淺析虛擬仿真技術在鐵路站段培訓中的應用

薄志俊

[摘要]對虛擬仿真技術進行簡要的介紹，通過虛擬仿真技術在鐵路職工培訓中的應用，分析虛擬仿真技術在虛擬仿真培訓在鐵路培訓中的幾方面優(yōu)勢，同時提出虛擬仿真技術在職工培訓中存在的局限性，最后對虛擬仿真技術在教育培訓方面的發(fā)展趨勢進行展望。

[關鍵詞]虛擬仿真技術;鐵路職工培訓;計算機技術

[中圖分類號]G712

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0136-02

一、虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術又稱虛擬現(xiàn)實技術或模擬技術，是近年來迅速興起的一種計算機技術。它是使用計算機技術創(chuàng)建出一個虛擬系統(tǒng)，模仿另一個真實或是構想的系統(tǒng)的技術。虛擬仿真技術結合了計算機的多種技術，包括多媒體技術、人機交互技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、語音識別網(wǎng)絡技術、人工識別技術等，此外還包括與人相關的視覺聽覺等多種感官的生理學、人體運動學等多個學科，是計算機軟件硬件外延設備與人的結合。用戶可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行交互，體驗虛擬世界。現(xiàn)在虛擬仿真技術已經(jīng)逐步成為一個體系，正在發(fā)展成為我們認識、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項通用性戰(zhàn)略性技術。

二、虛擬仿真技術在鐵路職工培訓中的應用

虛擬仿真技術的互動性和逼真性帶來了人機交互體驗的革命性升級，尤其是在體驗式的操作領域，給人們一種身臨其境的存在感?，F(xiàn)在虛擬仿真技術已經(jīng)應用到如城市規(guī)劃、藝術創(chuàng)意、工程建設、工業(yè)設計、航空航海等多個領域。

近年來，在信息技術日新月異的沖擊下，傳統(tǒng)課堂教學模式已經(jīng)逐漸被淘汰，豐富多彩的多媒體技術為鐵路站段的職工教育培訓帶來了一股清流，但目前教學方式還是依賴于教師的口頭講授和普通課件的輔助，這種方式對日常被各種信息媒體包圍的年輕職I來說，難以調動起學習的積極性，而且在職工培訓中，抽象的文字簡單的圖片也無法讓職工快速理解學習內容。

我段作為鐵路車輛部門的設備單位，新型車輛及零部件的構造、檢修使用、作業(yè)安全等是職工培訓過程中的必修課，這類課程往往都涉及具體現(xiàn)場環(huán)境、作業(yè)設備機具、作業(yè)空間等方面的內容，單憑教師在課堂上對相關知識的講解，往往難以收到好的效果，職工學習也存在較大難度，教師普遍反映傳統(tǒng)課堂教學模式的培訓力度嚴重不足。如何跳出傳統(tǒng)的課堂教學模式，最大限度地發(fā)揮職工的積極性，自主地參與到教學中來，是培訓工作中面臨的一個難題，而現(xiàn)代虛擬仿真技術對這一難題給予了很好的解決。

為進一步提高貨車轉向架檢修段修各工種崗位標準化作業(yè)，推進“學標、對標、達標”培訓效果，我段引進了貨車轉向架檢修仿真培訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)將轉向架檢修崗位的工藝流程引入到計算機中，通過虛擬仿真技術模擬了檢修作業(yè)環(huán)境、工裝設備運作、車輛配件分解組裝作業(yè)程序。該系統(tǒng)界面直觀、功能強大、操作簡單方便，既解決了教師課堂培訓上場地的限制，避免了作業(yè)環(huán)境中人身安全的不利因素，又可以幫助職工更加直觀快速地掌握培訓的教學內容，更加深入地理解好相關的規(guī)章、標準，收到了良好的培訓效果。

三、虛擬仿真培訓在鐵路培訓中的優(yōu)勢

通過虛擬仿真培訓系統(tǒng)的應用，我認為虛擬仿真技術在鐵路站段職工培訓中有著較多優(yōu)勢。

（一）利用虛擬仿真技術進行輔助教學，使專業(yè)教學由教師的“獨角戲”變?yōu)槁毠さ摹爸鲃訁⑴c”

對于車輛檢修的教學，要提高學習成效最好的方式就是讓職工積極參與到課堂教學中來。將虛擬仿真技術引入理論的課堂教學，使原本枯燥的理論講解變?yōu)橹庇^的演示教學更容易激發(fā)起職工的各種感觀的共同參與，調動起職工們的學習興趣。將虛擬仿真技術引入教學，可以在仿真培訓系統(tǒng)中把車輛構造的三維結構清晰直觀的演示出來，車輛結構，各部配件形狀、位置、連接和配合情況一目了然，再加上教師對這些部位進行恰當?shù)姆治鲋v解，使職工更容易學習車輛構造原理及各種車型配件間的知識，對車輛構造和基本知識更易于理解和掌握。

（二）利用虛擬仿真技術進行現(xiàn)場模擬可以收到常規(guī)教學難以實現(xiàn)的教學效果

在以往轉向架檢修作業(yè)指導書課程的教學過程中，教師講授轉向架拆解或者檢修流水線配件分解過程時，往往需要調動現(xiàn)場機具，職工圍觀會對現(xiàn)場作業(yè)產生影響，同時存在一定的安全隱患，而這類課程又難以在課堂實現(xiàn)。將虛擬仿真技術引入到教學中，就可以在仿真培訓系統(tǒng)中對現(xiàn)場的整體作業(yè)進行仿真模擬。職工可以直觀地觀察到現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，車輛配件分解組裝，機具動作，作業(yè)流程等情況。通過教師的及時講解和強調，結合理論知識，生動形象的仿真程序給職工留下了深刻的印象。同時使用虛擬仿真培訓大大減少了實際操作中對現(xiàn)場作業(yè)的影響和不安全因素的發(fā)生，節(jié)約教學時間，授課效果得到極大的提高。在訓練過程中，職工在掌握正確操作方法和熟練使用機具的能力上都有明顯的提高，這在傳統(tǒng)課堂是不可能實現(xiàn)的，大大地提高了職工培訓的教學效率。使用虛擬仿真技術還可以避免進行一些不安全操作，如帶電或上線作業(yè)培訓，利用虛擬仿真培訓系統(tǒng)就可以隨時進行模擬操作。

（三）利用虛擬仿真技術有利于教師授課有效提高教學質量和效率

在課堂教學中，授課內容往往需要教師進行示范，通常一個培訓班的職工人數(shù)較多，有的甚至達到四五十人以上，很難保證所有的職工都能夠聽清楚、看清楚，教學效果不太理想。利用虛擬仿真技術能有效地將理論和實際相結合，實現(xiàn)同步教學，使抽象內容形象化。此外，仿真培訓系統(tǒng)以廣播的方式在每個職工的計算機屏幕上演示教學內容，讓職工仔細觀察檢測部位和檢測工具的動作，使所有的職工均能清楚地觀看并進行模仿，同時教師也可以在教師端的屏幕上看到每個職工的學習情況，進行針對性指導。對于實際操作的項目，每個職工都可以同時進行操作，不需要輪流等待，仿真培訓系統(tǒng)通過程序設計可以隨時進行引導，大大提高了教學效率。

（四）利用虛擬仿真技術進行輔助教學，有助于提高職工自學的能力

利用虛擬仿真技術，職工可以在課堂上及課余時間里通過不斷的仿真操作，提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。虛擬仿真技術有較強的交互性，職工可以在仿真培訓系統(tǒng)中構建出來的作業(yè)環(huán)境中進行操作，通過仿真培訓系統(tǒng)的設置或交互提示引導職工按指定的步驟進行操作。在操作過程中，通過系統(tǒng)中圖像、聲音等提示方式，分析、觀察情境中出現(xiàn)的現(xiàn)象，運用所學的知識進行處理，直到完成作業(yè)操作為止。職工在學習中可以發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，通過自己動手動腦，所學知識更為鞏固，也更容易應用到其他問題的解決中去。最重要的是通過這一過程，讓職工學會自我學習的方法，為今后現(xiàn)場標準化作業(yè)打下良好的基礎。采用虛擬仿真技術的教學方法，可以拓寬職工的視野，極大地調動職工的學習興趣，有利于培養(yǎng)職工的創(chuàng)新意識。

（五）利用虛擬仿真技術的培訓系統(tǒng)可以構建高效的考核評價體系

利用虛擬仿真技術的培訓系統(tǒng)基本都具有實用的考試功能，教師根據(jù)作業(yè)程序利用仿真培訓系統(tǒng)進行出題，設置好評分標準，對職工操作進行考核，對考試成績自動保存、自動評分、自動分析和成績查詢。仿真培訓系統(tǒng)可以對操作的邏輯次序、工藝標準作業(yè)時間、部件操作、機具操作等不同環(huán)節(jié)設置考試項目，仿真培訓系統(tǒng)自動檢驗操作程序是否正確，工藝是否合理，由系統(tǒng)對職工操作結果進行評定，減少了在作業(yè)環(huán)境中實際操作的時間，特別是涉及標準化方面的內容，可以更加有效地對職工的知識掌握程度地進行評價。

四、虛擬仿真技術在職工培訓中也有一定的局限性

虛擬仿真技術在車輛部門培訓方面雖然具有較多優(yōu)勢，但它只是一種模擬教學應用軟件，不可能完全代替現(xiàn)有的教學形式，尤其是在實際技能操作訓練方面存在著一定的局限性。

首先，虛擬仿真只是對作業(yè)過程進行模擬并非真實操作，無法讓職工真實感受實際作業(yè)過程。職工在實際操作過程中，對機具、零部件重量操作力度聲音、環(huán)境的感知和記憶不可能通過虛擬仿真完全體現(xiàn)出來、職工需要通過實際操作，才能真正掌握。

其次，有些現(xiàn)場實際操作無法體驗。如工具、量具的選用、配件料的選擇、零件的裝夾方法及根據(jù)機具不同狀態(tài)下發(fā)出的聲音及時調整等，這些都無法通過仿真來代替職工實際作業(yè)過程中的感受和經(jīng)驗積累，而這些正是實際作業(yè)中必不可少且難于掌握的部分，是對職工技能訓練的基本要求。

最后，在仿真培訓系統(tǒng)中，系統(tǒng)雖然能對職工的操作錯誤或違規(guī)操作做出提示或警告，但很多情況下，仿真培訓系統(tǒng)沒有就此鎖住，職工還可以進一步操作，久而久之就會對系統(tǒng)彈出的提示或警告無動于衷，不利于培養(yǎng)職工嚴謹、認真的工作態(tài)度和安全生產的意識。如在仿真培訓系統(tǒng)中騎跨輪對、跨越流水線等，系統(tǒng)只是彈出對話框提示或沒有提示，而實際上可能就是一次安全事故，一旦出錯，容易造成人身事故。

五、虛擬仿真技術在教育培訓方面的發(fā)展趨勢

當前，虛擬仿真技術隨著計算機技術的發(fā)展，正向模型的精細化仿真計算的實時性和圖形顯示的真實感方向發(fā)展，越來越多的仿真培訓產品開始使用數(shù)字頭盔，操作桿，多角度動作捕捉設備，立體聲場等先進技術，通過幾何仿真和物理仿真之間有機地結合，構成了可以完整模擬真實的仿真系統(tǒng)。

在鐵路站段培訓中借助于虛擬仿真技術，不僅有效提高培訓質量和效率，實現(xiàn)傳統(tǒng)教學無法實現(xiàn)的培訓效果，有助于職工可以加深作業(yè)標準和工藝流程的理解和掌握，還可以職工培養(yǎng)職工自主學習能力和主動創(chuàng)新意識，有利于提高職工的綜合素質。同時，我們也應當意識到，虛擬仿真技術與實際操作之間始終是存在著一定差距，二者不能混為一談、相互替代，只有在教學當中合理科學、有效地利用虛擬仿真技術，將其作為認識事物的中介與橋梁，與實踐操作訓練有機結合起來，才能更好地為教學服務，發(fā)揮出最佳教學效果，為職工培訓錦上添花。

參考文獻：

王瀟瀟，姬付全，盧海軍，等BIM虛擬技術在鐵路隧道施工管理中的應用[J].隧道建設，2016，36（2）：228-233.