基于VR技術的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系設計與實踐研究 ——以N學院為例

近年來，隨著VR技術的改進，特別是清晰度和沉浸度的優(yōu)化，其在在高校實驗實踐教學中的開發(fā)和應用條件已全面具備。同時，VR技術具有的視覺、聽覺、觸覺多種方式與實驗對象進行“沉浸式”互動交流的方式更是為改善高校實驗體驗和實踐質量提供了保障。

應用型高校復合型、應用型和實踐型這一人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)需要加強實驗實踐環(huán)節(jié)的工作力度、改善實驗實踐的條件。寧波作為我國七大石化產業(yè)基地，2022年全市石化工業(yè)總產值首次突破5000億元，綠色石化更是被列入寧波十四五規(guī)劃中的重點發(fā)展領域。臨港綠色石化產業(yè)的發(fā)展需要大量的?；肺锪魅瞬??；谝陨媳尘埃Y合N學院?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)中的實踐教學體系進行分析，以期在技術、需求等條件具備的前提下探索應用型高校專業(yè)化人才的實踐能力培養(yǎng)途徑。

1  ?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)的現(xiàn)實需求

從1957年現(xiàn)代化工行業(yè)在寧波立足開發(fā)以來，截止到2022年寧波石化行業(yè)已經形成了石化區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)和大榭開發(fā)區(qū)“三駕馬車”齊頭并進的高質量綠色發(fā)展格局。寧波石化行業(yè)2021年度行業(yè)年度工業(yè)總產值首超4000億元，2022年度這一指標已超5000億元。

作為寧波石化行業(yè)的配套產業(yè)——寧波?；肺锪鳟a業(yè)也到得到了長足發(fā)展。寧波市現(xiàn)有危險貨物道路運輸企業(yè)128家，登記在冊的一線從業(yè)人員超過10000人，共有注冊車輛6200輛，年運輸量近4000噸。除此之外，寧波周邊地區(qū)以鎮(zhèn)海煉化、阿克蘇-諾貝爾化學、LG甬興為代表的眾多化工企業(yè)在經營過程中面臨著原料和產品中危化品高質量管理的壓力，需要在保持產能的前提下提升危化品倉儲的管理能力。上述現(xiàn)實環(huán)境亟需行業(yè)更新或升級相應的物流設施設備環(huán)境，升級以后規(guī)范化的物流管理對危化品物流專業(yè)人才的需求更為強烈。

2  危化品人才培養(yǎng)中實踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)實困境

2.1  傳統(tǒng)實驗實踐設施更新頻繁、成本高

危化品物流設施可以分為：場地、室內物流設施、室內安全設施、室外專用交通工具、儲存和運輸罐體、專用管道、管理系統(tǒng)等組成部分。為了構建與實際設施一致的實驗實踐設施，傳統(tǒng)意義上高校往往采用實物、模型等方式建設相應的實驗設備和環(huán)境。這種模式首先受到了目前物流設施快速發(fā)展的沖擊，以立體倉庫為例，其運輸工具及管理系統(tǒng)都根據(jù)不同時期的技術經歷了快速的發(fā)展和升級過程。如果高校按照現(xiàn)實物流設施的發(fā)展情況不斷更新傳統(tǒng)物流實驗設備，在成本、技術和場地上是不可能實現(xiàn)的。

2.2  校外實踐基地作用有限

?；肺锪餍Ｍ鈱嵺`基地在各校多點開花、普遍存在，但在實際運作過程中基地作用的發(fā)揮受到了多種掣肘。這些掣肘首先是隨著原有的校外實踐基地在現(xiàn)代企業(yè)制度改革過程中股份化、私有化，對與高校聯(lián)合共建實踐基地工作的支持力度有較大幅度下降。其次是校外實踐基地中各項安全管理措施的加強對高校學生在?；肺锪饕痪€從事實際操作業(yè)務形成了較大障礙。第三，高校教師績效考核方案中對教師參與校外實踐基地建設的激勵力度不足，影響了高校教師參與校外實踐基地工作的積極性。

2.3  課程實驗的實踐性不足

?；肺锪魅瞬诺呐囵B(yǎng)方案中多數(shù)課程安排了實踐環(huán)節(jié)教學內容，但是在實際教學中多數(shù)為演示性實驗，有些課程受限于實驗的專業(yè)性甚至采用播放視頻的方式讓學生熟悉行業(yè)一線的基本要求。這種缺乏設計類的實驗內容影響了學生的參與程度，無法適應目前?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)的現(xiàn)實需求。

2.4  實驗課程考核方式過于主觀

目前多數(shù)課程仍然以實驗報告作為主要考核方式，這種考核結論需要教師進行主觀給分，影響了考核結果的客觀性，使學生忽視對實驗重要性的認識。

3  危化品物流虛擬仿真實驗教學體系的設計思路

3.1  必要性與重要性

危險化學品物流是物流管理和物流工程等專業(yè)類別課程體系中物流系統(tǒng)規(guī)劃與設計、物流系統(tǒng)仿真、運輸?shù)乩?、倉儲與配送管理、貨物包裝技術等課程的重要教學內容，也是?；肺锪鱾}儲企業(yè)實際工作培訓的重要方面。危險化學品物流教學工作是實踐性非常強的教學內容，在學校教學中，物流管理和物流工程專業(yè)學生不僅有系統(tǒng)規(guī)劃與設計的內容，同時在倉儲與配送管理、貨物包裝技術等課程中，都有危險化學品物流的實際訓練需求；在社會培訓層面，?；肺锪饔兄鴱V泛社會需求，能更好地適應危化品物流的工作要求。

3.2  教學目的

通過仿真交互的方式促進學生掌握危化品相關設備的工作狀態(tài)、使用范圍和選用依據(jù)，了解其倉儲結構、布局形式方法；學生通過沉浸式的虛擬仿真實驗掌握氣液體?；返墓艿牢锪鞒绦蚺c要求，培養(yǎng)其獨立設計氣液體?；肺锪饕?guī)劃的能力；學生利用“準”實時的信息和數(shù)據(jù)掌握危險化學品配送企業(yè)的全套經營管理要求；學生通過虛擬仿真實驗了解并掌握危險化學品物流的特有要求，如日常安全巡查、應急處理等，為學生進入相關企業(yè)打下扎實的基礎；通過系統(tǒng)的實驗和學習，本質目的在于促進學生利用所學的知識進行設備選型、作業(yè)流程規(guī)劃以及倉儲管理設計等，提升學生的綜合素質。

3.3  實驗體系的原理

?；肺锪魈摂M仿真實驗體系是N學院借國家產教融合建設工程的東風，緊密結合寧波地方經濟的發(fā)展重點和熱點建設而成，實驗體系由危化品倉儲虛擬仿真實驗項目、VR危化品物流實驗平臺、校企合作危化品物流實時實驗平臺和?；饭摅w管道及存儲實驗平臺四部分組成。

危化品倉儲物流虛擬仿真實驗項目是浙江省2020年省級虛擬仿真實驗教學項目，項目以寧波某物流有限公司的危化品實際倉儲環(huán)境及系統(tǒng)為模擬場景，結合先進的信息技術，真實還原了防爆叉車、防爆隔離墻、全方位監(jiān)控安放系統(tǒng)、泡沫聯(lián)用滅火系

統(tǒng)、地牛、集液槽等物流設施設備，真實模擬了危化品倉儲管理系統(tǒng)及入庫前準備、入庫、在庫管理和出庫全流程。

VR危化品物流實驗平臺是國家產教融合工程建設項目，具體包括 ：后臺管理子系統(tǒng)、倉儲全面學習子系統(tǒng)、倉儲子系統(tǒng)、倉儲運營實操子系統(tǒng)。管理子系統(tǒng)管理主要用于實驗主要用于實驗任務分配和評分任務任務分配和評分任務；新手教學子系統(tǒng)包含VR環(huán)境的初次體驗、VR環(huán)境的360°全景瀏覽；?；穫}儲全面學習子系統(tǒng)含?；穫}庫內外景瀏覽及設計、安全措施及其全景展現(xiàn)；?；啡?、出庫和在庫管理的各類要求展現(xiàn)；?；穫}儲互動操作子系統(tǒng)：按學習系統(tǒng)內容具體安排入庫、在庫和出庫的學生互動實驗，要求按VR的技術特點實施互動實驗。包括入庫編輯、條碼編輯、轉運編輯、物料盤點、安全巡視、事故安全、?；烦鰩炱叻N互動環(huán)節(jié)。

VR?；肺锪鲗嶒炂脚_擁有實驗場地200㎡，含主機、頭盔和手柄在內的VR實驗硬件設施15套，實驗空間設培訓機位36套 ，可以同時容納36名學生進行VR沉浸式實驗。

?；肺锪鲗崟r實驗平臺為校企合作實驗項目，合作方是寧波市最大的專業(yè)?；肺锪髌髽I(yè)之一。?；肺锪鲗崟r實驗平臺基于合作企業(yè)的?；肺锪髌髽I(yè)專業(yè)信息化系統(tǒng)，融合ERP（企業(yè)資源計劃）、OA（辦公自動化）、Workflow（工作流）、TMS（運輸管理系統(tǒng)）、WMS（倉儲管理系統(tǒng)）等系統(tǒng)功能，量身打造一套符合公司全面信息化管理需要的系統(tǒng)。在合作企業(yè)專業(yè)化管理系統(tǒng)基礎上，為了免于干擾企業(yè)的系統(tǒng)運行結果，危化品物流實時實驗平臺在專業(yè)化管理系統(tǒng)之外另行設立并建立隔離，手工定期更新實驗平臺的數(shù)據(jù)，最快能實現(xiàn)T+1的數(shù)據(jù)對接。

?；饭摅w、管道及存儲實驗平臺針對?；肺锪髦泄艿肋\輸和罐體儲存的要求，結合寧波青峙液化碼頭和大榭石化碼頭的實際運作情況委托開發(fā)形成。實驗平臺含墻面動態(tài)管道布局、沙盤、專業(yè)實驗軟件系統(tǒng)和環(huán)屏三維投影系統(tǒng)。具體包括：氣體罐體及管道儲運實驗平臺、液體罐體及管道儲運實驗平臺和配套的?；穬\AR監(jiān)控系統(tǒng)。配套系統(tǒng)中預留了各種專業(yè)接口能滿足實踐中二次開發(fā)和數(shù)據(jù)共享等專業(yè)服務需要。

4  特色及創(chuàng)新

4.1  緊密結合產業(yè)發(fā)展的新需求

基于VR技術的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系在?；放渌凸芾矸矫娌捎昧撕献髌髽I(yè)的“準”實時業(yè)務、信息和數(shù)據(jù)，由于合作企業(yè)背靠華東重要石油化工企業(yè)——鎮(zhèn)海煉化，其業(yè)務、信息和數(shù)據(jù)在行業(yè)內具有頭部地位，這一校企合作模式能為實驗體系提供最新、最接地氣的實驗基礎；在?；穫}儲管理、VR?；肺锪鲗嶒炂脚_的設計過程中立足于寧波周邊的頂尖樣本，其“頂尖”包括了規(guī)模“大”、管理“優(yōu)”及流程“新”的特點。體系的這些特點滿足了緊密結合產業(yè)發(fā)展的新需求。

4.2  實現(xiàn)“本地化”、“沉浸式”的VR場景環(huán)境

基于VR技術的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系提供了以寧波青峙?；反a頭為樣本定制的本地化VR實驗軟件，實驗軟件中的場地、罐體、碼頭、液化船舶均以樣本的實際場景為基礎開發(fā)，很好地體現(xiàn)了“本地化”的創(chuàng)新特色；實驗體系中設有12間半封閉式的VR實驗空間，學生利用VR頭盔、VR手柄、鍵盤、鼠標等計算機設備和VR系統(tǒng)能夠沉浸在逼真的虛擬仿真場景中進行物流實驗操作，更加形象直觀地體驗與熟悉危化品物流作業(yè)。與此同時，實驗體系還配備了虛擬現(xiàn)實場景人機交互硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實內容控制屏幕和虛擬現(xiàn)實內容呈現(xiàn)屏幕進行連接和互動，解決實際教學中虛擬數(shù)據(jù)難于交互、難于理解、難于修改的問題，滿足實際教學所需。

4.3 二次開發(fā)提供創(chuàng)新設計條件

基于VR技術的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系中VR危化品物流實驗平臺和氣液?；穬\實驗平臺均提供二次開發(fā)功能，學生可以通過平臺進行相關實驗內容和流程的二次開發(fā)，并將二次開發(fā)成果導入兩大實驗平臺以驗證二次開發(fā)成果的可行性。其中，氣液?；穬\實驗平臺更是形成了開放式的氣液體?；肺锪髦袇^(qū)內管道、閥門、加壓泵、罐體、流量計、長輸管道、槽罐車等設備的外形、尺寸和安全參數(shù)體系，也能提供學生新設參數(shù)或外形的編輯功能，有利于學生根據(jù)新的氣液體?；穬\要求完成后續(xù)開發(fā)，二次開發(fā)后平臺能為之形成相應的氣液體?；穬\情景，并能完成對應二次開發(fā)成果的驗證。

4.4  滿足產教融合建設的需求

基于VR技術的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系在設計和建設過程中充分考慮了應用型高校進行產教融合內涵建設的需要：?；肺锪鲗崟r實驗平臺在設計和建設時就由高校和地方龍頭企業(yè)精誠合作，更是開創(chuàng)了利用合作企業(yè)“準”實時數(shù)據(jù)進行實驗的先河；實驗體系中的四個平臺能提供給校內教師接觸實際工作環(huán)境和管理要求的機會，也能為專業(yè)教師、研究生或高年級本科學生開展應用研究和科技服務提供有效支持；實驗體系的四個平臺利用其高度仿真和符合實際應用的特點開展專業(yè)?；肺锪?、化工安全等方面的專業(yè)培訓，并已發(fā)揮了實驗體系回饋社會的作用。

4.5  改進實驗教學模式、激勵學習方法創(chuàng)新

基于VR技術的危化品物流虛擬仿真實驗體系能提供多環(huán)節(jié)、多層次的實驗項目，滿足師生從選定項目出發(fā)進行實驗教學的需要，從課前學生預習及教師備課，到實驗時學生及教師與實驗體系的信息溝通，以及師生對實驗平臺提供信息的反饋，通過一系列實驗項目的訓練與完成，能不斷改進實驗教學的模式。同時實驗系統(tǒng)具有自主性、綜合性和專業(yè)設計性特點，在實驗平臺中建立了?；饭潭▓龅貍}儲、室外堆場、氣液化專業(yè)碼頭、?；放渌腿鞒獭⑽；穼I(yè)碼頭等?；肺锪鲌鼍埃瑢W生在實驗中能發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新能力。

5  結  語

物流技術的飛速發(fā)展需要高校提供相應的實驗實踐設施，這些設施的頻繁更新需要大額的投入，有限的財力導致了高校實驗設施與行業(yè)實際應用的脫節(jié)。而智能化、信息化水平的提升，為?；肺锪鲗嶒烍w系的創(chuàng)新提供了新的思路?；?/span>VR技術的危化品物流虛擬仿真實驗體系提供了創(chuàng)新性的實驗平臺，VR技術、虛擬仿真技術、網絡技術的應用能及時應對行業(yè)實際應用的快速更新要求，網絡化、虛擬化和沉浸式的實驗條件提升了師生開展?；肺锪鲗嶒灥姆e極性?？梢灶A見的是隨著時間的推移和社會的需求，?；肺锪鲗嶒烍w系將會繼續(xù)變革和進步，不斷探索出新的教學模式應用到實踐中去，為經濟社會的發(fā)展做出應有的貢獻。

文章來源：《物流科技》  http://www.12-baidu.cn/w/jg/30901.html