虛擬仿真技術(shù)在光伏類專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用

謝 軍，史志明，鐘 俊

(1.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.陜西致信恒源能源科技有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

近年來，在國際能源結(jié)構(gòu)向可再生能源轉(zhuǎn)移以及能源消耗和環(huán)境保護問題愈發(fā)受人關(guān)注的背景下，我國陸續(xù)推出了《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》等產(chǎn)業(yè)政策，推動了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。我國電池片生產(chǎn)起步較早，屬于我國傳統(tǒng)優(yōu)勢制造業(yè)。截至2019年上半年，我國光伏產(chǎn)業(yè)整體保持健康發(fā)展：一是制造規(guī)模穩(wěn)步提升；二是技術(shù)水平不斷提升，結(jié)合MBB、半片、疊瓦等新技術(shù)后，組件量產(chǎn)最高功率已突破400 MW。

隨著光伏企業(yè)例如晶澳太陽能、通威、隆基綠能等生產(chǎn)廠家對光伏專業(yè)高素質(zhì)技能型人才的需求日益增長，與之對應(yīng)，雖然近些年不少高職院校新增了光伏發(fā)電類相關(guān)專業(yè)，但太陽能電池片及組件生產(chǎn)工藝實訓(xùn)項目的開設(shè)對實訓(xùn)條件的要求較高，電池片生產(chǎn)設(shè)備和電池組件的檢測設(shè)備成本較高，而且生產(chǎn)工藝更新升級較快，人才職業(yè)能力的培養(yǎng)并不樂觀。

近年來，黨中央、國務(wù)院高度重視教育信息化工作，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》關(guān)于“建立數(shù)字圖書館和虛擬實驗室”的精神，《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》(教高司函〔2013〕94號)指出“虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實訓(xùn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物?！彪S著5G網(wǎng)絡(luò)上線覆蓋后，未來虛擬仿真將大規(guī)模應(yīng)用于移動設(shè)備學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)課程，同時虛擬仿真將與IOT物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，數(shù)字孿生的應(yīng)用將越來越多。

為解決以上光伏電池實訓(xùn)教學(xué)問題，在實際教學(xué)中，引入一套光伏新能源虛擬仿真中心教學(xué)平臺，主要用于虛擬實訓(xùn)教學(xué)，向?qū)W生展現(xiàn)一個虛擬的光伏電池片、電池組件生產(chǎn)、檢測等環(huán)節(jié)，并讓其在過程中學(xué)習(xí)和活動，以實現(xiàn)對其專業(yè)知識的傳授和職業(yè)能力的培養(yǎng)。

1 虛擬仿真平臺的建設(shè)內(nèi)容及實施

虛擬仿真實訓(xùn)平臺建模采用Unity3D和3dx Max進行開發(fā)。3dx Max 現(xiàn)已成為世界上應(yīng)用最廣的三維建模、動畫、渲染工具之一，完全滿足制作高質(zhì)量動畫、最新設(shè)計效果的需要。Unity3D是一個用于制作三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫的專業(yè)開發(fā)工具。其開發(fā)的軟件可以發(fā)布到Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL(需要HTML5)、Windows phone 8和Android平臺，也可以利用Unity Web player插件發(fā)布網(wǎng)頁軟件，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁瀏覽[1-2]。

平臺軟件以功能模塊化進行搭建，學(xué)員可以在虛擬場景中通過交互設(shè)備進行相應(yīng)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，這樣可以滿足多人的教學(xué)需求。也可將軟件切換為練習(xí)和考試模式，滿足教學(xué)的所有需求。平臺建設(shè)目標和技術(shù)架構(gòu)如圖1—2所示。

圖1 虛擬仿真平臺建設(shè)目標

2 結(jié)語

本虛擬仿真實訓(xùn)平臺采用通過校企合作等手段，綜合運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)，通過模擬一個涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、工廠化對象背景、情景化真實操作、廣泛性教學(xué)的虛擬仿真實訓(xùn)中心，有效實現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)場與生產(chǎn)現(xiàn)場、教學(xué)內(nèi)容與工作內(nèi)容、考核與考證的對接，實現(xiàn)學(xué)校教育與社會需求的緊密結(jié)合，形成學(xué)校與企業(yè)及行業(yè)之間共建、共享、共營的局面，達到融專業(yè)教育與實踐實務(wù)為一體、融積累知識與提升能力為一體、融學(xué)習(xí)與樂趣為一體的目的。

圖2 虛擬仿真平臺技術(shù)架構(gòu)

該平臺為光伏發(fā)電類相關(guān)專業(yè)類課程的理論教學(xué)和實踐訓(xùn)練提供了不同層次需求的豐富的教學(xué)資源。增強了學(xué)生對光伏發(fā)電過程的整體認識。虛擬仿真技術(shù)具有的安全性、可重復(fù)性和開放性，不僅有效解決了實驗教學(xué)條件不足的問題，也有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)高技能復(fù)合型的人才[3-4]。