基于組態(tài)課件的可視化教材管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

尤姍姍 楊洋 王業(yè)沐

摘? 要： 目前，核電專業(yè)系統(tǒng)（核島系統(tǒng)、常規(guī)島系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)）培訓(xùn)多以傳統(tǒng)教科書(shū)和在線培訓(xùn)系統(tǒng)為主，其知識(shí)呈現(xiàn)多是以文字信息和簡(jiǎn)單的圖像、視頻信息相結(jié)合的方式。這種培訓(xùn)方式知識(shí)過(guò)于密集和抽象，培訓(xùn)效果一般，并且視頻課件維護(hù)難度大。為提高核電專業(yè)系統(tǒng)培訓(xùn)效果及降低交互式動(dòng)態(tài)課件開(kāi)發(fā)難度，以核電廠實(shí)際培訓(xùn)教材為依據(jù)設(shè)計(jì)課件層次和邏輯結(jié)構(gòu)，采用組態(tài)軟件制作交互式動(dòng)態(tài)課件，開(kāi)發(fā)一套交互式，邏輯動(dòng)態(tài)演示的核電專業(yè)系統(tǒng)課件及核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)。通過(guò)增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、交互性和多樣性，降低學(xué)員對(duì)核電專業(yè)系統(tǒng)知識(shí)的理解難度，以提高培訓(xùn)效率、增強(qiáng)培訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞： 核電廠;培訓(xùn)系統(tǒng);組態(tài)軟件;課件開(kāi)發(fā)

【Abstract】： At present， the training of nuclear power professional systems （nuclear island system， conventional island system， auxiliary system） is mostly based on traditional textbooks and online training systems. The knowledge is presented in a combination of textual information and simple image and video information. This training method is too intensive and abstract， the training effect is general， and the video courseware maintenance is difficult. In order to improve the training effect of nuclear power professional system and reduce the difficulty of interactive dynamic courseware development， design the courseware hierarchy and logical structure based on the actual training materials of nuclear power plants， use interactive configuration software to create interactive dynamic courseware， and develop an interactive， logical dynamic demonstration. Nuclear power professional system courseware and nuclear power visualization teaching material training system. By enhancing the intuitiveness， interactivity and diversity of teaching， it is difficult to understand the students' understanding of nuclear power professional system knowledge， so as to improve training efficiency and enhance training effect.

【Key words】： Power plant; Training system; Configuration software; Courseware development

0? 引言

在當(dāng)前環(huán)境下，隨著信息網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，在線培訓(xùn)已成為一種有效的培訓(xùn)方式，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電子化的方式進(jìn)行資源管理、實(shí)時(shí)教育、在線考試和結(jié)果分析，可以讓員工隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，具有傳統(tǒng)培訓(xùn)方式不具備的靈活性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了培訓(xùn)資源的高效整合和共享，從而大幅降低培訓(xùn)成本和提高培訓(xùn)效率[1]。

目前現(xiàn)有的核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)（核島系統(tǒng)、常規(guī)島系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)）培訓(xùn)教材，仍然多以傳統(tǒng)教科書(shū)形式的紙質(zhì)媒介為主，其知識(shí)呈現(xiàn)多是以文字信息和簡(jiǎn)單的圖像信息相結(jié)合的方式。這種傳統(tǒng)培訓(xùn)教材的知識(shí)過(guò)于密集和抽象，培訓(xùn)效果一般。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)主要同行業(yè)可視化教材開(kāi)發(fā)及應(yīng)用情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，主要有以下方式：（1）利用多媒體軟件制作動(dòng)畫(huà)課件，例如Flash動(dòng)畫(huà)課件。Flash動(dòng)畫(huà)課件一旦制作完成，不可修改，后期修改維護(hù)成本極高。（2）利用仿真模擬技術(shù)輔助文字教材，以達(dá)到可視化培訓(xùn)和操作的目的。例如全范圍模擬機(jī)及虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)產(chǎn)品[2]。此方式在行業(yè)內(nèi)屬于領(lǐng)先地位，一般應(yīng)用在核電廠高級(jí)操縱員培訓(xùn)和實(shí)操訓(xùn)練中。但課程開(kāi)發(fā)成本及維護(hù)費(fèi)用高，應(yīng)用在初級(jí)和中級(jí)理論培訓(xùn)中較少。

本次課件和核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要應(yīng)用在核電初級(jí)和中級(jí)理論培訓(xùn)中。為達(dá)到提高培訓(xùn)效果的目的，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)普通可視化教材及組態(tài)交互式課件的制作、維護(hù)和管理，通過(guò)增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、交互性和多樣性，降低學(xué)員對(duì)電廠系統(tǒng)知識(shí)的接受和理解難度，以提高培訓(xùn)效率、增強(qiáng)培訓(xùn)效果[3]。

1? 項(xiàng)目難點(diǎn)

1.1? 培訓(xùn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)難

核電廠有儀控系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，系統(tǒng)種類與數(shù)量都繁多，大約在百個(gè)數(shù)量級(jí)。每個(gè)核電專業(yè)系統(tǒng)具有參數(shù)信息量大，設(shè)備眾多，系統(tǒng)運(yùn)行方式和操作關(guān)系邏輯錯(cuò)綜復(fù)雜等問(wèn)題。多個(gè)核電專業(yè)系統(tǒng)之間也存在業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性。如何提煉出關(guān)鍵、必備且通俗易懂的知識(shí)點(diǎn)和邏輯關(guān)系難度較大。

通過(guò)對(duì)以上三類主要核電系統(tǒng)分析，工藝和電氣系統(tǒng)具有設(shè)備多，線路多，參數(shù)多，有多種運(yùn)行態(tài)和有系統(tǒng)圖特點(diǎn)。儀控系統(tǒng)具有多工況，多信號(hào)及邏輯信號(hào)圖特點(diǎn)。基于其各自特點(diǎn)，梳理出內(nèi)容即可作為課件腳本。對(duì)整個(gè)核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要將所有的知識(shí)點(diǎn)整合成一個(gè)知識(shí)體系，而非孤立的知識(shí)點(diǎn)存在于系統(tǒng)，形成知識(shí)體系。

1.2? 軟件工程師與核電專業(yè)工程師之間技術(shù)接口協(xié)調(diào)難

軟件工程師與核電工程師對(duì)對(duì)方的技術(shù)領(lǐng)域都不甚了解。尤其是軟件工程師，在項(xiàng)目課件制作時(shí)，必須對(duì)培訓(xùn)課程理解到位，才能將系統(tǒng)復(fù)雜的邏輯關(guān)系制作出來(lái)，并優(yōu)化軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。

1.3? 選擇合適的樣本系統(tǒng)制作課件難

考慮到核電專業(yè)系統(tǒng)數(shù)量繁多，課件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。在項(xiàng)目實(shí)施初期，選擇一個(gè)具有代表性的核電專業(yè)系統(tǒng)完成課件開(kāi)發(fā)尤其重要。通過(guò)開(kāi)發(fā)樣本課件，總結(jié)其開(kāi)發(fā)技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)、開(kāi)發(fā)周期，以為后續(xù)開(kāi)發(fā)全套的核電廠專業(yè)系統(tǒng)做鋪墊。

通過(guò)對(duì)三類主要核電系統(tǒng)特點(diǎn)分析，選擇工藝系統(tǒng)的非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)PCS來(lái)作為樣本系統(tǒng)驗(yàn)證可視化課件的效果。主要因?yàn)榉悄軇?dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)PCS在核電站各系統(tǒng)中，系統(tǒng)設(shè)備較少，功能相對(duì)獨(dú)立，與其他系統(tǒng)接口少，有完整的動(dòng)態(tài)邏輯。

1.4? 課件開(kāi)發(fā)工作量大，周期長(zhǎng)

后續(xù)的全套核電專業(yè)系統(tǒng)課件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)周期長(zhǎng)，工作量巨大的任務(wù)。需要梳理三類主要核電系統(tǒng)，分階段分層次完成課件開(kāi)發(fā)。每個(gè)核電專業(yè)系統(tǒng)有設(shè)備參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)與概念，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程、操作邏輯、信號(hào)信息等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)梳理的知識(shí)點(diǎn)完成內(nèi)容設(shè)計(jì)并制作出課件腳本，作為課件開(kāi)發(fā)的依據(jù)。

1.5? 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)難

普通的在線培訓(xùn)系統(tǒng)課件基本以常見(jiàn)的Html網(wǎng)頁(yè)、文本、視頻、圖片文件為主，本次課件是一種新穎的格式文件，各課件之間具有業(yè)務(wù)層次與邏輯關(guān)聯(lián)性。本軟件系統(tǒng)需要搭建相對(duì)固定的、先進(jìn)的軟件架構(gòu)，以期實(shí)現(xiàn)后續(xù)的核電專業(yè)系統(tǒng)課件開(kāi)發(fā)只需完成核電專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)、概念以及邏輯關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)信息錄入，無(wú)需為每個(gè)核電專業(yè)系統(tǒng)單獨(dú)搭建獨(dú)立的軟件架構(gòu)，降低后續(xù)開(kāi)發(fā)工作的難度。

2? 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)交互式課件，課件的制作、開(kāi)發(fā)、維護(hù)、發(fā)布都比較方便、快捷、成本低。

課件內(nèi)容主要包括系統(tǒng)圖繪制、文本信息錄入，動(dòng)態(tài)邏輯腳本的編寫(xiě)。相比其他類型的動(dòng)態(tài)課件，本課件開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用更簡(jiǎn)單，有以下原因：（1）組態(tài)軟件有元件庫(kù)，包含核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)圖中涉及到的大部分零部件。元件庫(kù)中沒(méi)有的零部件，課件開(kāi)發(fā)工程師可以在組態(tài)軟件中自主創(chuàng)建，并擴(kuò)充到元件庫(kù)。（2）動(dòng)態(tài)邏輯通過(guò)簡(jiǎn)單腳本完成，無(wú)須編寫(xiě)大量軟件代碼。課件在制作與后期維護(hù)時(shí)更容易，成本更低。（3）相比其他需要額外安裝插件的課件，交互式組態(tài)課件在客戶端無(wú)需安裝插件或編譯，可直接打開(kāi)課件演示動(dòng)態(tài)過(guò)程，使用非常方便。

本項(xiàng)目交互式組態(tài)課件的實(shí)現(xiàn)機(jī)制可分為兩類。一類是用戶使用計(jì)算機(jī)操作交互結(jié)點(diǎn)的操作實(shí)現(xiàn)，例如按鈕、熱點(diǎn)、下拉菜單等;一類是使用系統(tǒng)函數(shù)、變量、自定義函數(shù)與變量等由數(shù)字驅(qū)動(dòng)，在滿足邏輯條件時(shí)觸發(fā)交互響應(yīng)。

交互式組態(tài)課件的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新了傳統(tǒng)教科書(shū)形式的培訓(xùn)方式，以圖文和動(dòng)畫(huà)相結(jié)合的模式對(duì)核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行直觀的介紹和展示[3]。以樹(shù)狀目錄展示整個(gè)核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)包含的知識(shí)體系，將核電站各級(jí)系統(tǒng)圖按照父子級(jí)頁(yè)面分級(jí)展示，分層次展示了系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)，尤其是運(yùn)行態(tài)變化。用戶可點(diǎn)擊操作層層深入或在不同單個(gè)核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)間跳轉(zhuǎn)，學(xué)習(xí)每個(gè)核電業(yè)務(wù)系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)。

3? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)可視化培訓(xùn)教材開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)的調(diào)研，目前暫無(wú)集可視化培訓(xùn)教材制作、維護(hù)與學(xué)習(xí)為一體的成形應(yīng)用平臺(tái)，均采用軟件框架結(jié)合課件導(dǎo)入的方式開(kāi)發(fā)可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)。

基于調(diào)研結(jié)果和核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)際功能需求，滿足教材制作、維護(hù)和在線學(xué)習(xí)等功能。核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)采用導(dǎo)入課件方式管理，課件屬于核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)管理的內(nèi)容，核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用B/S架構(gòu)，MVC開(kāi)發(fā)模式。前端采用HTML5，后臺(tái)使用PHP，數(shù)據(jù)庫(kù)為MySql。

核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)采用集中部署方式，公司及其下屬部門(mén)在局域網(wǎng)內(nèi)可以直接訪問(wèn)服務(wù)。

由于組態(tài)課件是由組態(tài)軟件制作與發(fā)布，特配置一臺(tái)獨(dú)立組態(tài)課件服務(wù)器，用于制作、發(fā)布組態(tài)課件。

4? 系統(tǒng)主要模塊與功能

本系統(tǒng)功能采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊功能獨(dú)立，主要包括課件庫(kù)管理、課件審核、在線學(xué)習(xí)、在線考試、題庫(kù)管理、成績(jī)管理、專家答疑、新聞管理等[4]。系統(tǒng)功能圖如下。

4.1? 系統(tǒng)功能權(quán)限設(shè)計(jì)

根據(jù)不同級(jí)別用戶設(shè)計(jì)不同功能權(quán)限，主要有普通學(xué)員、課件維護(hù)員、課件審核員、系統(tǒng)管理員。

普通學(xué)員，針對(duì)電廠所有員工的權(quán)限，具有選課、在線學(xué)習(xí)、考試、查詢學(xué)習(xí)記錄及成績(jī)、提問(wèn)答疑等功能。

課件維護(hù)員，針對(duì)電廠培訓(xùn)工程師的權(quán)限，具有制作、發(fā)布、修改、刪除課件功能，同時(shí)具有新增、修改、刪除、導(dǎo)入試題，新聞發(fā)布功能。

課件審核員，針對(duì)電廠培訓(xùn)主管的權(quán)限，審核課件維護(hù)員提交發(fā)布的課件。

系統(tǒng)管理員，針對(duì)本系統(tǒng)的超級(jí)管理員權(quán)限，擁有系統(tǒng)最高權(quán)限。設(shè)置用戶與組織機(jī)構(gòu)信息，設(shè)置用戶權(quán)限，設(shè)置課件審核級(jí)別，系統(tǒng)日志管理。

4.2? 課件庫(kù)管理

課件庫(kù)，主要是課件維護(hù)者制作、上傳、修改、刪除課件功能。普通課件直接在本系統(tǒng)中制作、修改信息。組態(tài)課件，需要在組態(tài)服務(wù)器中制作、編譯，最終組態(tài)課件以Web地址形式在本系統(tǒng)課件庫(kù)里進(jìn)行維護(hù);組態(tài)課件修改后，需重新編譯，但訪問(wèn)地址不變，故課件庫(kù)里無(wú)需修改組態(tài)課件訪問(wèn)鏈接。可通過(guò)課件名、作者、發(fā)布時(shí)間等查詢課件信息[5]。

4.3? 課件審核

課件審核，主要用于培訓(xùn)主管審核待發(fā)布的課件。課件審核級(jí)別由系統(tǒng)管理員設(shè)置，一般設(shè)置為二級(jí)審核。課件通過(guò)審核流程即發(fā)布;若未通過(guò)審核，會(huì)最終回退到課件維護(hù)者，由課件維護(hù)者根據(jù)修改意見(jiàn)完善課件后，再次提交發(fā)布申請(qǐng)。

4.4? 在線學(xué)習(xí)

在線學(xué)習(xí)，主要是學(xué)員在課件庫(kù)中選擇要學(xué)習(xí)的課程，點(diǎn)擊進(jìn)入課程學(xué)習(xí)。對(duì)未學(xué)完的課程，可記錄上次學(xué)習(xí)進(jìn)度，在下次登錄系統(tǒng)后可以繼續(xù)學(xué)習(xí)。本模塊管理記錄學(xué)員學(xué)習(xí)檔案，對(duì)學(xué)員每次學(xué)習(xí)都有詳細(xì)記錄。可以通過(guò)課件名稱、學(xué)習(xí)時(shí)間、課件類型等條件來(lái)查詢學(xué)習(xí)記錄[6]。

4.5? 在線考試

在線考試，目前僅提供客觀題自測(cè)方式的考試，即系統(tǒng)從后臺(tái)維護(hù)的題庫(kù)中，隨即抽取一定數(shù)量的題目，打亂題目順序和答案順序，學(xué)員自行答題，答題完成提交后，系統(tǒng)立即自動(dòng)給出檢查結(jié)果;自測(cè)考試可以反復(fù)進(jìn)行;上一次考試完成，如果下次再進(jìn)入在線考試，系統(tǒng)會(huì)再次隨即生成一組考試題目;如學(xué)員未完成考試就退出了系統(tǒng)，當(dāng)學(xué)員再次進(jìn)入考試模塊，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)出上次的答題試卷以繼續(xù)答題[7]。

4.6? 題庫(kù)管理

題庫(kù)管理，主要有新增、修改、刪除、批量導(dǎo)入/導(dǎo)出試題功能。試題信息主要維護(hù)所屬目錄（科目）、題目、題目說(shuō)明、題目選項(xiàng)內(nèi)容、選項(xiàng)正確或錯(cuò)誤等信息。批量導(dǎo)入試題，需要下載系統(tǒng)Excel模板，按模板內(nèi)容編輯信息后，一次性導(dǎo)入試題[8]。

4.7? 成績(jī)管理

成績(jī)管理，主要用于管理和統(tǒng)計(jì)已完成的考試信息。考試成績(jī)查詢通過(guò)科目或考試時(shí)間段等關(guān)鍵詞查詢。每門(mén)考試信息有考試科目、考試時(shí)間、題目總數(shù)、正確數(shù)量、錯(cuò)誤數(shù)量、考試類型、試卷狀態(tài)、試卷詳情等信息。成績(jī)管理可以統(tǒng)計(jì)某個(gè)學(xué)員某段時(shí)間內(nèi)完成的考試次數(shù)，也可以查詢一門(mén)課程的考試人數(shù)[9]。

4.8? 專家答疑

專家答疑，目前是公開(kāi)形式，對(duì)所有學(xué)員可見(jiàn)。主要用于學(xué)員提出學(xué)習(xí)中的疑問(wèn)及搜索某問(wèn)題的答疑，任何學(xué)員都可以發(fā)布問(wèn)題答案，也可以查看本問(wèn)題下其他人的回復(fù)。

4.9? 新聞管理

新聞管理，主要用于所有與培訓(xùn)、考試相關(guān)的

新聞新增、修改、刪除、發(fā)布、查詢等。通過(guò)新聞標(biāo)題、關(guān)鍵詞、作者、來(lái)源、新聞日期、新聞內(nèi)容、新聞插圖等信息來(lái)維護(hù)一條新聞。新聞需要發(fā)布后，對(duì)學(xué)員可見(jiàn)[10]。

5? 結(jié)論

核電可視化教材培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)初衷是解決核電廠各類系統(tǒng)培訓(xùn)高效性的問(wèn)題，以最終達(dá)到提高學(xué)員培訓(xùn)效果目的。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得到了相關(guān)核電廠培訓(xùn)領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可，后續(xù)可以廣泛推廣和應(yīng)用到電廠，課件內(nèi)容可擴(kuò)展至安全培訓(xùn)、質(zhì)量培訓(xùn)、電廠維修等各領(lǐng)域。

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