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基于危货码头业务操作和虚拟仿真实训相结合的教学改革
王双燕
（浙江国际海运职业技术学院 浙江舟山 316021）
摘 要 在舟山群岛新区乃至浙江海洋经济发展示范区建设的大背景下,舟山港域港口建设迎来了最好的发展时机,册子岛油码头、岙山石油码头、太平洋化工等港区及待建的危货码头运营急需技术技能人才.我校通过危货码头生产实景虚拟仿真模拟实训平台建设,让学生和危货码头企业员工熟练地掌握港口装卸货作业,并对码头的操作业务有较为深刻的理解.进一步促进学生就业、核心课程建设的校企合作.
关键词 危化码头 ； 虚拟仿真 ； 教学改革 ； 沉浸式
中图分类号: G712 文献标识码: C 文章编号: 2095 - 1205 ( 2018 ) 09 - 106 - 02
1 虚拟仿真技术介绍
虚拟仿真技术具有以下特点：
1.1 仿真性
在虚拟现实技术支持下,虚拟培训设施与真正的培训设施功能相同,操作方法也一样,学员通过虚拟培训设施训练技能,与在现实培训基地里同样方便.
1.2 超时空性
虚拟教学培训环境能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机组合,并可随时随地提供给学员进行培训.
1.3 可操作性
受训者可通过使用专门设备,用人类的自然技能实现对虚拟环境的物体或事件进行操作,就像在现实环境里一样.
1.4 对应性
学员的培训内容与虚拟环境密切相对应,能为受训者设定各种复杂的环境,以提高受训者的应变能力；虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力,对应性地开展个别化的教育培训.
2 危货码头生产模拟实训平台架构
2.1 实训平台系统概述
2.1.1 系统目的
危货码头生产实景模拟平台采用沉浸式虚拟现实环境,为教师和学生提供逼真、沉浸式和交互式的教学系统.运用三维仿真技术手段,建立危货码头的可交互三维仿真场景、提供港口的漫游和展示；提供主要港口设备的认知和工作原理；提供港口调度作业流程的仿真教学演示、实操练习和考试考核等功能.
2.1.2 系统特点
系统采用跨平台 3D 开发工具 Unity3D 引擎 （Unity3D 是一个用于创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的综合性创作工具,由 Unity Technologies开发, 是一个全面整合的专业游戏引擎. ） 进行开发,能够创作丰富的场景及效果,可以构件逼真设备模型及动作,支持客户需求中实现各种复杂流程.
（1）界面设计包含了登陆界面,主界面及各种子界面,各界面风格与学校主题风格保持一致,学生用户感觉亲切；系统的交互操作易用并合理；
（2）系统具有开发性；系统各功能模块均采用模块化学生在后期的使用过程中,可自主决定启用哪些模块；提供模型的开发,并提供所有模型的源文件和贴图等资源.
（3）虚拟现实显示系统展示功能；系统配合学生用户搭建的虚拟现实显示系统,以立体视觉,真实的沉浸感,感受整个场景.
2.2 实训平台构架
危货码头生产实景模拟实训平台主要包括 4 个功能模块：港口认知漫游、港口生产作业交互仿真操作、应急处理交互仿真操作和考核管理.
系统模块主要可以分为体验学习和考核管理 2 个部分.其中学习分为认知漫游、生产作业、应急处理.考核管理分为练习和操作考核,其中操作考核覆盖体验学习部分的内容.
2.2.1 港口认知漫游
在港口认知漫游模块中,系统提供了两个主要功能包括港口布局漫游和作业流程演示.其中重要的设备认知（功能介绍）也包括在内,用户（学生）可以在漫游时同时进行设备认知,提高了学生的学习效率.
（1）港口布局
以 3D 效果仿真模拟演示油码头的布置型式、码头内各车间及管线的分布.该模块以真实的码头环境为原型一比一用三维还原码头的厂区工作环境.三维场景构建：主要交互对象为主,从外形比例和材质进行细节重点表现远处周边配景为大致表现.
（2）港口漫游
系统提供给用户漫游查看整个港口的方式有鸟瞰、第一人称漫游并提供小地图功能.
①鸟瞰：点击 UI 菜单上【鸟瞰】 ,可以飞行角度俯瞰整个场景,可以清楚的了解码头布置及各个车间.
②漫游：点击 UI 菜单上【漫游】 ,以人称第一视角漫游整个港口.系统提供给学生通过鼠标右键控制视角旋转,通过键盘的方向键控制第一或第三人称的移动,从而达到漫游了解码头布置及各个车间.
（3）设备认知、功能介绍
系统按照真实比例建立输油管路等设备和相应的操作工具三维模型,同时在数据库中录入与该设备或工具相关的名称和使用说明.如需要,系统还可以提供设备查询功能,查询后自动跳转到对应模型.
危货码头主要设备认知：详细展示码头前沿设备（如输油臂及操作室、消防炮、登船梯等） 、拱浮顶罐（含内部结构显示） 、 油船主要结构和管路设施、 计量设施、 自动化控制中心、消防系统、喷淋装置、管线及货油泵房等（都需要展示功能介绍） .
（4）虚拟作业情境
①系统提供虚拟作业情境预设功能, 用户 （管理员/老师）可以根据课程需要预设相关参数进行虚拟作业演示.
a.可预设油船吨位及装载量
b.可预设地点和出发时间、航速等参数
c.可预设到达时间、 泊位、 卸载量、 可调用设备数、卸载速度区间、离港时间、气候和昼夜状况、水文状况、船舶吃水、码头水深等参数可预设
②系统提供虚拟作业情境展示功能,系统可以把预设参数显示到相关页面或者窗体.
（5）危货码头
危货码头包含 2 个作业,包括卸船作业和装船作业.虚拟装卸作业情境为：某吨位级油船满载货物从中东出发,到达舟山岙山港口,港口方接到靠岸请求,下达调度任务书,启动各岗位,准确模拟卸油作业.
2.2.2 港口生产作业
在港口生产作业模块中,主要提供学生学习危货码头相关主要设备的典型操作的交互仿真模拟,让学生参与作业过程中的每一个细节,帮助他们熟悉港口生产作业过程.
在危货码头生产作业交互仿真操作中,主要是输油臂操作室相关操作和控制中心模拟操作.
（1）输油臂操作室相关操作
输油臂操作室相关操作主要进行输油臂伸展移动操作模拟和输油臂管路对接模拟.基本操作都可以通过上面描述的交互操作的方式完成.具体操作步骤待老师确认.
（2）控制中心模拟操作
控制中心模拟操作主要进行摄像头切换与转向、油罐温度及高度模拟、喷淋装置启动、油阀遥控操作、对话装置.基本操作都可以通过上面描述的交互仿真操作的方式完成.具体操作步骤待老师确认.
2.2.3 应急处理
在应急处理模块中,主要提供学生学习危货码头相关常规应急设备和典型危险事故的交互仿真模拟,让学生参与应急处置措施过程中的每一个细节,帮助学生创建一个具有高度沉浸感的训练环境.
危货码头应急处理主要包括常规应急设备操作和油库消防演习操作.
（1）常规应急设备操作：学生通过设备操作培训的脚本动画,在可互动的动画中,逐段进行教学播放或者操作.使被培训人员可以根据自身需要对整个流程进行观看、倒退、跳过等操作.脚本动画有：火警模拟(喷淋装置启动、泄漏模拟（检查漏点、关阀门及其他应对） 、手提灭火机使用.
（2）油库消防演习预案操作：当油库中不同规格的油罐发生火灾事故时,学生需按照应急实施细则在三维油库场景中进行应急措施的虚拟演练.模拟油库系统在遇到灾害（人为灾害、自然灾害） 、事故（停电事故、漏油事故等） ,真实表现灾害和事故现场状况,比如烟、火、雾、洪水、爆炸、废墟等.
2.2.4 考核管理
在考核管理模块中,系统提供了一个基础功能评分和两个主要功能包括现场和操作考核.
现场练习和操作考核功能帮助学生熟悉重要知识点,同时对学生学习效果进行检验和评估.系统将记录用户完成考核的全过程,并通过评分系统对其表现进行评估得分,以此作为培训人员的参考.
考核管理系统后台共包含两类角色： 管理员、 受训人员.加入题库的题目保存在程序数据库中,管理员可以设置所有考核内容,设置系统参数,维护所有用户的数据；受训人员只能使用该系统完成学习考核并查询自己的相关数据.
3 小结
危货虚拟仿真实训室在上海曼恒数字技术股份有限公司的技术人员和我校老师和码头专业人员的专业知识的支持下经过两年的建设与 2018 年 7 月通过验收已经正式使用在课程当中.同学们在码头漫游的过程中已经体现出了浓厚的兴趣,但是由于这种方式的实训目前在浙江省乃至全国还是一个比较新的教学方式,也没有多少经验可以借鉴,所以只有通过我们老师在教学使用中慢慢摸索,总结出一套课程与实训相辅相成的教学方法,这也是我们以后要继续研究的课题.
教学改革论文范文结:
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