高等職業(yè)院校信息化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)新模式探索

趙樹宗 繆春瓊 李含霜

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.29.

高等職業(yè)院校信息化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)新模式探索①

——以電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室建設(shè)為例

趙樹宗 繆春瓊 李含霜

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530009）

摘 要：電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。近年來(lái)，隨著對(duì)供電可靠性要求的提高、新設(shè)備的大量涌現(xiàn)，以及帶電測(cè)試、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為減少定期停電時(shí)間，提高設(shè)備可用率，需要進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。隨著我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司及相關(guān)電力行業(yè)企業(yè)預(yù)防性試驗(yàn)的普及，對(duì)既懂理論，又有較強(qiáng)動(dòng)手能力的一線專業(yè)技術(shù)人才將長(zhǎng)期保持旺盛的需求，因此，電力系統(tǒng)專業(yè)人才的培養(yǎng)、教學(xué)培訓(xùn)質(zhì)量的提高、教學(xué)改革創(chuàng)新的不斷探索，是擺在每一個(gè)電力人面前的現(xiàn)實(shí)課題。

關(guān)鍵詞：電氣試驗(yàn) 虛擬現(xiàn)實(shí) 信息化 實(shí)訓(xùn)室

中圖分類號(hào)：G717 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（b）-0165-02

1 電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的必要性

我國(guó)電力類高職院校大多針對(duì)10kV變壓器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，其他一次設(shè)備的大量試驗(yàn)無(wú)法涉及。35kV以上電壓等級(jí)，尤其是典型的110kV及以上高電壓等級(jí)的電氣設(shè)備試驗(yàn)無(wú)法依靠現(xiàn)有設(shè)備完成。隨著電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，電力系學(xué)生將會(huì)全面、系統(tǒng)、直觀地掌握我國(guó)電網(wǎng)公司及電力行業(yè)企業(yè)變電站電氣設(shè)備電氣試驗(yàn)的技能知識(shí)。電力系畢業(yè)生在電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方面的技能將會(huì)產(chǎn)生質(zhì)的飛越，對(duì)提高電力職業(yè)院校畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有很大幫助。另外，高等職業(yè)院校所開(kāi)設(shè)的《電氣設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)》與《高電壓技術(shù)》課程的授課現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，授課通常是“師帶徒”的模式，上課的手段主要有理論授課、實(shí)際操作講解、指導(dǎo)下的操作訓(xùn)練等，授課中使用的媒體通常為圖紙、教科書、講義，較少的三維動(dòng)畫或二維課件等。突出問(wèn)題表現(xiàn)在：（1）專業(yè)教師現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐水平限制了職業(yè)技能人才的培養(yǎng)；（2）專業(yè)教師理解水平和學(xué)習(xí)能力限制了人才隊(duì)伍的成長(zhǎng)擴(kuò)大；（3）專業(yè)性質(zhì)制約了學(xué)生技能培訓(xùn)工作的開(kāi)展；（4）設(shè)備的種類繁多，電壓等級(jí)過(guò)高，設(shè)備無(wú)法齊備，限制了專業(yè)教師授課工作的開(kāi)展；（5）授課教師水平參差不齊，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備安全水平及學(xué)生人身安全造成不利的影響；在授課過(guò)程的培訓(xùn)和考核中，教師不易記錄與把握受訓(xùn)人員的每一步操作是否符合操作規(guī)范，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，常見(jiàn)故障現(xiàn)象很難客觀展現(xiàn)，教學(xué)組織難度大，教學(xué)效果不夠理想。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)電氣試驗(yàn)課程信息化改革進(jìn)程

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）作為一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體的說(shuō)，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代化高科技，在特定范圍內(nèi)生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備，以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用在教學(xué)、科研與軍事領(lǐng)域當(dāng)中。據(jù)研究，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家電力行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域如電廠建設(shè)過(guò)程、發(fā)送電過(guò)程仿真、電力設(shè)備的虛擬操作、檢修、安全培訓(xùn)與考核等方面應(yīng)用日趨成熟。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分省市的電力系統(tǒng)也在三維仿真培訓(xùn)領(lǐng)域有所探索研究應(yīng)用，福建電業(yè)公司電力安全仿真培訓(xùn)、中電投風(fēng)力發(fā)電仿真培訓(xùn)、廣東電業(yè)局電氣設(shè)備試驗(yàn)仿真培訓(xùn)等都獲得了良好的教學(xué)效益；安徽淮南平電公司安全培訓(xùn)中心在設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，也規(guī)劃大量采用多媒體仿真教學(xué)模式。電氣試驗(yàn)仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)遵循充分融入沉浸式理論介紹、案例式互動(dòng)教學(xué) 、三維式仿真操作、場(chǎng)景式實(shí)訓(xùn)演練、系統(tǒng)化管理應(yīng)用等教學(xué)創(chuàng)新理念，把提高教師專業(yè)素質(zhì)、增強(qiáng)學(xué)員實(shí)踐動(dòng)手能力、教學(xué)內(nèi)容改革規(guī)范、培訓(xùn)組織形式多樣、教學(xué)考核方式信息化、學(xué)員檔案數(shù)字化管理等功能充分整合，作為教、學(xué)、訓(xùn)、管、考、研的統(tǒng)一支撐平臺(tái)，具有安全性、規(guī)范性、科學(xué)性、前瞻性等特點(diǎn)。 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真化教學(xué)作為目前教學(xué)培訓(xùn)信息化改革的重要方向之一，可有效解決電力知識(shí)與相關(guān)技術(shù)設(shè)備紛繁復(fù)雜，難以全面開(kāi)展教學(xué)的突出問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)，甚至VR技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，從而提高電力系學(xué)生的綜合業(yè)務(wù)技能，促進(jìn)課程信息化改革的腳步。

3 電氣試驗(yàn)仿真系統(tǒng)建設(shè)具備行業(yè)先進(jìn)性

國(guó)網(wǎng)、南方電網(wǎng)及電力行業(yè)企業(yè)已經(jīng)采用一體化的管理模式，現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備無(wú)法滿足對(duì)電網(wǎng)員工電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)的全流程培訓(xùn)；該方針系統(tǒng)系統(tǒng)建設(shè)基于滿足多個(gè)培訓(xùn)工種實(shí)物化操作培訓(xùn)前期的虛擬現(xiàn)實(shí)三維理論教學(xué)、仿真互動(dòng)操作及中心信息化資源整合平臺(tái)等功能；為配合教學(xué)培訓(xùn)基礎(chǔ)性建設(shè)總體規(guī)劃，在設(shè)計(jì)中遵循一室多用理念，可融入小型技術(shù)研討會(huì)議功能等。隨著變電站的快速建設(shè)，對(duì)試驗(yàn)人員的培訓(xùn)需求也在增加，電氣試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的建設(shè)是解決這一需求的有效途徑。基地的建成后能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室建成后，使基于電氣試驗(yàn)工作崗位的課程教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)零接軌，進(jìn)一步拓展了實(shí)訓(xùn)室的教學(xué)功能。發(fā)電變電設(shè)備的3D模型是整個(gè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)按照不同的設(shè)備類型，生產(chǎn)廠家、型號(hào)建立設(shè)備樣本模型庫(kù)，各設(shè)備模型按照基于設(shè)備部件組件化建模，真實(shí)的還原各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、運(yùn)行機(jī)制。可服務(wù)于其他電力核心課程，如《發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備》《電氣設(shè)備檢修》《變壓器檢修》等。專業(yè)課教師可借助平臺(tái)設(shè)計(jì)做中學(xué)，學(xué)中做的項(xiàng)目化教學(xué)，有效地組織學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識(shí)和技能，從而推進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)改革。仿真實(shí)訓(xùn)室建成后，對(duì)任課教師專業(yè)素質(zhì)要求也進(jìn)一步提高，專業(yè)教師必須遵循企業(yè)實(shí)踐的要求，真正做到與企業(yè)試驗(yàn)員工同等技能、同等理論，才能適應(yīng)仿真教學(xué)環(huán)境的改變，完成培訓(xùn)任務(wù)。電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室擬增試驗(yàn)仿真移動(dòng)APP，配合VR技術(shù)，讓電力高等職業(yè)院校的電氣試驗(yàn)的培訓(xùn)水平走在行業(yè)前列。該部分采用當(dāng)下先進(jìn)的VR虛擬化技術(shù)。操作規(guī)則同樣立足于現(xiàn)實(shí)中實(shí)際的操作規(guī)范，理想的虛擬環(huán)境達(dá)到使受訓(xùn)者難辨真假的程度。學(xué)員使用VR眼鏡直接全息瀏覽整個(gè)電氣試驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境及整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。學(xué)員可以真實(shí)地看到因操作不當(dāng)或者設(shè)備故障引起的各種事故現(xiàn)像，從而實(shí)現(xiàn)電氣試驗(yàn)的實(shí)時(shí)交互式操作仿真。

4 電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室具體功能設(shè)計(jì)

電氣試驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)室應(yīng)具備功能包括：（1）電氣試驗(yàn)工作流程模擬仿真功能：①依據(jù)電氣試驗(yàn)所涉及的安規(guī)和操作規(guī)范，培訓(xùn)過(guò)程包括辦理操作票（工作票）、危險(xiǎn)點(diǎn)分析及控制、工器具選擇和檢查、進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)、安全措施布置、設(shè)備試驗(yàn)、撤離工作現(xiàn)場(chǎng)、結(jié)束工作票、填寫驗(yàn)收記錄及檢修卡等。②仿真高壓實(shí)驗(yàn)儀器室，實(shí)現(xiàn)各類試驗(yàn)儀器的室內(nèi)擺放布置、選用、歸還等。③采用計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電氣試驗(yàn)設(shè)備的三維模型，仿真其操作開(kāi)關(guān)、按鈕、接線端子等操作特性以及表計(jì)、狀態(tài)、缺陷等顯示特性。④采用計(jì)算機(jī)三維虛擬顯示技術(shù)完整、逼真再現(xiàn)電氣試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常和故障的外在表現(xiàn)、電氣試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)儀器選擇使用過(guò)程、端子接線過(guò)程和安全措施布置等人機(jī)交互。⑤仿真試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)電氣試驗(yàn)的影響，如現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度。⑥仿真電氣試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，如聲、光、電、冒煙等。⑦建立電氣試驗(yàn)工作標(biāo)準(zhǔn)流程庫(kù)，實(shí)現(xiàn)以課件形式進(jìn)行試驗(yàn)內(nèi)容介紹、試驗(yàn)過(guò)程中工作流程控制，實(shí)時(shí)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行檢查如判斷儀器儀表是否選擇正確、儀器儀表量程等設(shè)置是否正確、導(dǎo)線選擇和接線是否正確、接線次序是否正確、是否可靠接地、設(shè)備檔位是否正確、變更接線或拆線前是否正確放電等，并及時(shí)提醒或記錄。并以此作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)予以自動(dòng)評(píng)分。（2）理論題庫(kù)及考核功能：①學(xué)員檔案管理：管理電氣試驗(yàn)仿真系統(tǒng)內(nèi)所有的用戶，提供相關(guān)用戶信息查看，檔案管理、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能，便于便捷的管理受訓(xùn)學(xué)員。②課程規(guī)劃管理：提供課程規(guī)劃管理，包括課程新建、課程設(shè)置、仿真場(chǎng)景組合、場(chǎng)景初始化參數(shù)設(shè)定等功能，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)課程的快速規(guī)劃。③題庫(kù)管理：系統(tǒng)采用圖片，視頻，flash，多媒體課件交互等多種考題形式全面、準(zhǔn)確表達(dá)命題內(nèi)容，采用自動(dòng)組卷、人工組卷、自動(dòng)評(píng)分等題庫(kù)的管理和應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)豐富的評(píng)測(cè)功能。題庫(kù)類型豐富，考題形式多樣化，包含選擇，判斷，主觀題等。實(shí)現(xiàn)完整的導(dǎo)入導(dǎo)出與在線升級(jí)功能，方便批量維護(hù)的海量的題庫(kù)內(nèi)容。管理端編輯器功能強(qiáng)大、易用性良好，使管理員快速上手和應(yīng)用。（3）電氣設(shè)備試驗(yàn)員操作技能練習(xí)功能：充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，學(xué)員注意力高度集中，教學(xué)效果極佳。幻影成像幕利用人眼視覺(jué)偏差，將高壓電氣設(shè)備三維模型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等空中立體展現(xiàn)。三幕相互配合，不但可發(fā)揮出各自表現(xiàn)載體的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又作為一個(gè)整體，組成可視化視覺(jué)系統(tǒng)，產(chǎn)生立體化震撼逼真效果。

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