虛擬仿真技術(shù)在高校大型儀器共享平臺(tái)管理中的應(yīng)用研究

陶冬冰，梁莎莎，張 旋，張 琦，趙瑛博，張佰清

（1. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866； 2. 東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

大型儀器是高校進(jìn)行教學(xué)、科研、創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化、服務(wù)社會(huì)的重要支撐[1]，也是培養(yǎng)高層次人才、發(fā)展高科技的重要工具，并已成為衡量高校教學(xué)科研水平的重要標(biāo)志[2]。習(xí)近平總書(shū)記在中央深化改革小組第六次會(huì)議上指出：“科技資源配置分散、封閉、重復(fù)建設(shè)問(wèn)題比較突出，不少科研設(shè)施和儀器重復(fù)建設(shè)和購(gòu)置、閑置浪費(fèi)比較嚴(yán)重，專(zhuān)業(yè)化服務(wù)能力不高。要從健全國(guó)家創(chuàng)新體系、提高全社會(huì)創(chuàng)新能力的高度，通過(guò)深化改革和制度創(chuàng)新，把公共財(cái)政投資形成的國(guó)家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會(huì)開(kāi)放，讓它們更好地為科技創(chuàng)新服務(wù)、為社會(huì)服務(wù)[3]?！?/p>

目前，大多高校存在著大型科研儀器、設(shè)施重復(fù)購(gòu)置建設(shè)，使用效率低下，閑置浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重等共性問(wèn)題[4]，如何最大限度地發(fā)揮大型儀器的使用效益，提高儀器使用率，推動(dòng)資源的有效共享[5]，進(jìn)而滿足教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)的需要，是高校大型儀器共享管理所關(guān)注的焦點(diǎn)[6]。

1 高校大型儀器共享管理中存在的問(wèn)題

（1）大型儀器管理人員數(shù)量不足，專(zhuān)管共用無(wú)法實(shí)現(xiàn)。大型儀器管理對(duì)人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平、操作熟練程度、維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)等都有特殊要求，應(yīng)由專(zhuān)人管理[7]。但實(shí)驗(yàn)技術(shù)崗位人員通常被定義為輔助高校教學(xué)科研工作，領(lǐng)導(dǎo)重視程度不夠，數(shù)量嚴(yán)重不足，這就導(dǎo)致了大型儀器很難按要求實(shí)現(xiàn)專(zhuān)人管理，很多大型儀器是由儀器所在實(shí)驗(yàn)室的研究生代為管理[8]。此外很多高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不被重視，職稱(chēng)晉升困難，缺乏獎(jiǎng)勵(lì)、激勵(lì)辦法，人員離職轉(zhuǎn)崗較多，無(wú)法調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的工作積極性，只是機(jī)械完成實(shí)驗(yàn)室日常管理工作，沒(méi)有對(duì)大型儀器進(jìn)行創(chuàng)造性開(kāi)發(fā)的主觀能動(dòng)性，造成很多大型儀器的功能沒(méi)有被充分使用，降低了大型儀器的使用價(jià)值[9]。

（2）目前高校大型儀器使用培訓(xùn)多是由負(fù)責(zé)教師或會(huì)使用的學(xué)生對(duì)將要使用的學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一培訓(xùn)，這種培訓(xùn)方式效果較好，但耗時(shí)，占用儀器使用時(shí)間較長(zhǎng)，并且負(fù)責(zé)教師的時(shí)間有限，這樣就影響了儀器使用的時(shí)效性[10]。如果由儀器負(fù)責(zé)教師進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，雖節(jié)省了時(shí)間，但很多學(xué)生沒(méi)有親自動(dòng)手操作，等到使用時(shí)還是不敢動(dòng)手操作，效果不好，影響了儀器設(shè)備的使用效果。

（3）大型儀器使用、維護(hù)方法檔案管理混亂、存檔資料不完整、不齊全。原因主要有：①學(xué)校或?qū)W院沒(méi)有統(tǒng)一、規(guī)范的整理流程，管理人員對(duì)技術(shù)檔案歸檔的重要性認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致很多大型儀器的說(shuō)明書(shū)、配置單等丟失[11]；②由于人員流動(dòng)性大，技術(shù)檔案管理登記制度不嚴(yán)格，技術(shù)檔案交接沒(méi)有硬性規(guī)定，借出沒(méi)有及時(shí)歸還，丟失沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充等，資料陸陸續(xù)續(xù)有遺失現(xiàn)象[12]。③很多大型儀器設(shè)備是由設(shè)備購(gòu)置后參加使用培訓(xùn)的師兄師姐去教以后使用設(shè)備的師弟師妹，一級(jí)教一級(jí)，這樣教與學(xué)的方式造成了很多儀器操作流程、使用時(shí)的注意事項(xiàng)、日常維護(hù)方法的丟失，很多時(shí)候認(rèn)為會(huì)操作使用就可以了，而忽略了大型儀器設(shè)備是需要定期維護(hù)保養(yǎng)校準(zhǔn)的，嚴(yán)重影響了儀器的使用年限和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度[13]。

（4）大型儀器設(shè)備重復(fù)購(gòu)置，高校內(nèi)、高校間共享水平低。由于儀器共享觀念沒(méi)有深入人心，大部分科研人員還存在“儀器放在我這就是我的”“用別人的儀器搭人情”的思想，造成很多大型儀器重復(fù)購(gòu)置。另外，大型儀器管理人員對(duì)儀器共享的重要性認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為共享是給別人做嫁衣，增加了自己的工作量，對(duì)個(gè)人發(fā)展也沒(méi)有什么好處，做和不做沒(méi)有區(qū)別，所以很難在學(xué)院和學(xué)校間實(shí)現(xiàn)真正意義上的共享[6]。另外由于大型儀器維修維護(hù)價(jià)格高，管理人員怕過(guò)多使用損壞后沒(méi)有經(jīng)費(fèi)及時(shí)維修被追責(zé)，所以不愿給別人用，甚至設(shè)置阻力讓想共享使用的教師不敢用或者難申請(qǐng)使用，最終大型儀器成了個(gè)別教師的專(zhuān)用設(shè)備或閑置在實(shí)驗(yàn)室，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)[5]。目前大型儀器共享管理模式架構(gòu)及存在問(wèn)題見(jiàn)圖1。

圖1 目前大型儀器共享管理模式架構(gòu)及存在問(wèn)題

2 虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的應(yīng)用

虛擬仿真（virtual reality）是用一個(gè)可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)或?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的構(gòu)想世界的模擬，使人通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知手段，利用輔助傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的交互，具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點(diǎn)，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、人工智能技術(shù)、軟件工程、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在城市建設(shè)規(guī)劃、數(shù)字校園建設(shè)、旅游、娛樂(lè)、教育、體育、醫(yī)療、石油化工、工業(yè)培訓(xùn)等領(lǐng)域[9]。目前，國(guó)內(nèi)多家虛擬仿真軟件開(kāi)發(fā)公司為高校、科研院所開(kāi)發(fā)了很多大型儀器操作的虛擬仿真軟件，如核磁共振、電鏡、液相質(zhì)譜、氣相質(zhì)譜等大型貴重儀器設(shè)備，并投入使用。大型儀器虛擬仿真軟件的使用可以解決高校大型儀器共享管理的很多問(wèn)題。

（1）培訓(xùn)效果突出。通過(guò)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的使用，可以讓使用人員在任何時(shí)間任何地點(diǎn)通過(guò)電腦學(xué)習(xí)儀器操作，通過(guò)虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)的各步驟的交互操作進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，還可以對(duì)操作進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分合格后進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作。

（2）降低資源損耗，節(jié)省儀器負(fù)責(zé)教師的時(shí)間。通過(guò)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件進(jìn)行儀器設(shè)備使用培訓(xùn)，減少了因?yàn)榕嘤?xùn)而大量占用設(shè)備使用機(jī)時(shí)的現(xiàn)象，減少培訓(xùn)期間的設(shè)備及資源損耗，負(fù)責(zé)教師反復(fù)進(jìn)行培訓(xùn)的時(shí)間減少，可以將更多的精力用在設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)、維護(hù)保養(yǎng)工作上，使大型儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性應(yīng)用，這樣可以提高大型儀器設(shè)備的使用效率和創(chuàng)新應(yīng)用水平。

（3）解決大型儀器設(shè)備管理人員不足、水平不高的問(wèn)題。通過(guò)引進(jìn)虛擬仿真軟件進(jìn)行大型儀器設(shè)備的培訓(xùn)、管理，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使儀器設(shè)備使用培訓(xùn)系統(tǒng)化、專(zhuān)業(yè)化、精準(zhǔn)化，有效避免實(shí)驗(yàn)人員相互培訓(xùn)時(shí)造成的使用方法及步驟缺失，注意事項(xiàng)與使用經(jīng)驗(yàn)不能相互傳授的問(wèn)題，通過(guò)虛擬仿真軟件的使用可以提高大型儀器設(shè)備的使用效率和使用年限，減少大型儀器設(shè)備因操作不當(dāng)、維護(hù)不及時(shí)而損壞的現(xiàn)象，由于部分大型儀器使用量較大，用戶對(duì)大型儀器的使用時(shí)間和緊迫性提出高的要求，他們希望能自主測(cè)試和可能在晚上或周末時(shí)間進(jìn)行分析測(cè)試。在這樣的背景下，能夠利用虛擬仿真軟件培訓(xùn)儀器用戶，考核評(píng)分合格后，方能進(jìn)行自主測(cè)試。儀器培訓(xùn)不僅能夠提高儀器管理員的分析測(cè)試水平，而且能夠提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，使高校大型儀器設(shè)備更好地服務(wù)教學(xué)科研。

（4）虛擬仿真培訓(xùn)資源長(zhǎng)期留存，解決大型儀器設(shè)備使用維護(hù)方法檔案的丟失問(wèn)題。由于高校實(shí)驗(yàn)人員流動(dòng)性大，儀器設(shè)備檔案管理程序混亂，造成很多大型儀器設(shè)備說(shuō)明書(shū)丟失，會(huì)操作的人員轉(zhuǎn)崗離職后儀器設(shè)備就無(wú)法正常使用的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不僅是資源浪費(fèi)，也制約了科研發(fā)展。大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)說(shuō)明書(shū)，對(duì)儀器設(shè)備的使用、維護(hù)說(shuō)明更直觀形象，更易被實(shí)驗(yàn)人員接受，軟件存檔也比較容易，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，有效解決了傳統(tǒng)檔案查找困難，傳播困難的問(wèn)題。

（5）有利于實(shí)現(xiàn)大型儀器設(shè)備共享。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的應(yīng)用，可以解決儀器設(shè)備管理人員不愿意為非本專(zhuān)業(yè)、本學(xué)院的其他教師服務(wù)，占用個(gè)人時(shí)間進(jìn)行儀器使用培訓(xùn)、甚至進(jìn)行樣品測(cè)定的問(wèn)題；可以解決因共享服務(wù)培訓(xùn)占用機(jī)時(shí)而影響本專(zhuān)業(yè)本學(xué)院其他科研任務(wù)完成的問(wèn)題。任何實(shí)驗(yàn)人員有使用大型儀器設(shè)備需求時(shí)，可以先通過(guò)虛擬仿真軟件進(jìn)行操作培訓(xùn)，并根據(jù)虛擬仿真軟件設(shè)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)操作，在完全掌握后，向儀器設(shè)備負(fù)責(zé)教師申請(qǐng)使用即可，既不會(huì)因培訓(xùn)占用大量大型儀器設(shè)備使用機(jī)時(shí)，又不會(huì)因操作不熟練而造成反復(fù)測(cè)樣，影響科研進(jìn)度，有利于大型儀器設(shè)備在高校內(nèi)、高校間的共享。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在大型儀器共享管理的模式架構(gòu)及特點(diǎn)見(jiàn)圖2。

圖2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在大型儀器共享管理的模式架構(gòu)及特點(diǎn)

3 虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的發(fā)展模式探討

（1）高校在購(gòu)置大型儀器設(shè)備時(shí)可以將虛擬仿真培訓(xùn)軟件作為設(shè)備必須的附件隨機(jī)招標(biāo)采購(gòu)進(jìn)來(lái)，這樣可以減少后續(xù)購(gòu)置軟件的成本及經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題，一次性完成采購(gòu)。

（2）大型儀器設(shè)備公司、虛擬仿真軟件開(kāi)發(fā)公司、設(shè)備用戶三方共同推動(dòng)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)三方共贏，這樣可以降低軟件開(kāi)發(fā)成本，每個(gè)軟件隨機(jī)銷(xiāo)售可以節(jié)省采購(gòu)經(jīng)費(fèi)，也有助于儀器公司銷(xiāo)售。

（3）用戶在設(shè)備使用過(guò)程中可以不斷開(kāi)發(fā)充實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完善虛擬仿真軟件的內(nèi)容，并可根據(jù)儀器操作中的使用問(wèn)題與儀器生產(chǎn)廠家、虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)方合作開(kāi)發(fā)儀器設(shè)備簡(jiǎn)單維修，更換配件等方面虛擬仿真培訓(xùn)，解決大型儀器設(shè)備公司維修人員不足、設(shè)備用戶等待維修時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，可以大大提高設(shè)備使用效率。

（4）通過(guò)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的引入，實(shí)現(xiàn)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的開(kāi)放共享，服務(wù)相關(guān)高校、企事業(yè)單位，有利于解決浪費(fèi)資源、設(shè)備重復(fù)購(gòu)置的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)作為一種現(xiàn)代化教學(xué)手段，將其應(yīng)用在大型儀器共享管理中，既可以解決大型儀器管理人員不足，使用培訓(xùn)水平不高、資源閑置浪費(fèi)、共享使用困難、社會(huì)服務(wù)能力不強(qiáng)等高校大型儀器共享工作開(kāi)展中的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也是高校實(shí)驗(yàn)室管理向信息化、現(xiàn)代化、智能化轉(zhuǎn)變的發(fā)展方向。