（2）專業教師理解水平和學習能力限制了人才隊伍的成長擴大；（3）專業性質制約了學生技能培訓工作的開展；（4）設備的種類繁多，電壓等級過高，設備無法齊備，限制了專業教師授課工作的開展；（5）授課教師水平參差不齊，對試驗設備安全水平及學生人身安全造成不利的影響；在授課過程的培訓和考核中，教師不易記錄與把握受訓人員的每一步操作是否符合操作規范，風險系數高，常見故障現象很難客觀展現，教學組織難度大，教學效果不夠理想。

2 虛擬現實技術促進電氣試驗課程信息化改革進程

虛擬現實技術（Virtual Reality）作為一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，具體的說，就是采用以計算機技術為核心的現代化高科技，在特定范圍內生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境，用戶借助必要的設備，以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生等同真實環境的感受和體驗。隨著計算機技術的高速發展，虛擬現實技術憑借其獨特優勢，已廣泛應用在教學、科研與軍事領域當中。據研究，虛擬現實技術在發達國家電力行業各個領域如電廠建設過程、發送電過程仿真、電力設備的虛擬操作、檢修、安全培訓與考核等方面應用日趨成熟。近年來，國內部分省市的電力系統也在三維仿真培訓領域有所探索研究應用，福建電業公司電力安全仿真培訓、中電投風力發電仿真培訓、廣東電業局電氣設備試驗仿真培訓等都獲得了良好的教學效益；安徽淮南平電公司安全培訓中心在設計建設過程中，也規劃大量采用多媒體仿真教學模式。電氣試驗仿真教學系統設計開發遵循充分融入沉浸式理論介紹、案例式互動教學 、三維式仿真操作、場景式實訓演練、系統化管理應用等教學創新理念，把提高教師專業素質、增強學員實踐動手能力、教學內容改革規范、培訓組織形式多樣、教學考核方式信息化、學員檔案數字化管理等功能充分整合，作為教、學、訓、管、考、研的統一支撐平臺，具有安全性、規范性、科學性、前瞻性等特點。 虛擬現實仿真化教學作為目前教學培訓信息化改革的重要方向之一，可有效解決電力知識與相關技術設備紛繁復雜，難以全面開展教學的突出問題。同時，通過現代信息技術，甚至VR技術的應用，會極大提高學生學習的熱情，從而提高電力系學生的綜合業務技能，促進課程信息化改革的腳步。

3 電氣試驗仿真系統建設具備行業先進性

國網、南方電網及電力行業企業已經采用一體化的管理模式，現有試驗設備無法滿足對電網員工電氣設備預防性試驗的全流程培訓；該方針系統系統建設基于滿足多個培訓工種實物化操作培訓前期的虛擬現實三維理論教學、仿真互動操作及中心信息化資源整合平臺等功能；為配合教學培訓基礎性建設總體規劃，在設計中遵循一室多用理念，可融入小型技術研討會議功能等。隨著變電站的快速建設，對試驗人員的培訓需求也在增加，電氣試驗仿真系統的建設是解決這一需求的有效途徑。基地的建成后能夠產生良好的經濟效益和社會效益。電氣試驗仿真實訓室建成后，使基于電氣試驗工作崗位的課程教學真正實現與現場零接軌，進一步拓展了實訓室的教學功能。發電變電設備的3D模型是整個仿真培訓系統的基礎。系統按照不同的設備類型，生產廠家、型號建立設備樣本模型庫，各設備模型按照基于設備部件組件化建模，真實的還原各種設備的結構、原理、運行機制。可服務于其他電力核心課程，如《發電廠變電站電氣設備》《電氣設備檢修》《變壓器檢修》等。專業課教師可借助平臺設計做中學，學中做的項目化教學，有效地組織學生學習本專業的知識和技能，從而推進專業課程教學改革。仿真實訓室建成后，對任課教師專業素質要求也進一步提高，專業教師必須遵循企業實踐的要求，真正做到與企業試驗員工同等技能、同等理論，才能適應仿真教學環境的改變，完成培訓任務。電氣試驗仿真實訓室擬增試驗仿真移動APP，配合VR技術，讓電力高等職業院校的電氣試驗的培訓水平走在行業前列。該部分采用當下先進的VR虛擬化技術。操作規則同樣立足于現實中實際的操作規范，理想的虛擬環境達到使受訓者難辨真假的程度。學員使用VR眼鏡直接全息瀏覽整個電氣試驗場地環境及整個試驗過程。學員可以真實地看到因操作不當或者設備故障引起的各種事故現像，從而實現電氣試驗的實時交互式操作仿真。

4 電氣試驗仿真實訓室具體功能設計

電氣試驗仿真實訓室應具備功能包括：（1）電氣試驗工作流程模擬仿真功能：①依據電氣試驗所涉及的安規和操作規范，培訓過程包括辦理操作票（工作票）、危險點分析及控制、工器具選擇和檢查、進入工作現場、安全措施布置、設備試驗、撤離工作現場、結束工作票、填寫驗收記錄及檢修卡等。②仿真高壓實驗儀器室，實現各類試驗儀器的室內擺放布置、選用、歸還等。③采用計算機三維虛擬現實技術建立電氣試驗設備的三維模型，仿真其操作開關、按鈕、接線端子等操作特性以及表計、狀態、缺陷等顯示特性。④采用計算機三維虛擬顯示技術完整、逼真再現電氣試驗現場虛擬環境，實現設備異常和故障的外在表現、電氣試驗過程中試驗儀器選擇使用過程、端子接線過程和安全措施布置等人機交互。⑤仿真試驗現場環境對電氣試驗的影響，如現場環境溫度、濕度。⑥仿真電氣試驗過程中產生的現象，如聲、光、電、冒煙等。⑦建立電氣試驗工作標準流程庫，實現以課件形式進行試驗內容介紹、試驗過程中工作流程控制，實時對試驗過程進行檢查如判斷儀器儀表是否選擇正確、儀器儀表量程等設置是否正確、導線選擇和接線是否正確、接線次序是否正確、是否可靠接地、設備檔位是否正確、變更接線或拆線前是否正確放電等，并及時提醒或記錄。并以此作為評分標準予以自動評分。（2）理論題庫及考核功能：①學員檔案管理：管理電氣試驗仿真系統內所有的用戶，提供相關用戶信息查看，檔案管理、查詢、統計等功能，便于便捷的管理受訓學員。②課程規劃管理：提供課程規劃管理，包括課程新建、課程設置、仿真場景組合、場景初始化參數設定等功能，實現培訓課程的快速規劃。③題庫管理：系統采用圖片，視頻，flash，多媒體課件交互等多種考題形式全面、準確表達命題內容，采用自動組卷、人工組卷、自動評分等題庫的管理和應用功能，實現豐富的評測功能。題庫類型豐富，考題形式多樣化，包含選擇，判斷，主觀題等。實現完整的導入導出與在線升級功能，方便批量維護的海量的題庫內容。管理端編輯器功能強大、易用性良好，使管理員快速上手和應用。（3）電氣設備試驗員操作技能練習功能：充分利用現代化教學手段，學員注意力高度集中，教學效果極佳。幻影成像幕利用人眼視覺偏差，將高壓電氣設備三維模型、內部結構、工作原理等空中立體展現。三幕相互配合，不但可發揮出各自表現載體的優勢，同時又作為一個整體，組成可視化視覺系統，產生立體化震撼逼真效果。

參考文獻

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