程曉涵

【摘 要】針對礦業(yè)類院校與企業(yè)合作建立虛擬仿真實現(xiàn)平臺建設(shè)模式開展研究，總結(jié)了高校實踐教學現(xiàn)存的普遍問題、企業(yè)發(fā)展需求和資源優(yōu)勢，提出創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機械虛擬仿真實踐平臺的必要性；為保證平臺的長久發(fā)展，探討了詳細的合作模式；提出了仿真平臺總體的設(shè)計思路和功能模式，并以“礦山設(shè)備故障診斷實驗?zāi)K”為例闡述了具體的實施策略，為礦業(yè)類院校更好的改善實踐教學拓寬了思路，構(gòu)建了一種校企雙贏的模式。

【關(guān)鍵詞】校企合作；煤礦特色；虛擬仿真；實踐教學

中圖分類號： G642.0 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0056-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.023

Exploration on the Construction Mode of Virtual Simulation Practice Platform for Coal Mine Characteristic Machinery Specialty by Promoting Cooperation School-enterprise Cooperation

CHENG Xiao-han

（School of mechanical electronic&information; engineering，China University of Mining and

Technology（Beijing），Beijing 100083，China）

【Abstract】Research on the construction mode of virtual reality simulation platform for cooperation between mining colleges and enterprises.This paper sums up the common problems existing in the practice teaching in Colleges and universities，the needs of enterprise development and the advantages of resources，and puts forward the necessity of creating a practical platform for the virtual simulation of coal mine characteristics.In order to ensure the long-term development of the platform，the detailed cooperation mode is discussed.The design idea and function model of the simulation platform are put forward，and the concrete implementation strategy is expounded with the example of the "fault diagnosis experiment module of mine equipment"，which broadens the thinking for the better practice teaching of the mining colleges and universities，and constructs a win-win model of school and enterprise.

【Key words】School-enterprise cooperation；Characteristics of coal mine；Virtual simulation；Practice teaching

0 引言

礦業(yè)類高等院校的教學目標是培養(yǎng)實踐能力、創(chuàng)新能力強且安全意識高的研究型高級工程技術(shù)人才，而煤炭行業(yè)屬于作業(yè)環(huán)境特殊的高危行業(yè)，為加強學生對行業(yè)背景的充分了解和適應(yīng)能力，在本科教育階段加強課堂理論教學的同時需要更加重視實踐教學方面的建設(shè)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項科學技術(shù)，它融合了計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、人工智能、多媒體技術(shù)、傳感器及并行處理技術(shù)等多個研究方向，能夠營造出逼真的、具有沉浸感的三維場景，為使用者提供身臨其境的體驗，脫離時間地點的約束隨時可登錄使用，效率高、周期短、成本低，如充分利用引入實驗教學中可以突破實體實驗教學的諸多局限[1]。

1 創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機械虛擬仿真實踐平臺的必要性

1.1 高校實踐教學現(xiàn)有問題

目前，針對煤礦背景的機械工程專業(yè)的實踐教學方便普遍存在著一下問題：（1）煤礦機械種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積龐大，為節(jié)省實驗占地面積，搭建的實驗設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡化、體積縮小，學生無法體驗感受真實的煤礦機械的作業(yè)狀況，造成認知上的偏差；（2）科學技術(shù)的高速發(fā)展、知識發(fā)展和更新的速度大大加快的新形勢下，教學資源、教學環(huán)境、組織方式、授課模式、教學方法和教學手段故步自封、老套陳舊，導(dǎo)致培養(yǎng)的學生知識面狹窄、創(chuàng)造能力不強、適應(yīng)能力不好、綜合素質(zhì)不高，缺乏主動探索、主動發(fā)現(xiàn)形成結(jié)論的能力；（3）校企聯(lián)系互動少，一般僅限于生產(chǎn)實習階段極短時間的接觸，且出于安全方面的考慮，學生沒有機會到生產(chǎn)現(xiàn)場參觀學習，只能借助培訓(xùn)基地和講座的方式簡單的交流，對學生知識面的拓展、綜合實踐能力的提高幫助很有限；（4）高校資金短缺跟不上高校招生規(guī)模的擴大以及科研任務(wù)的增加，而且實體實驗室運行成本很高需要尋求其他共享資源來保障實驗室建設(shè)[2]。

1.2 企業(yè)長遠發(fā)展的需求

企業(yè)為了能在激烈殘酷的市場競爭下求生存始終以最新的科技成果作為支撐，而企業(yè)想要保持長久的競爭優(yōu)勢必須保證其創(chuàng)造力，而創(chuàng)造力的來源就是高素質(zhì)的技術(shù)人才，各大高等院校是各類人才培養(yǎng)的基地。因此，高校與企業(yè)合作共建實驗室無疑是實現(xiàn)“優(yōu)勢互補、合作雙贏、共同發(fā)展”目標的有效途徑[3]。

1.3 有利的資源優(yōu)勢

中國礦業(yè)大學（北京）是煤炭特色高等教育的全國重點院校，擁有我國首家以能源與安全為特色的科技園 ——“中關(guān)村能源與安全科技園”和“中國礦業(yè)大學留學人員創(chuàng)業(yè)園”，并與北京市共建能源安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，組成了學校產(chǎn)學研用及科技成果轉(zhuǎn)化體系；另外科技園就位于校內(nèi)，學生不需要高頻校外甚至異地往返，避免了學校頻繁組織交通車、組織成本高且可能存在安全等方面的問題，為創(chuàng)建校企合作的煤礦特色機械虛擬仿真實驗平臺提供了地理和資源的雙重優(yōu)勢。

因此，創(chuàng)建校企合作的虛擬仿真平臺加強與企業(yè)的互動勢必能鞏固、彌補并促進課堂理論教學和實體實驗教學的效果，提高學生的綜合素質(zhì)，實現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢互補。

2 合作模式

本著合作共贏的原則，為實現(xiàn)校企之間持久有效的良好合作關(guān)系，有必要構(gòu)建一套責、權(quán)、利完備的合作模式。

（1）設(shè)立專門的管理部門

為將校企合作的煤礦特色虛擬仿真實踐平臺落到實處，應(yīng)該從學校層面上設(shè)立專門的校企合作管理小組，并由教務(wù)處、科學技術(shù)研究院、發(fā)展規(guī)劃與學科建設(shè)處、教育培訓(xùn)處以及學院教學院長和科研院長等成員組成。管理小組主要負責指導(dǎo)并接洽與企業(yè)合作的具體事宜[4]。

（2）校企合作，互惠共贏

企業(yè)需根據(jù)校方搭建煤礦特色虛擬仿真實踐平臺的需求，提供技術(shù)、信息、人員及設(shè)備資源的有力支持，并對具體資源利用進行授權(quán)；企業(yè)還可為校方教師提供專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)。

校方利用自身科研和理論等方面的優(yōu)勢，為企業(yè)提供科研技術(shù)攻關(guān)、理論等方面的技術(shù)咨詢和支持；中國礦業(yè)大學（北京）教育培訓(xùn)處、繼續(xù)教育學院與國家和地方行政管理部門、煤炭企業(yè)聯(lián)系較多，可以為企業(yè)提供促進合作的機會并為企業(yè)免費提供一些參加煤礦安全等方面培訓(xùn)學習的名額[5-6]。

（3）合作方案具體化

為確保校企合作實驗平臺項目的落地，應(yīng)廣泛聽取校、企雙方專家的意見和建議，詳細落實校企合作的各個銜接點，設(shè)定實踐項目的目標、內(nèi)容和實施方案，雙方的權(quán)利和責任具體化，保證合作模式能夠穩(wěn)定持久，并隨著合作的日益成熟繼續(xù)推進擴展。

3 虛擬仿真實踐平臺的總體設(shè)計和功能模式

3.1 總體設(shè)計思路

北京礦大能源安全科技有限公司是中國礦業(yè)大學（北京）全資公司，是推廣輻射能源與安全領(lǐng)域企事業(yè)單位特有的成熟技術(shù)、優(yōu)秀成果及產(chǎn)業(yè)項目的平臺，公司下設(shè)節(jié)能減排中心、綠色開采中心等十余個工程技術(shù)中心，是展示能源與安全領(lǐng)域優(yōu)秀成果的窗口。充分考慮到機電系下面設(shè)置的機械工程專業(yè)和測試計量技術(shù)及儀器專業(yè)的課程設(shè)置和特點，在總體規(guī)劃設(shè)計中選擇企業(yè)的教育培訓(xùn)中心、機電設(shè)備中心、礦山安全裝備中心、礦山數(shù)字化建設(shè)中心、精密儀器中心和大型設(shè)備遠程健康診斷中心共六個中心作為共建資源依托，充分爭取各研究中心的設(shè)備、技術(shù)和人員等資源支持。虛擬仿真實踐平臺的總體框架設(shè)計如圖1所示。

3.2 功能模式

（1）本科生主修課程實驗全覆蓋

在六大中心的資源支持下，結(jié)合機械系機械工程和測試計量技術(shù)及儀器兩個專業(yè)的特點和需求，如圖1所示促進校企合作的煤礦機械虛擬仿真實驗平臺共設(shè)置了五個功能模塊：機械認知類實驗?zāi)K、機械拆裝類試驗?zāi)K、礦山設(shè)備故障診斷實驗?zāi)K、儀器儀表設(shè)計實驗?zāi)K和監(jiān)測監(jiān)控實驗?zāi)K，可以覆蓋本科生一年級至四年級共二十多門主修課程的實驗。

（2）大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目全支持

中國礦業(yè)大學（北京）為了促進我國高等教育傳統(tǒng)觀念的改變，營造鼓勵學生積極探索、勇于創(chuàng)新的文化氛圍，提出了“大學生科研選題訓(xùn)練項目”（簡稱“科研選題”）和“大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目”（簡稱“大創(chuàng)”），將科研項目作為載體、學生作為項目主體進行科學研究方面的訓(xùn)練。為使學生能夠及時了解和吸收最前沿的科技信息，煤礦機械虛擬仿真實驗平臺充分利用各大中心特有的能源特色技術(shù)和產(chǎn)業(yè)項目為背景開展本科生訓(xùn)練項目的立項與實施工作，通過自由組隊、自主選題、自行實驗、重在過程的方式，以全面提升大學生綜合素質(zhì)和就業(yè)競爭能力[7-8]。

（3）輔助研究生課題開展

中國礦業(yè)大學（北京）本科生招生規(guī)模迅速擴大的同時，研究生的招生規(guī)模也在逐年擴大，面對持續(xù)擴招的壓力，高校無法做到導(dǎo)師人數(shù)和科研項目的同比例增長[8]，如何在保證研究生原有理論學習和科研能力的同時進一步提高研究生的工程實踐能力、增強研究生服務(wù)于國家和社會全方位綜合性能力日益成為高校急需解決的問題[9-10]。能源安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院和北京礦大能源安全科技有限公司各工程技術(shù)中心有各種煤礦特色的合作項目、有充足的研發(fā)經(jīng)費、有先進的科研儀器，能夠使研究生的教育根植于真正的工程項目的沃土之上，對研究生課題的順利開展起到有利的輔助推進作用[11-12]。

4 虛擬仿真實驗平臺資源建設(shè)實例

大型設(shè)備遠程健康診斷中心擁有國內(nèi)首個“大型礦山機電設(shè)備遠程故障診斷平臺”，能夠?qū)⒑献鞯母鞔竺旱V企業(yè)的各類大型機電設(shè)備（例如：軸流風機、提升機、振動篩等）的實時運行數(shù)據(jù)遠程傳送到北京的健康診斷中心進行處理分析，并在此基礎(chǔ)上對設(shè)備的健康狀況進行評估和預(yù)測，如圖2和圖3所示。因此，龐大真實的設(shè)備運行工況數(shù)據(jù)相對于實驗數(shù)據(jù)來講更加彌足珍貴，更能反映工程實際，可以為課程理論學習的理解和科研訓(xùn)練的開展起到強大的支撐作用。如此珍貴的數(shù)據(jù)資源在虛擬仿真實驗平臺資源建設(shè)過程中必定加以充分利用，在得到工程技術(shù)中心和相應(yīng)的煤礦企業(yè)授權(quán)同意的前提下，將數(shù)據(jù)引入仿真實驗平臺的“礦山設(shè)備故障診斷實驗?zāi)K”中。本科生可以利用該數(shù)據(jù)資源開展相關(guān)課程的實驗教學內(nèi)容，例如“現(xiàn)代信號處理技術(shù)”，也可以設(shè)置豐富的“科研選題”和“大創(chuàng)”項目，當然也可以為諸如數(shù)據(jù)分析、故障診斷、預(yù)知維護、模式識別等方向的研究生課題提供寶貴的工程實驗數(shù)據(jù)，起到一舉三得的教學效果。

5 結(jié)語

促進校企合作是培養(yǎng)研究型高級技術(shù)人才的重要途徑，是增強學生工程實踐能力和社會適應(yīng)能力必不可少的環(huán)節(jié)。只有圍繞人才培養(yǎng)要求和企業(yè)的發(fā)展，資源共享建立良好的合作平臺，促進校企之間的技術(shù)交流，尋求雙方利益的平衡點，才能發(fā)揮校企合作共建實驗平臺的優(yōu)勢，并促進雙發(fā)合作健康、持續(xù)的發(fā)展。另外，隨著該合作模式的不斷實踐還可以推廣到采礦、地質(zhì)等其他專業(yè)，建立綜合性的大型實踐教學平臺。

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