淺析虛擬仿真技術在鐵路站段培訓中的應用

薄志俊

[摘要]對虛擬仿真技術進行簡要的介紹，通過虛擬仿真技術在鐵路職工培訓中的應用，分析虛擬仿真技術在虛擬仿真培訓在鐵路培訓中的幾方面優勢，同時提出虛擬仿真技術在職工培訓中存在的局限性，最后對虛擬仿真技術在教育培訓方面的發展趨勢進行展望。

[關鍵詞]虛擬仿真技術;鐵路職工培訓;計算機技術

[中圖分類號]G712

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0136-02

一、虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術又稱虛擬現實技術或模擬技術，是近年來迅速興起的一種計算機技術。它是使用計算機技術創建出一個虛擬系統，模仿另一個真實或是構想的系統的技術。虛擬仿真技術結合了計算機的多種技術，包括多媒體技術、人機交互技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、語音識別網絡技術、人工識別技術等，此外還包括與人相關的視覺聽覺等多種感官的生理學、人體運動學等多個學科，是計算機軟件硬件外延設備與人的結合。用戶可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行交互，體驗虛擬世界。現在虛擬仿真技術已經逐步成為一個體系，正在發展成為我們認識、改造和創造客觀世界的一項通用性戰略性技術。

二、虛擬仿真技術在鐵路職工培訓中的應用

虛擬仿真技術的互動性和逼真性帶來了人機交互體驗的革命性升級，尤其是在體驗式的操作領域，給人們一種身臨其境的存在感。現在虛擬仿真技術已經應用到如城市規劃、藝術創意、工程建設、工業設計、航空航海等多個領域。

近年來，在信息技術日新月異的沖擊下，傳統課堂教學模式已經逐漸被淘汰，豐富多彩的多媒體技術為鐵路站段的職工教育培訓帶來了一股清流，但目前教學方式還是依賴于教師的口頭講授和普通課件的輔助，這種方式對日常被各種信息媒體包圍的年輕職I來說，難以調動起學習的積極性，而且在職工培訓中，抽象的文字簡單的圖片也無法讓職工快速理解學習內容。

我段作為鐵路車輛部門的設備單位，新型車輛及零部件的構造、檢修使用、作業安全等是職工培訓過程中的必修課，這類課程往往都涉及具體現場環境、作業設備機具、作業空間等方面的內容，單憑教師在課堂上對相關知識的講解，往往難以收到好的效果，職工學習也存在較大難度，教師普遍反映傳統課堂教學模式的培訓力度嚴重不足。如何跳出傳統的課堂教學模式，最大限度地發揮職工的積極性，自主地參與到教學中來，是培訓工作中面臨的一個難題，而現代虛擬仿真技術對這一難題給予了很好的解決。

為進一步提高貨車轉向架檢修段修各工種崗位標準化作業，推進“學標、對標、達標”培訓效果，我段引進了貨車轉向架檢修仿真培訓系統。該系統將轉向架檢修崗位的工藝流程引入到計算機中，通過虛擬仿真技術模擬了檢修作業環境、工裝設備運作、車輛配件分解組裝作業程序。該系統界面直觀、功能強大、操作簡單方便，既解決了教師課堂培訓上場地的限制，避免了作業環境中人身安全的不利因素，又可以幫助職工更加直觀快速地掌握培訓的教學內容，更加深入地理解好相關的規章、標準，收到了良好的培訓效果。

三、虛擬仿真培訓在鐵路培訓中的優勢

通過虛擬仿真培訓系統的應用，我認為虛擬仿真技術在鐵路站段職工培訓中有著較多優勢。

（一）利用虛擬仿真技術進行輔助教學，使專業教學由教師的“獨角戲”變為職工的“主動參與”

對于車輛檢修的教學，要提高學習成效最好的方式就是讓職工積極參與到課堂教學中來。將虛擬仿真技術引入理論的課堂教學，使原本枯燥的理論講解變為直觀的演示教學更容易激發起職工的各種感觀的共同參與，調動起職工們的學習興趣。將虛擬仿真技術引入教學，可以在仿真培訓系統中把車輛構造的三維結構清晰直觀的演示出來，車輛結構，各部配件形狀、位置、連接和配合情況一目了然，再加上教師對這些部位進行恰當的分析講解，使職工更容易學習車輛構造原理及各種車型配件間的知識，對車輛構造和基本知識更易于理解和掌握。

（二）利用虛擬仿真技術進行現場模擬可以收到常規教學難以實現的教學效果

在以往轉向架檢修作業指導書課程的教學過程中，教師講授轉向架拆解或者檢修流水線配件分解過程時，往往需要調動現場機具，職工圍觀會對現場作業產生影響，同時存在一定的安全隱患，而這類課程又難以在課堂實現。將虛擬仿真技術引入到教學中，就可以在仿真培訓系統中對現場的整體作業進行仿真模擬。職工可以直觀地觀察到現場作業環境，車輛配件分解組裝，機具動作，作業流程等情況。通過教師的及時講解和強調，結合理論知識，生動形象的仿真程序給職工留下了深刻的印象。同時使用虛擬仿真培訓大大減少了實際操作中對現場作業的影響和不安全因素的發生，節約教學時間，授課效果得到極大的提高。在訓練過程中，職工在掌握正確操作方法和熟練使用機具的能力上都有明顯的提高，這在傳統課堂是不可能實現的，大大地提高了職工培訓的教學效率。使用虛擬仿真技術還可以避免進行一些不安全操作，如帶電或上線作業培訓，利用虛擬仿真培訓系統就可以隨時進行模擬操作。

（三）利用虛擬仿真技術有利于教師授課有效提高教學質量和效率

在課堂教學中，授課內容往往需要教師進行示范，通常一個培訓班的職工人數較多，有的甚至達到四五十人以上，很難保證所有的職工都能夠聽清楚、看清楚，教學效果不太理想。利用虛擬仿真技術能有效地將理論和實際相結合，實現同步教學，使抽象內容形象化。此外，仿真培訓系統以廣播的方式在每個職工的計算機屏幕上演示教學內容，讓職工仔細觀察檢測部位和檢測工具的動作，使所有的職工均能清楚地觀看并進行模仿，同時教師也可以在教師端的屏幕上看到每個職工的學習情況，進行針對性指導。對于實際操作的項目，每個職工都可以同時進行操作，不需要輪流等待，仿真培訓系統通過程序設計可以隨時進行引導，大大提高了教學效率。

（四）利用虛擬仿真技術進行輔助教學，有助于提高職工自學的能力

利用虛擬仿真技術，職工可以在課堂上及課余時間里通過不斷的仿真操作，提高發現問題和解決問題的能力。虛擬仿真技術有較強的交互性，職工可以在仿真培訓系統中構建出來的作業環境中進行操作，通過仿真培訓系統的設置或交互提示引導職工按指定的步驟進行操作。在操作過程中，通過系統中圖像、聲音等提示方式，分析、觀察情境中出現的現象，運用所學的知識進行處理，直到完成作業操作為止。職工在學習中可以發現問題、提出問題，通過自己動手動腦，所學知識更為鞏固，也更容易應用到其他問題的解決中去。最重要的是通過這一過程，讓職工學會自我學習的方法，為今后現場標準化作業打下良好的基礎。采用虛擬仿真技術的教學方法，可以拓寬職工的視野，極大地調動職工的學習興趣，有利于培養職工的創新意識。

（五）利用虛擬仿真技術的培訓系統可以構建高效的考核評價體系

利用虛擬仿真技術的培訓系統基本都具有實用的考試功能，教師根據作業程序利用仿真培訓系統進行出題，設置好評分標準，對職工操作進行考核，對考試成績自動保存、自動評分、自動分析和成績查詢。仿真培訓系統可以對操作的邏輯次序、工藝標準作業時間、部件操作、機具操作等不同環節設置考試項目，仿真培訓系統自動檢驗操作程序是否正確，工藝是否合理，由系統對職工操作結果進行評定，減少了在作業環境中實際操作的時間，特別是涉及標準化方面的內容，可以更加有效地對職工的知識掌握程度地進行評價。

四、虛擬仿真技術在職工培訓中也有一定的局限性

虛擬仿真技術在車輛部門培訓方面雖然具有較多優勢，但它只是一種模擬教學應用軟件，不可能完全代替現有的教學形式，尤其是在實際技能操作訓練方面存在著一定的局限性。

首先，虛擬仿真只是對作業過程進行模擬并非真實操作，無法讓職工真實感受實際作業過程。職工在實際操作過程中，對機具、零部件重量操作力度聲音、環境的感知和記憶不可能通過虛擬仿真完全體現出來、職工需要通過實際操作，才能真正掌握。

其次，有些現場實際操作無法體驗。如工具、量具的選用、配件料的選擇、零件的裝夾方法及根據機具不同狀態下發出的聲音及時調整等，這些都無法通過仿真來代替職工實際作業過程中的感受和經驗積累，而這些正是實際作業中必不可少且難于掌握的部分，是對職工技能訓練的基本要求。

最后，在仿真培訓系統中，系統雖然能對職工的操作錯誤或違規操作做出提示或警告，但很多情況下，仿真培訓系統沒有就此鎖住，職工還可以進一步操作，久而久之就會對系統彈出的提示或警告無動于衷，不利于培養職工嚴謹、認真的工作態度和安全生產的意識。如在仿真培訓系統中騎跨輪對、跨越流水線等，系統只是彈出對話框提示或沒有提示，而實際上可能就是一次安全事故，一旦出錯，容易造成人身事故。

五、虛擬仿真技術在教育培訓方面的發展趨勢

當前，虛擬仿真技術隨著計算機技術的發展，正向模型的精細化仿真計算的實時性和圖形顯示的真實感方向發展，越來越多的仿真培訓產品開始使用數字頭盔，操作桿，多角度動作捕捉設備，立體聲場等先進技術，通過幾何仿真和物理仿真之間有機地結合，構成了可以完整模擬真實的仿真系統。

在鐵路站段培訓中借助于虛擬仿真技術，不僅有效提高培訓質量和效率，實現傳統教學無法實現的培訓效果，有助于職工可以加深作業標準和工藝流程的理解和掌握，還可以職工培養職工自主學習能力和主動創新意識，有利于提高職工的綜合素質。同時，我們也應當意識到，虛擬仿真技術與實際操作之間始終是存在著一定差距，二者不能混為一談、相互替代，只有在教學當中合理科學、有效地利用虛擬仿真技術，將其作為認識事物的中介與橋梁，與實踐操作訓練有機結合起來，才能更好地為教學服務，發揮出最佳教學效果，為職工培訓錦上添花。

參考文獻：

王瀟瀟，姬付全，盧海軍，等BIM虛擬技術在鐵路隧道施工管理中的應用[J].隧道建設，2016，36（2）：228-233.