高陽 冷雪敏 許傲然 谷彩連

【摘要】電力企業(yè)由于行業(yè)特殊性，需要就業(yè)人員具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，然而由于電力設(shè)備造價高，占地面積大，同時又存在高電壓，大電流的危險，傳統(tǒng)高校想要建立完善的電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺存在困難。隨著VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電力系統(tǒng)發(fā)輸變配各個環(huán)節(jié)的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，有效解決了以上問題。本文通過建設(shè)電力系統(tǒng)VR虛擬仿真實(shí)踐平臺，有效地提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，同時能夠應(yīng)對電力企業(yè)對專業(yè)人才的需求。

【關(guān)鍵詞】實(shí)踐平臺 ?電力系統(tǒng) ?VR技術(shù) ?虛擬仿真

【基金項(xiàng)目】本文受2018 年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目《電力系統(tǒng)VR虛擬仿真綜合實(shí)踐項(xiàng)目的建設(shè)、管理、開放研究與實(shí)踐》資助，項(xiàng)目編號：2018-708。

【中圖分類號】G642.0 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）23-0095-02

引言

電力系統(tǒng)由于行業(yè)的特殊性，在其相關(guān)實(shí)踐平臺建設(shè)中，總要考慮電力設(shè)備的造價、占地面積，高電壓大電流危險的操作環(huán)境等因素，因此傳統(tǒng)高校很難建設(shè)比較系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐平臺。由于實(shí)踐平臺的限制，學(xué)生在實(shí)踐過程中興趣不濃厚，實(shí)踐過程中局限于按照操作手冊流程操作，缺乏創(chuàng)造性和主動性，因此限制了學(xué)生與企業(yè)就業(yè)的對接能力。隨著VR虛擬技術(shù)的出現(xiàn)和普及，高?？梢猿浞掷肰R仿真的技術(shù)優(yōu)勢，在虛擬的環(huán)境中建設(shè)發(fā)輸電、變配電等環(huán)節(jié)，努力構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)設(shè)備操作運(yùn)維，在保證學(xué)生安全的條件下，有效地提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力，進(jìn)而為促進(jìn)校企合作聯(lián)合培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才奠定良好基礎(chǔ)。

VR仿真實(shí)踐教學(xué)平臺

秉承多媒體，多技術(shù)的特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)VR虛擬實(shí)踐平臺的建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生可以利用手機(jī)掃描平面媒體二維碼，對一些典型的可操作性的設(shè)備進(jìn)行初步的認(rèn)知和學(xué)習(xí)，了解相關(guān)電力設(shè)備的工作特性。學(xué)生通過課前的預(yù)習(xí)，通過自己手機(jī)的學(xué)習(xí)，可以提前了解電力系統(tǒng)的構(gòu)成，電力設(shè)備的概念，基本工作原理和操作規(guī)范，提前為課堂教學(xué)打好基礎(chǔ)。其次在課堂教學(xué)中應(yīng)用大屏LED多媒體技術(shù)，虛擬技術(shù)，讓學(xué)生沉浸在虛擬環(huán)境當(dāng)中，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。教師可以在課堂當(dāng)中講解設(shè)備的原理，并在虛擬環(huán)境當(dāng)中對設(shè)備進(jìn)行拆裝分解，將學(xué)生在理論課程當(dāng)中所學(xué)的知識和虛擬環(huán)境條件相結(jié)合，使學(xué)生更深刻的理解電力設(shè)備的原理。經(jīng)過基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在沉浸式教學(xué)體驗(yàn)電力系統(tǒng)完整產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的設(shè)備運(yùn)行，維護(hù)，故障檢修和組裝等一系列實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)。結(jié)合相應(yīng)的VR設(shè)備可以完成所有細(xì)節(jié)的操作，規(guī)避了現(xiàn)實(shí)環(huán)境電力系統(tǒng)運(yùn)行時的高電壓危險環(huán)境，同時可以反復(fù)操作練習(xí)，近距離觀測到電力故障的過程，讓學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用融合掌握。

通過構(gòu)建數(shù)字化、智能化共享平臺，為使用者進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、多元化學(xué)習(xí)提供條件，搭建具有開放性、擴(kuò)展性、兼容性和前瞻性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目運(yùn)行平臺。功能模塊接口準(zhǔn)統(tǒng)一，能支持第三方硬件和軟件的接入和系統(tǒng)升級，以滿足遠(yuǎn)期規(guī)劃要求。

由于電力專業(yè)實(shí)踐環(huán)境高危特殊性，虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)理念分為三種模式：

1.VR虛擬視頻教學(xué)模式，在該模式下通過自動引導(dǎo)加詳細(xì)畫外音，讓學(xué)生可以近距離體驗(yàn)在虛擬環(huán)境漫游的效果，對VR設(shè)備有初步的了解，同時結(jié)合理論課程，將理論和實(shí)際實(shí)踐初步結(jié)合。

2.單一電力設(shè)備拆解及運(yùn)維學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生在無電環(huán)境通過VR設(shè)備對電力設(shè)備進(jìn)行拆解，詳細(xì)了解相關(guān)結(jié)構(gòu)及工作原理，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中對設(shè)備進(jìn)行分解式測試，將對設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識提升到電氣性能認(rèn)識。

3.仿真電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行與現(xiàn)場一致的電力操作過程，讓學(xué)生根據(jù)電力維護(hù)工作票工作模式，逐步展開模擬仿真現(xiàn)場同樣的電力設(shè)備操作及相關(guān)維護(hù)工作，同時系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)及電力系統(tǒng)操作規(guī)范進(jìn)行考核。

虛擬實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)需要覆蓋全部電力電氣對象，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容需要覆蓋學(xué)生實(shí)習(xí)和新員工實(shí)訓(xùn)的主要內(nèi)容，同時還需要滿足其他相關(guān)要求，虛擬實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)軟件系統(tǒng)思路如圖1所示。

VR仿真共享平臺

開發(fā)建設(shè)VR仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目門戶網(wǎng)站，網(wǎng)站展示的內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目相關(guān)信息、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目介紹視頻、實(shí)驗(yàn)課件資料、通知公告、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共享情況、實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)團(tuán)隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)要求、項(xiàng)目架構(gòu)及研發(fā)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目特色、持續(xù)建設(shè)及服務(wù)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申報書等。門戶網(wǎng)站展示的欄目和內(nèi)容可根據(jù)學(xué)校的需求自行添加。平臺不限客戶端數(shù)，支持同時在線人數(shù)2000人以上。

電力系統(tǒng)VR實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具備相應(yīng)的寬帶技術(shù)，利用智能帶寬分配技術(shù)合理調(diào)配在線人數(shù)和校外共享系統(tǒng)人數(shù)，優(yōu)先滿足校內(nèi)實(shí)訓(xùn)要求，在帶寬達(dá)到上限時針對校外共享需求提供排隊(duì)等候服務(wù)。系統(tǒng)具備自動定時功能，在考核學(xué)生操作技能時，會自動提醒電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作的時間，提醒學(xué)生操作速度。同時系統(tǒng)具備自動統(tǒng)計(jì)功能，時間周期設(shè)定為7天，30天，180天，一年等不同的時間段，分別記錄系統(tǒng)校內(nèi)培訓(xùn)人數(shù)，時間，平均操作時間，校外共享時間，共享人次，分類共享實(shí)驗(yàn)的頻次及實(shí)訓(xùn)操作效果和反饋。反饋服務(wù)包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)考核設(shè)定規(guī)則及使用滿意度多種，所有數(shù)據(jù)將為后續(xù)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的升級提供數(shù)據(jù)支持。

目前我國高校大多數(shù)教學(xué)教務(wù)考務(wù)系統(tǒng)都為B/S構(gòu)架下的主動式服務(wù)，VR實(shí)訓(xùn)仿真軟件接口也設(shè)計(jì)為同樣構(gòu)架，網(wǎng)頁瀏覽，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)號帳號登錄，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)視頻學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)預(yù)約，預(yù)定考試及查閱成績。教師作為管理員，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)工位設(shè)定分組，查詢學(xué)生簽到情況，操作時間，在線答疑，考核過程錄像并參考系統(tǒng)自動評分給出成績，同時可以自由分配實(shí)驗(yàn)作為考核內(nèi)容，做到相鄰工位考核內(nèi)容不同，充分發(fā)揮考核獨(dú)立性。成績評定系統(tǒng)與校內(nèi)考務(wù)系統(tǒng)對接，成績經(jīng)過審核直接上傳。同時為了提升教學(xué)質(zhì)量，系統(tǒng)設(shè)定了歷史數(shù)據(jù)庫，自動記錄每個周期的學(xué)生實(shí)訓(xùn)情況，通過不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績分析學(xué)生針對不同電力系統(tǒng)不同專業(yè)課的掌握程度，同時設(shè)立理論考試試題庫，通過網(wǎng)絡(luò)答題的方式，考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握，自動生成對比表格，將相關(guān)反饋數(shù)據(jù)及時反饋給理論課程老師。

通過平臺的建設(shè)與共享應(yīng)用，開發(fā)準(zhǔn)確適宜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新多樣化的教學(xué)方法、研發(fā)先進(jìn)可靠的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，產(chǎn)生了示范性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。既鍛煉了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，又提高了教師隊(duì)伍的整體水平，促進(jìn)了雙師雙能隊(duì)伍的建設(shè)。學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力持續(xù)提升，每年有近30%的學(xué)生參與教師各類應(yīng)用項(xiàng)目、參加專業(yè)競賽，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和應(yīng)用能力得到鍛煉。

結(jié)論

在電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺建設(shè)的發(fā)展中，未來VR虛擬實(shí)踐實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)將是重要的發(fā)展方向。虛擬環(huán)境有效地規(guī)避了高危險的環(huán)境，同時可以針對一些消耗性，傷害性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)的操作，虛擬實(shí)踐環(huán)境將極大地節(jié)省高校的教學(xué)成本。通過VR仿真平臺的建設(shè)，充分調(diào)動了學(xué)生的實(shí)踐積極性，有效地提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力，將高校實(shí)踐環(huán)境和企業(yè)一線工作環(huán)境對接，將學(xué)生的專業(yè)能力和企業(yè)的需求對接，為校企合作打下了良好的基礎(chǔ)。

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作者簡介：

高陽（1974.7-），男，遼寧沈陽人，教授，遼寧省高校虛擬實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)人，主要研究高教虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)與開發(fā)。