基于智能制造職業能力體系的虛擬現實實訓平臺構建探索

羅興宇 何潔 杜培

摘 要：智能制造人才的培養與儲備是我國的國家戰略，目前高等教育中的相關教學體系中實踐環節缺失，企業引進的畢業生都需要投入大量資源進行再培訓。由于受場地造價等各種因素限制，大部分院校不可能引進完整的生產線，即使部分院校購置了工業實訓設備，實際使用率和普及率也較低。而隨著信息技術的發展，虛擬現實（Virtual Reality）技術已經在高等教育中得到了廣泛的應用。

關鍵詞：智能制造；虛擬現實；實訓平臺

1 國內外研究現狀

國外研究及發展要先于國內且對虛擬現實教學的開展與應用相對完善，關于實訓行為分析的研究也相對領先。國內近幾年也逐漸重視起來，在理論和實踐研究方面也有一定的成果，但仍然存在一些不足之處，如實訓環節設計和量化考核缺乏針對性，大多只是簡單的環境體驗，如何科學地設計與虛擬現實結合的實訓步驟和量化考核環節及效果分析評估都是重要基礎性工作，相對的，智能制造相關的虛擬現實實訓環境建設還比較少。

虛擬實訓在國內的研究主要集中在高校和職業院校應用。例如，北京航空航天大學計算機系是最早進行虛擬現實研究、最具權威的單位之一，研發了用于飛行員訓練虛擬現實系統、虛擬現實演示系統，研究了虛擬環境中的物理特性的表示和處理并提出相關算法和實現方法。此外，虛擬實驗室作為虛擬實驗、虛擬訓練的場所也受到了高校的重視。

2 實訓平臺搭建意義

基于智能制造職業能力體系的虛擬現實實訓平臺搭建是基于工業4.0及智能制造的概念，利用虛擬現實技術搭建的工業4.0平臺，不但能承擔智能制造，工業網絡專業相關的學生教學、實訓任務，還能展現智能生產及智能工廠的先進制造概念，為智能制造搭建仿真，科研的平臺。該仿真平臺將傳統的工業控制平臺的設備運行部分用VR虛擬模塊代替，相比傳統的工業控制教學實驗系統有不必安裝實際生產設備（如電動機，液壓系統，各類機電設備等），即可達到教學，實驗仿真目的，還能方便的通過軟件升級，改換模擬各類生產線，減少再次投資，在后續使用中能夠不產生機電設備維護，檢修相關問題，不存在機電設備的折舊，損耗等，減少維護成本，而且虛擬環境中不存在因學習者因素所產生的人身設備財產安全問題。

基于智能制造職業能力體系的虛擬現實實訓平臺將傳統的工業控制平臺的設備運行部分用VR虛擬模塊代替，相比傳統的工業控制教學實驗系統有不必安裝實際生產設備（如電動機，液壓系統，各類機電設備等），即可達到教學，實驗仿真目的，還能方便的通過軟件升級，改換模擬各類生產線，減少再次投資，在后續使用中能夠不產生機電設備維護，檢修相關問題，不存在機電設備的折舊，損耗等，減少維護成本，而且虛擬環境中不存在因學習者因素所產生的人身設備財產安全問題。

3 實訓平臺搭建目的

智能制造人才的培養與儲備是我國的國家戰略，目前高等教育中的相關教學體系中實踐環節缺失，企業引進的畢業生都需要投入大量資源進行再培訓。由于受場地造價等各種因素限制，大部分院校不可能引進完整的生產線，即使部分院校購置了工業實訓設備，實際使用率和普及率也較低。而隨著信息技術的發展，虛擬現實技術已經在高等教育，職業教育中得到了廣泛的應用。平臺建設主要目的能導入智能制造實際工作崗位能力需求，研究職業核心能力與虛擬現實的實際生產工序融合，設計智能制造相關操作和維護步驟，使學習者能真實體驗及掌握信息化生產操作及維護的能力，還能研究職業素養與真實生產環境的融合，設計符合工作實際的生產線工作環節，培養學習者的團隊配合精神，工作職業素養及安全生產意識，也能研究教學目標與實踐操作的關系，在虛擬生產線系統中設計量化考核環節，能對學習者的工作技能，職業素質，安全意識進行量化評估，給出職業領域內的個人發展建議；根據實訓數據分析，教師教學環節給出改進建議。

4 總結

基于智能制造職業能力體系的虛擬現實實訓平臺構建能讓學生通過虛擬現實技術對各個實驗進行仿真，達到方便學習和充分利用資源的目的。同時加入先進的三維投影技術進行三維立體化展示，增強沉浸感，學生還可以根據個人的學習情況自動調整學習進度和學習內容等。將高校的資源優勢和企業的技術優勢相結合，建設一個符合社會智能制造職業能力體系人才培養需求、能夠支撐實踐教學和科研工作的大數據基礎教學實訓基地，進一步提高人才培養水平、師資水平及學生就業升學率。

參考文獻

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