李志江 戴凌燕 王艷紅 張寧 王長(zhǎng)遠(yuǎn) 張東杰

摘要：為真實(shí)模擬黃豆醬生產(chǎn)過(guò)程，構(gòu)建了黃豆醬工廠化生產(chǎn)3D平臺(tái)系統(tǒng)并進(jìn)行應(yīng)用。該平臺(tái)利用三維可視化技術(shù)，采用虛擬仿真現(xiàn)實(shí)方法，依據(jù)黃豆醬生產(chǎn)工廠場(chǎng)景構(gòu)建模型，按黃豆醬生產(chǎn)過(guò)程完成交互和評(píng)分，實(shí)現(xiàn)了黃豆醬生產(chǎn)工藝過(guò)程的在線模擬，主要包括認(rèn)知學(xué)習(xí)、衛(wèi)生規(guī)范和仿真學(xué)習(xí)3個(gè)模塊，涵蓋黃豆醬工廠化生產(chǎn)的原料預(yù)處理、制曲、發(fā)酵和包裝等關(guān)鍵工藝控制和設(shè)備操作，具有多維度、高仿真、交互操作、全程參與、過(guò)程評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)信息反饋與指導(dǎo)等特點(diǎn)。通過(guò)應(yīng)用該平臺(tái)，可以達(dá)到虛擬仿真實(shí)踐操作、模擬豆醬工廠化生產(chǎn)和企業(yè)宣傳等良好效果。

關(guān)鍵詞：黃豆醬；虛擬仿真；三維可視化技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：TS264.24? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1000-9973（2023）07-0142-05

Abstract： In order to truly simulate the production process of soybean paste， a 3D platform system for the industrialized production of soybean paste is constructed and applied.Through the three-dimensional visualization technology and virtual stimulation reality method， a model is built based on the scene of soybean paste production factory. The interaction and scoring are completed according to the production process of soybean paste. Online simulation of the soybean paste production process is achieved， which mainly includes three modules such as cognitive learning， hygiene regulation and simulation learning， covering the key process control and equipment operation such as pre-treatment of raw material， koji making， fermentation and packaging in the industrialized production of soybean paste. It is characterized by many dimensions， high simulation， interactive operation， whole process participation， process evaluation， real-time information feedback and guidance. By applying this platform， good results such as virtual simulation of practical operation， simulation of factory production of soybean paste and enterprise publicity can be achieved.

Key words： soybean paste; virtual simulation; three-dimensional visualization technology; practice teaching

黃豆醬又稱大豆醬、豆醬，是以黃豆為主要原料，經(jīng)微生物發(fā)酵釀制的傳統(tǒng)醬類調(diào)味品（GB/T 24399—2009）?！吨袊?guó)制造2025》和《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》均明確提出了食品行業(yè)的智能化和綠色制造升級(jí)，隨著釀造技術(shù)的進(jìn)步，黃豆醬生產(chǎn)已由傳統(tǒng)手工制作發(fā)展至工業(yè)“3.0時(shí)代”[1]。食品生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括原料選擇和處理、設(shè)備選型、工藝和質(zhì)量控制、包裝等內(nèi)容，可采用數(shù)字化方式鏡像食品生產(chǎn)工藝、物理車間和設(shè)備等，建立由“物”及“數(shù)”的聯(lián)網(wǎng)映射，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境再現(xiàn)模擬食品的生產(chǎn)過(guò)程[2]。通過(guò)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬化處理，研究人員構(gòu)建了白酒釀造工藝仿真體系，操作人員在虛擬仿真場(chǎng)景中學(xué)習(xí)了白酒固態(tài)發(fā)酵步驟和流程[3]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，研究人員開(kāi)發(fā)了面包、魷魚(yú)圈、濃縮果汁、香菇湯、油炸果蔬脆片和干酪等食品生產(chǎn)仿真平臺(tái)，使用者在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感官方面猶如身臨其境，系統(tǒng)掌握了食品的工廠化生產(chǎn)過(guò)程[4]。借助計(jì)算機(jī)仿真，開(kāi)發(fā)者構(gòu)建了啤酒和葡萄酒生產(chǎn)的發(fā)酵控制系統(tǒng)，操作者體驗(yàn)了虛擬的單元操作仿真環(huán)境，為學(xué)習(xí)人員創(chuàng)造了便利[5]。

當(dāng)前，傳統(tǒng)黃豆醬生產(chǎn)主要集中于生產(chǎn)工藝控制、微生物和風(fēng)味品質(zhì)等的科學(xué)研究[6]，以及教學(xué)方法和實(shí)習(xí)實(shí)踐等[7]，而關(guān)于黃豆醬生產(chǎn)虛擬仿真平臺(tái)方面鮮有報(bào)道。筆者曾對(duì)“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了構(gòu)建設(shè)想，但僅提出了教學(xué)方面的特色，未對(duì)工廠化黃豆醬生產(chǎn)虛擬仿真平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)化[8]。因此，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，進(jìn)一步探討基于3D虛擬仿真技術(shù)的黃豆醬生產(chǎn)平臺(tái)構(gòu)建，將有助于指導(dǎo)我國(guó)黃豆醬生產(chǎn)智能化制造水平。

本文以黑龍江省某知名大型黃豆醬企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為例，建設(shè)了黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)并進(jìn)行了操作運(yùn)行，以期解決黃豆醬生產(chǎn)的虛擬仿真信息化建設(shè)難題，推動(dòng)我國(guó)黃豆醬生產(chǎn)智能化水平，輔助食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)和專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)。

1 黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與特色

1.1 建設(shè)目標(biāo)

黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)以企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為模型，應(yīng)用了企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、配套設(shè)備和質(zhì)量規(guī)程等，通過(guò)仿真技術(shù)和工具建立由實(shí)物及數(shù)字的仿真平臺(tái)。旨在構(gòu)建多維度、高仿真度、高交互操作、全程參與式、可提供實(shí)時(shí)信息反饋與操作指導(dǎo)、虛擬的仿真平臺(tái)，真實(shí)再現(xiàn)黃豆醬生產(chǎn)全過(guò)程，設(shè)計(jì)路線圖見(jiàn)圖1。

操作人員通過(guò)在本平臺(tái)上的訓(xùn)練，進(jìn)一步熟悉黃豆醬生產(chǎn)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握黃豆醬生產(chǎn)的操作步驟、設(shè)備原理、相關(guān)參數(shù)控制，為操作人員充分掌握黃豆醬生產(chǎn)做準(zhǔn)備。

1.2 開(kāi)發(fā)技術(shù)和工具

1.2.1 開(kāi)發(fā)技術(shù)

通過(guò)3D仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)仿真。在Windows平臺(tái)下，3D引擎通過(guò)DirectX技術(shù)實(shí)現(xiàn)黃豆醬生產(chǎn)3D模型渲染及材質(zhì)燈光調(diào)節(jié)；通過(guò)Animation窗口利用骨骼動(dòng)畫(huà)、關(guān)鍵幀和序列幀動(dòng)畫(huà)進(jìn)行3D模型動(dòng)畫(huà)制作，利用Particle System特效粒子實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行特效，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算幾何學(xué)等實(shí)現(xiàn)仿真企業(yè)實(shí)際操作。利用后臺(tái)模塊化模型的搭建和鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真計(jì)算，結(jié)合VR、AR和動(dòng)作捕捉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)虛擬化變現(xiàn)和交互性，并內(nèi)置評(píng)分系統(tǒng)對(duì)相關(guān)操作及參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)分。

1.2.2 開(kāi)發(fā)工具

采用Unity 3D作為3D開(kāi)發(fā)引擎，利用C#語(yǔ)言并通過(guò)Visual Studio工具進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)；借助Photoshop進(jìn)行課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)圖片及軟件UI的整合制作；結(jié)合SVN、Microsoft Project等工具進(jìn)行程序版本控制和項(xiàng)目管理；采用次時(shí)代建模技術(shù)，使用Maya、3D Max、Substance Painter等工具制作黃豆醬仿真資源模型。操作人員可在常用的電腦端進(jìn)行注冊(cè)和在線使用，操作成績(jī)可上傳至平臺(tái)教師站進(jìn)行保存查看。

1.3 平臺(tái)軟件啟動(dòng)與運(yùn)行模式

1.3.1 平臺(tái)軟件啟動(dòng)

操作人員完成軟件安裝后，經(jīng)開(kāi)發(fā)人員審核注冊(cè)情況，給予使用權(quán)方可運(yùn)行虛擬仿真軟件。選擇“豆醬生產(chǎn)與質(zhì)量控制虛擬仿真軟件”，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，顯示主界面，進(jìn)入場(chǎng)景后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作（見(jiàn)圖2中A）。啟動(dòng)軟件后，出現(xiàn)仿真軟件加載頁(yè)面，軟件加載完成后進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)操作界面。

1.3.2 運(yùn)行模式

1.3.2.1 練習(xí)模式

該模式針對(duì)的對(duì)象是初學(xué)者。相應(yīng)的步驟有提示，操作人員只有正確完成當(dāng)前的操作，才會(huì)出現(xiàn)下一步操作的提示。

1.3.2.2 考核模式

操作人員使用練習(xí)模式后，考核人員可通過(guò)考核模式對(duì)操作人員的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢測(cè)，該模式下無(wú)步驟提示，完成相應(yīng)的步驟得到相應(yīng)的分值，作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 平臺(tái)特色

本平臺(tái)采用三維可視化技術(shù)，依據(jù)黃豆醬發(fā)酵工廠實(shí)際場(chǎng)景搭建模型，按實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程完成交互，完整再現(xiàn)了黃豆醬生產(chǎn)工藝過(guò)程。配有評(píng)分系統(tǒng)，操作人員可查看有關(guān)設(shè)備及工藝的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，為操作人員提供了自主發(fā)揮的實(shí)訓(xùn)舞臺(tái)，特別有利于調(diào)動(dòng)操作人員動(dòng)腦思考，培養(yǎng)操作人員的動(dòng)手能力，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性。

1.4.1 三維可視化技術(shù)

利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)3D空間的虛擬世界，構(gòu)建高度仿真的虛擬生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)對(duì)象，向使用者提供關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地360°旋轉(zhuǎn)觀察3D空間內(nèi)的事物，界面友好，互動(dòng)操作，形式活潑。

1.4.2 智能操作指導(dǎo)

系統(tǒng)能夠模擬生產(chǎn)操作中的每個(gè)步驟，并加以文字或語(yǔ)言說(shuō)明和解釋。

1.4.3 評(píng)分系統(tǒng)

系統(tǒng)給出操作提示，操作正確時(shí)得分，錯(cuò)誤時(shí)扣分，每個(gè)步驟最多扣分3次。

1.4.4 應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景

本平臺(tái)由計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)人員、三維可視化技術(shù)人員、具有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的一線工程技術(shù)人員、專業(yè)教師合作完成，貼近實(shí)際，過(guò)程規(guī)范，實(shí)用性強(qiáng)，具有較大的可推廣應(yīng)用價(jià)值，適合教育和培訓(xùn)使用。

2 黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)的運(yùn)行

平臺(tái)包括3個(gè)模塊：認(rèn)知學(xué)習(xí)、規(guī)范性衛(wèi)生操作和仿真學(xué)習(xí)。

2.1 認(rèn)知學(xué)習(xí)模塊

通過(guò)圖文的形式將黃豆醬生產(chǎn)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)給操作人員，作為認(rèn)知學(xué)習(xí)的一部分。主要內(nèi)容包括原輔料簡(jiǎn)介、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)介、成品簡(jiǎn)介、生產(chǎn)工藝學(xué)習(xí)、原料處理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、制曲、黃豆醬發(fā)酵相關(guān)知識(shí)、滅菌和包裝的注意事項(xiàng)等。操作人員點(diǎn)擊“知識(shí)預(yù)習(xí)”按鈕，進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)。按照操作步驟選擇工藝，人物跳轉(zhuǎn)到該工藝相關(guān)車間并對(duì)相關(guān)工藝流程進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)。點(diǎn)擊“設(shè)備原理”按鈕，選擇相關(guān)設(shè)備，人物跳轉(zhuǎn)至該設(shè)備面前，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)。點(diǎn)擊“關(guān)鍵參數(shù)”按鈕，選擇查看相關(guān)參數(shù)要點(diǎn)。

2.2 規(guī)范性衛(wèi)生操作模塊

通過(guò)認(rèn)知操作的方式及人物動(dòng)畫(huà)展示，還原操作人員進(jìn)入工廠之前更衣消毒的標(biāo)準(zhǔn)流程，詳細(xì)講解及演示每一步操作。主要內(nèi)容包括換拖鞋、修剪指甲、戴頭套、更衣、粘毛發(fā)、戴工作帽、戴口罩、換工作鞋、對(duì)鏡自檢、風(fēng)淋、洗手、消毒等。

點(diǎn)擊“衛(wèi)生規(guī)范”，進(jìn)入更衣消毒車間進(jìn)行更衣消毒學(xué)習(xí)。更換拖鞋后，通過(guò)“智能訪客管理機(jī)”進(jìn)行“人員進(jìn)出入登記”。進(jìn)入更衣間，戴好藍(lán)色發(fā)網(wǎng)帶，脫去便服。利用毛發(fā)粘輥去除身上的毛發(fā)。依次戴好工作帽、口罩，更換工作服和工作鞋。對(duì)鏡自檢后走出更衣間，再次對(duì)工作服進(jìn)行粘毛發(fā)處理。通過(guò)風(fēng)淋間進(jìn)行風(fēng)淋，于洗手池進(jìn)行洗手消毒和烘干（見(jiàn)圖2中B）。更衣消毒任務(wù)完成后，點(diǎn)擊右側(cè)的返回按鈕回到菜單主頁(yè)。本模塊包含的人物動(dòng)畫(huà)主要有換鞋、風(fēng)淋、洗手消毒、對(duì)鏡自檢、粘毛發(fā)等，通過(guò)交互三維動(dòng)畫(huà)形式對(duì)各步驟進(jìn)行考核，鍛煉操作人員的判斷能力，鞏固知識(shí)的掌握程度。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，除了考核操作人員對(duì)步驟順序的熟練程度，還內(nèi)置思考題，考察操作人員對(duì)不同消毒劑不同用途的掌握程度。

2.3 仿真學(xué)習(xí)模塊

本模塊是黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)的核心。采用仿真技術(shù)和工具，以黃豆醬企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為模型，搭建一個(gè)高度逼真的黃豆醬生產(chǎn)虛擬場(chǎng)景，包括原料驗(yàn)收區(qū)、原輔料加工區(qū)、制曲工作區(qū)、發(fā)酵車間、滅菌包裝車間等場(chǎng)景，以及儲(chǔ)糧倉(cāng)、輸送泵、蒸煮鍋、清洗罐、泡豆罐、制曲池、發(fā)酵池、管式滅菌機(jī)、包裝機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備。操作人員控制虛擬人物在該場(chǎng)景進(jìn)行仿真操作，任務(wù)流程包括黃豆醬生產(chǎn)的全部流程如原料驗(yàn)收、輔料加工、原料加工、混合制曲、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和滅菌包裝。

黃豆醬生產(chǎn)原料驗(yàn)收與預(yù)處理操作及車間實(shí)踐和仿真過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)見(jiàn)圖3。

2.3.1 原料驗(yàn)收操作與仿真

點(diǎn)擊原料倉(cāng)，學(xué)習(xí)原輔料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。點(diǎn)擊運(yùn)料車上的大豆和面粉，判斷符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的原料（見(jiàn)圖3中A）。原料驗(yàn)收完畢后，沿地面箭頭進(jìn)入生產(chǎn)廠房，更衣消毒（已跳過(guò)）后進(jìn)行黃豆醬生產(chǎn)。

2.3.2 面粉蒸煮操作與仿真

在面粉蒸煮車間，首先檢測(cè)蒸煮鍋設(shè)備。點(diǎn)擊打開(kāi)蒸煮鍋排水閥，排出管內(nèi)殘水。排水完畢，關(guān)閉蒸煮鍋排水閥，然后找到控制柜，點(diǎn)擊輸送泵啟動(dòng)按鈕，將面粉輸送至蒸煮鍋。面粉輸送完畢后，關(guān)閉輸送泵開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)，通入加熱蒸汽。預(yù)加熱一段時(shí)間后，鍋內(nèi)空氣被排出，關(guān)閉蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)。點(diǎn)擊封閉螺絲，擰緊蒸煮鍋封閉螺絲。將蒸煮鍋密封后，再次打開(kāi)蒸汽進(jìn)氣閥門(mén)進(jìn)行加熱。點(diǎn)擊蒸煮鍋電機(jī)啟動(dòng)按鈕，對(duì)面粉進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加熱。調(diào)節(jié)蒸煮鍋蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)，觀察蒸煮鍋壓力表，控制蒸煮壓力在0.18～0.25 MPa，設(shè)置蒸煮時(shí)間（見(jiàn)圖3中B）。蒸煮完畢后，關(guān)閉蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)，停止加熱。右鍵點(diǎn)擊蒸煮鍋，旋轉(zhuǎn)180°，倒出面粉，打開(kāi)絞龍?zhí)嵘龣C(jī)啟動(dòng)，粉碎按鈕，將粉碎后的熟面粉送入風(fēng)冷機(jī)。對(duì)熟面粉進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，將熟面粉吸入旋風(fēng)分離器進(jìn)行旋風(fēng)分離。

2.3.3 大豆預(yù)處理操作與仿真

在大豆清洗車間，通過(guò)清洗罐清洗大豆，去除洗出的雜質(zhì)，并學(xué)習(xí)大豆清洗標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖3中C）。打開(kāi)輸送泵，將清洗完成后的大豆輸送至泡豆罐，向泡豆罐中注入清水。在泡豆罐二樓平臺(tái)，將大豆攤平。右鍵點(diǎn)擊泡豆鍋中的大豆，根據(jù)季節(jié)設(shè)置泡豆時(shí)間。泡豆完畢后，點(diǎn)擊泡豆鍋內(nèi)大豆，進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

泡豆完畢后，點(diǎn)擊1號(hào)浸泡罐排料口，打開(kāi)排料口，將1號(hào)浸泡罐中的大豆經(jīng)漏料口漏至蒸煮鍋（操作如面粉蒸煮，見(jiàn)圖3中D）?？刂普糁髩毫υ?.15～0.18 MPa，蒸煮溫度在110～130 ℃。蒸煮完畢后排出熟豆，點(diǎn)開(kāi)輸送履帶按鈕，打開(kāi)原料輸送履帶，向風(fēng)冷機(jī)中吹入冷風(fēng)將大豆降溫至35～45 ℃。

依次打開(kāi)面粉排料按鈕、菌種排料按鈕、混合絞龍按鈕、提升機(jī)按鈕，將原料混合輸送至曲室。點(diǎn)擊混合絞龍，測(cè)量接種料的溫度。

2.3.4 制曲操作與仿真

在制曲室車間，操作人員選擇進(jìn)入，利用“耙”工具鋪平曲料。當(dāng)孢子發(fā)芽期培養(yǎng)時(shí)間設(shè)定為8～10 h，設(shè)定曲室適宜溫度。點(diǎn)擊曲池的溫度表，查看品溫，當(dāng)品溫超過(guò)35 ℃時(shí)，打開(kāi)通風(fēng)閥門(mén)，向曲池中通風(fēng)降溫，控制曲料品溫為34～35 ℃。制曲16 h時(shí)，曲料進(jìn)入菌絲生長(zhǎng)期后會(huì)有曲料結(jié)塊，此時(shí)點(diǎn)擊曲池上面的翻曲機(jī)，進(jìn)行翻曲操作（見(jiàn)圖4中A）。制曲24 h時(shí)，曲料發(fā)白并產(chǎn)生裂縫時(shí)，點(diǎn)擊曲池上面的翻曲機(jī)，進(jìn)行二次翻曲操作。制曲24 h時(shí)，曲料發(fā)白并產(chǎn)生裂縫時(shí)，點(diǎn)擊曲池上面的翻曲機(jī)，進(jìn)行二次翻曲操作。制曲完成后，右鍵點(diǎn)擊曲料，將曲池中的成曲通過(guò)卸料口排至發(fā)酵池。

2.3.5 發(fā)酵與滅菌操作與仿真

在發(fā)酵車間，點(diǎn)擊卸料槽，將曲料引入發(fā)酵池。選擇“加鹽水”，設(shè)置鹽水濃度及溫度。加鹽水完畢，右鍵點(diǎn)擊1號(hào)發(fā)酵池中的物料，設(shè)置前期發(fā)酵參數(shù)（見(jiàn)圖4中B），翻醬操作20 min。前期發(fā)酵完畢，右鍵點(diǎn)擊發(fā)酵池，選擇倒池，將醬料倒至中期發(fā)酵池。倒池完畢，右鍵點(diǎn)擊2號(hào)發(fā)酵池中的物料，設(shè)置中期發(fā)酵參數(shù)，翻醬操作15 min。中期發(fā)酵完畢，選擇倒池，將醬料倒至后酵池，翻醬操作15 min。發(fā)酵時(shí)間24 h 后，選擇“加鹽水”，設(shè)置黃豆醬參數(shù)。黃豆醬發(fā)酵完畢，點(diǎn)擊發(fā)酵池，選擇倒池，將醬料倒至貯存池。點(diǎn)擊貯存池中的黃豆醬，查看產(chǎn)品質(zhì)量要求。

點(diǎn)擊管式滅菌機(jī)蒸汽進(jìn)口閥，向管式滅菌機(jī)中通入蒸汽（見(jiàn)圖4中C）。設(shè)置滅菌機(jī)相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊啟動(dòng)物料輸送泵，將成品醬輸送至管式滅菌機(jī)中進(jìn)行高溫滅菌。成品醬經(jīng)滅菌后送入無(wú)菌暫存罐，請(qǐng)到暫存車間，右鍵點(diǎn)擊無(wú)菌暫存罐，查看相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。設(shè)置無(wú)菌罐相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊打開(kāi)無(wú)菌暫存罐出料閥，點(diǎn)擊打開(kāi)無(wú)菌暫存罐出料泵，將成品醬送至灌裝車間。

2.3.6 包裝操作與仿真

在灌裝車間，點(diǎn)擊內(nèi)灌裝機(jī)（見(jiàn)圖4中D），進(jìn)行全自動(dòng)灌裝與人工灌裝的對(duì)比學(xué)習(xí)。灌裝完畢后需再次進(jìn)行滅菌風(fēng)干操作，進(jìn)入包裝車間，點(diǎn)擊包裝滅菌機(jī)控制柜，調(diào)整滅菌狀態(tài)。打開(kāi)本控制界面，包括加熱電源、沖淋電源、風(fēng)機(jī)電源、傳動(dòng)電源等。在功能設(shè)置界面設(shè)置傳動(dòng)速度及風(fēng)機(jī)功率，在溫度設(shè)置界面設(shè)置殺菌溫度及殺菌時(shí)間。右鍵點(diǎn)擊封箱機(jī)，查看設(shè)備運(yùn)行原理。黃豆醬生產(chǎn)任務(wù)完成，回答相關(guān)問(wèn)題。

3 應(yīng)用效果

平臺(tái)建成3年以來(lái)，已在黃豆醬生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行員工培訓(xùn)，針對(duì)本科生和研究生進(jìn)行工程實(shí)踐，以及在省外高校進(jìn)行應(yīng)用，起到了良好的推廣效果。

3.1 用于黃豆醬生產(chǎn)企業(yè)培訓(xùn)員工和企業(yè)宣傳

經(jīng)建設(shè)和完善，本平臺(tái)已獲批“黃豆醬生產(chǎn)與質(zhì)量控制虛擬仿真軟件”著作權(quán)（登記號(hào)2022SR0346166）。通過(guò)單機(jī)單角色、單機(jī)多角色、分組單角色和分組多角色等方式，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)人員、品控人員和銷售人員進(jìn)行平臺(tái)使用培訓(xùn)和黃豆醬生產(chǎn)培訓(xùn)，得到了企業(yè)和用戶的好評(píng)，有效提升了黃豆醬生產(chǎn)質(zhì)量，宣傳了企業(yè)產(chǎn)品。

3.2 用于本科生和研究生實(shí)踐教學(xué)

隨著OBE理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的不斷深入，虛擬仿真平臺(tái)與教學(xué)符合食品科學(xué)與工程專業(yè)“新工科”建設(shè)思想[9]，也適應(yīng)“新農(nóng)科”建設(shè)對(duì)卓越農(nóng)林新型人才的培養(yǎng)需求[10]。2022年6月，本校食品科學(xué)與工程專業(yè)接受工程教育專業(yè)認(rèn)證考核，作為實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)支撐材料，黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)對(duì)學(xué)生工程能力培養(yǎng)起到了重要作用，得到了行業(yè)專家的好評(píng)。通過(guò)學(xué)生操作進(jìn)行全程評(píng)分（見(jiàn)圖5中A），教師通過(guò)平臺(tái)后臺(tái)對(duì)交互操作內(nèi)容實(shí)時(shí)評(píng)分，充分了解學(xué)生對(duì)黃豆醬生產(chǎn)的掌握情況。依據(jù)考試系統(tǒng)（見(jiàn)圖5中B）中的培訓(xùn)模式、授權(quán)管理、組織考試、統(tǒng)計(jì)成績(jī)等方式，教師可導(dǎo)出成績(jī)、打印成績(jī)。同時(shí)，疫情期間，專業(yè)碩士通過(guò)本平臺(tái)也進(jìn)行了系統(tǒng)訓(xùn)練，達(dá)到了良好的效果。

3.3 在外校推廣應(yīng)用

目前，在哈爾濱、沈陽(yáng)和大連等東北地區(qū)部分食品專業(yè)學(xué)校進(jìn)行了平臺(tái)的推廣和應(yīng)用，得到了同行和外校學(xué)生的認(rèn)可。

4 結(jié)論

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入食品生產(chǎn)行業(yè)，黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)緊密對(duì)接企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，將黃豆醬生產(chǎn)從企業(yè)引入到虛擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了客戶端的在線仿真操作。在黃豆醬生產(chǎn)3D虛擬仿真平臺(tái)中，操作人員既能學(xué)習(xí)黃豆醬生產(chǎn)工藝、設(shè)備操作和質(zhì)量控制，也能以第一視覺(jué)感受車間布局、衛(wèi)生規(guī)范和質(zhì)量管理，并實(shí)時(shí)考核評(píng)價(jià)操作水平。操作人員如臨其境、感同身受的實(shí)踐操作，有利于其掌握生產(chǎn)本產(chǎn)品或從事本行業(yè)的技能水平。通過(guò)應(yīng)用本平臺(tái)，有助于企業(yè)生產(chǎn)人員全程掌握企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為本科生和研究生教學(xué)方法改革和教學(xué)效果提升提供了創(chuàng)新手段。但構(gòu)建的平臺(tái)水平并未達(dá)到完全的“工業(yè)仿真”程度，尤其是在平臺(tái)應(yīng)用時(shí)，虛擬仿真技術(shù)不能完全反映生產(chǎn)實(shí)踐中可能出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題、操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量判別，應(yīng)注重虛實(shí)結(jié)合，才能達(dá)到真正的虛擬現(xiàn)實(shí)與實(shí)踐生產(chǎn)結(jié)合。

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