李一鳴+黃梅蓉

摘 要 本文介紹了“三維多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)”的開發(fā)與應(yīng)用，填補(bǔ)了行業(yè)使用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在造船工藝和操作技能培訓(xùn)中應(yīng)用的空白，與傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)相比，大幅度提高培訓(xùn)效率、極大地節(jié)約了培訓(xùn)成本。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 實(shí)訓(xùn)教學(xué) “三維多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)”

一、背景分析

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在我國船舶制造行業(yè)中迅猛發(fā)展，主要應(yīng)用于檢驗(yàn)船舶設(shè)計(jì)合理性、展示船舶產(chǎn)品、模擬裝配仿真這三方面。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，如今已有個(gè)別船院、航空院校成功地將此技術(shù)應(yīng)用于對(duì)海員、飛行員的技術(shù)培訓(xùn)以及考核。以飛行員為例，平均成熟周期可縮短70%以上，培訓(xùn)成本降低60%以上。然而到目前為止，船舶制造行業(yè)中這方面的應(yīng)用仍舊是一個(gè)空白，與國外先進(jìn)水平相比尚存在一定差距。

二、設(shè)計(jì)原則與創(chuàng)新點(diǎn)

借助于三維虛擬技術(shù)，構(gòu)建出一個(gè)與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)相似的虛擬環(huán)境，對(duì)船體在分段建造、分段總組階段的裝配工藝流程進(jìn)行模擬重現(xiàn)，通過人機(jī)交互、裝配演示等功能實(shí)現(xiàn)船體三維體驗(yàn)式培訓(xùn)和考核。

（一）設(shè)計(jì)原則

第一，樹立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念，節(jié)約教學(xué)成本，具有高效性。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，開辟了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一條新思路。該系統(tǒng)真實(shí)模擬了船舶建造裝配的工藝流程和操作要點(diǎn)，提供與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)高度相一致的虛擬環(huán)境，嚴(yán)格遵守生產(chǎn)工藝流程、規(guī)范的提示和限制功能，使用與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)完全一致的模型數(shù)據(jù)，再現(xiàn)了真實(shí)的船舶裝配生產(chǎn)過程。利用該系統(tǒng)培訓(xùn)，從而使學(xué)員無須身處現(xiàn)場(chǎng)，就能得到與現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)相同的效果，減少實(shí)物教學(xué)中的許多重復(fù)性工作，縮短學(xué)生完成各項(xiàng)工作任務(wù)的時(shí)間。同時(shí)，針對(duì)學(xué)習(xí)過程中存在的問題還可以進(jìn)行反復(fù)的操作訓(xùn)練，也不用考慮場(chǎng)地、設(shè)備的損耗和材料、能源消耗，與傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)相比，極大地節(jié)約了培訓(xùn)成本，提高了學(xué)習(xí)效率。

第二，知識(shí)性與趣味性相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)并嚴(yán)格按照船舶建造的工藝流程再現(xiàn)了船舶建造過程，將抽象問題具體化、復(fù)雜工藝簡(jiǎn)單化，幫助學(xué)生理解、掌握和形成熟料的操作技能。利用該系統(tǒng)教學(xué)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，既可以對(duì)某個(gè)船型船體裝配連續(xù)實(shí)訓(xùn)，也可以對(duì)單個(gè)船體裝配分段重復(fù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，“因材施教”，啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，充分體現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，達(dá)到事半功倍的效果。

（二）技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

第一，采用數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程控制技術(shù)、記錄評(píng)分技術(shù)、數(shù)據(jù)接口等眾多關(guān)鍵性技術(shù)，可直接采用SPD生產(chǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為培訓(xùn)模型，做到了與SPD軟件的良好銜接。

第二，采用真實(shí)的生產(chǎn)建造模型數(shù)據(jù)，使電腦所模擬出的船體部件、管系、電纜、設(shè)備等物體與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的物體完全一致。

第三，平臺(tái)采用方便快捷的鍵盤鼠標(biāo)組合操作，避免去輸入命令、記憶命令的過程，方便學(xué)員入門。

第四，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)所擁有的沉浸感、交互性、逼真性等特點(diǎn)，提供一個(gè)身臨其境的偽真實(shí)環(huán)境。

第五，根據(jù)所制定的考核評(píng)分規(guī)則，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)考試時(shí)的操作進(jìn)行評(píng)分。

第六，根據(jù)考試、培訓(xùn)所指定的考核培訓(xùn)內(nèi)容，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別、加載所需模型數(shù)據(jù)。

三、培訓(xùn)運(yùn)用——以“三維多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)”為例

“三維多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)”不僅可以用于對(duì)新進(jìn)大學(xué)生崗位需求的培訓(xùn)，也可用于公司推廣某項(xiàng)新工藝、新技術(shù)時(shí)，對(duì)在崗員工的培訓(xùn)任務(wù)。同時(shí)，對(duì)工藝設(shè)計(jì)人員來說，該平臺(tái)也是一種檢驗(yàn)工藝合理性的理想手段。對(duì)于具體生產(chǎn)一線工人而言，更可以在實(shí)際生產(chǎn)操作前，利用該平臺(tái)加深其對(duì)工藝要求的理解，極大限度規(guī)避一些潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（一）培訓(xùn)實(shí)施

“三維多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)” 2012年10月通過專家論證審核，教育培訓(xùn)中心于2013年起運(yùn)用該平臺(tái)開始實(shí)施分層培訓(xùn)。（見表1）

（二）培訓(xùn)效果

第一，在船體裝配技能等級(jí)培訓(xùn)中運(yùn)用該系統(tǒng)，一是減少了教師授課工作量的50%左右，即840課時(shí)；二是減少了實(shí)際操作技能訓(xùn)練過程中鋼板、管材、能源等材料消耗，平均每個(gè)學(xué)員可節(jié)約材料費(fèi)1500元，共節(jié)約215萬元左右；三是由于采用該系統(tǒng)教學(xué)，極大地緩解企業(yè)員工培訓(xùn)中的“工學(xué)”矛盾，拓展了員工的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間。

實(shí)施前后對(duì)比表（見表2）：

第二，利用該平臺(tái)教學(xué)，真實(shí)地再現(xiàn)船體裝配生產(chǎn)過程，融“教、學(xué)、做”為一體，使學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)仿真環(huán)境中，身臨其境地去完成各項(xiàng)任務(wù)，尤其是對(duì)于具體生產(chǎn)一線工人而言，更可以在實(shí)際生產(chǎn)操作前，利用該系統(tǒng)加深其對(duì)工藝要求的理解，而不用擔(dān)心各種對(duì)人體有害的環(huán)境因素和因操作失誤而帶來的各種危險(xiǎn)，消除學(xué)生的思想顧慮和心理負(fù)擔(dān)，減少誤操作的概率，極大限度規(guī)避一些潛在風(fēng)險(xiǎn)。

四、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的運(yùn)用，優(yōu)化了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的環(huán)境，促進(jìn)了實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念的能更新?！叭S多媒體造船施工技術(shù)培訓(xùn)、考核平臺(tái)”的開發(fā)與運(yùn)用不僅填補(bǔ)了船舶行業(yè)使用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在造船工藝和操作技能培訓(xùn)中應(yīng)用的空白，而且完善了公司技能培訓(xùn)體系和培訓(xùn)手段，對(duì)員工技能素質(zhì)的提高和提升產(chǎn)品質(zhì)量及縮短造船周期起到積極的促進(jìn)作用。我們今后打算將船舶鉗工、船舶電工陸續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，同時(shí)將三維虛擬仿真教學(xué)與企業(yè)內(nèi)部OA網(wǎng)進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)在線教育，讓學(xué)員利用空余時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，快樂學(xué)習(xí)。

（作者單位為上海東華教育投資管理有限公司）

參考文獻(xiàn)

[1] 王金崗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].

[2] 王金崗，林磊.工學(xué)結(jié)合模式下虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].