基于VR技術(shù)的危化品物流虛擬仿真實驗體系設(shè)計與實踐研究 ——以N學(xué)院為例

近年來，隨著VR技術(shù)的改進(jìn)，特別是清晰度和沉浸度的優(yōu)化，其在在高校實驗實踐教學(xué)中的開發(fā)和應(yīng)用條件已全面具備。同時，VR技術(shù)具有的視覺、聽覺、觸覺多種方式與實驗對象進(jìn)行“沉浸式”互動交流的方式更是為改善高校實驗體驗和實踐質(zhì)量提供了保障。

應(yīng)用型高校復(fù)合型、應(yīng)用型和實踐型這一人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)需要加強(qiáng)實驗實踐環(huán)節(jié)的工作力度、改善實驗實踐的條件。寧波作為我國七大石化產(chǎn)業(yè)基地，2022年全市石化工業(yè)總產(chǎn)值首次突破5000億元，綠色石化更是被列入寧波十四五規(guī)劃中的重點發(fā)展領(lǐng)域。臨港綠色石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量的?；肺锪魅瞬??；谝陨媳尘?，結(jié)合N學(xué)院?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)中的實踐教學(xué)體系進(jìn)行分析，以期在技術(shù)、需求等條件具備的前提下探索應(yīng)用型高校專業(yè)化人才的實踐能力培養(yǎng)途徑。

1  ?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)的現(xiàn)實需求

從1957年現(xiàn)代化工行業(yè)在寧波立足開發(fā)以來，截止到2022年寧波石化行業(yè)已經(jīng)形成了石化區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)和大榭開發(fā)區(qū)“三駕馬車”齊頭并進(jìn)的高質(zhì)量綠色發(fā)展格局。寧波石化行業(yè)2021年度行業(yè)年度工業(yè)總產(chǎn)值首超4000億元，2022年度這一指標(biāo)已超5000億元。

作為寧波石化行業(yè)的配套產(chǎn)業(yè)——寧波?；肺锪鳟a(chǎn)業(yè)也到得到了長足發(fā)展。寧波市現(xiàn)有危險貨物道路運(yùn)輸企業(yè)128家，登記在冊的一線從業(yè)人員超過10000人，共有注冊車輛6200輛，年運(yùn)輸量近4000噸。除此之外，寧波周邊地區(qū)以鎮(zhèn)海煉化、阿克蘇-諾貝爾化學(xué)、LG甬興為代表的眾多化工企業(yè)在經(jīng)營過程中面臨著原料和產(chǎn)品中?；犯哔|(zhì)量管理的壓力，需要在保持產(chǎn)能的前提下提升?；穫}儲的管理能力。上述現(xiàn)實環(huán)境亟需行業(yè)更新或升級相應(yīng)的物流設(shè)施設(shè)備環(huán)境，升級以后規(guī)范化的物流管理對危化品物流專業(yè)人才的需求更為強(qiáng)烈。

2  危化品人才培養(yǎng)中實踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)實困境

2.1  傳統(tǒng)實驗實踐設(shè)施更新頻繁、成本高

?；肺锪髟O(shè)施可以分為：場地、室內(nèi)物流設(shè)施、室內(nèi)安全設(shè)施、室外專用交通工具、儲存和運(yùn)輸罐體、專用管道、管理系統(tǒng)等組成部分。為了構(gòu)建與實際設(shè)施一致的實驗實踐設(shè)施，傳統(tǒng)意義上高校往往采用實物、模型等方式建設(shè)相應(yīng)的實驗設(shè)備和環(huán)境。這種模式首先受到了目前物流設(shè)施快速發(fā)展的沖擊，以立體倉庫為例，其運(yùn)輸工具及管理系統(tǒng)都根據(jù)不同時期的技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展和升級過程。如果高校按照現(xiàn)實物流設(shè)施的發(fā)展情況不斷更新傳統(tǒng)物流實驗設(shè)備，在成本、技術(shù)和場地上是不可能實現(xiàn)的。

2.2  校外實踐基地作用有限

?；肺锪餍Ｍ鈱嵺`基地在各校多點開花、普遍存在，但在實際運(yùn)作過程中基地作用的發(fā)揮受到了多種掣肘。這些掣肘首先是隨著原有的校外實踐基地在現(xiàn)代企業(yè)制度改革過程中股份化、私有化，對與高校聯(lián)合共建實踐基地工作的支持力度有較大幅度下降。其次是校外實踐基地中各項安全管理措施的加強(qiáng)對高校學(xué)生在危化品物流一線從事實際操作業(yè)務(wù)形成了較大障礙。第三，高校教師績效考核方案中對教師參與校外實踐基地建設(shè)的激勵力度不足，影響了高校教師參與校外實踐基地工作的積極性。

2.3  課程實驗的實踐性不足

?；肺锪魅瞬诺呐囵B(yǎng)方案中多數(shù)課程安排了實踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，但是在實際教學(xué)中多數(shù)為演示性實驗，有些課程受限于實驗的專業(yè)性甚至采用播放視頻的方式讓學(xué)生熟悉行業(yè)一線的基本要求。這種缺乏設(shè)計類的實驗內(nèi)容影響了學(xué)生的參與程度，無法適應(yīng)目前?；肺锪魅瞬排囵B(yǎng)的現(xiàn)實需求。

2.4  實驗課程考核方式過于主觀

目前多數(shù)課程仍然以實驗報告作為主要考核方式，這種考核結(jié)論需要教師進(jìn)行主觀給分，影響了考核結(jié)果的客觀性，使學(xué)生忽視對實驗重要性的認(rèn)識。

3  ?；肺锪魈摂M仿真實驗教學(xué)體系的設(shè)計思路

3.1  必要性與重要性

危險化學(xué)品物流是物流管理和物流工程等專業(yè)類別課程體系中物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計、物流系統(tǒng)仿真、運(yùn)輸?shù)乩?、倉儲與配送管理、貨物包裝技術(shù)等課程的重要教學(xué)內(nèi)容，也是?；肺锪鱾}儲企業(yè)實際工作培訓(xùn)的重要方面。危險化學(xué)品物流教學(xué)工作是實踐性非常強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)校教學(xué)中，物流管理和物流工程專業(yè)學(xué)生不僅有系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計的內(nèi)容，同時在倉儲與配送管理、貨物包裝技術(shù)等課程中，都有危險化學(xué)品物流的實際訓(xùn)練需求；在社會培訓(xùn)層面，危化品物流有著廣泛社會需求，能更好地適應(yīng)?；肺锪鞯墓ぷ饕蟆?/span>

3.2  教學(xué)目的

通過仿真交互的方式促進(jìn)學(xué)生掌握?；废嚓P(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)、使用范圍和選用依據(jù)，了解其倉儲結(jié)構(gòu)、布局形式方法；學(xué)生通過沉浸式的虛擬仿真實驗掌握氣液體?；返墓艿牢锪鞒绦蚺c要求，培養(yǎng)其獨(dú)立設(shè)計氣液體危化品物流規(guī)劃的能力；學(xué)生利用“準(zhǔn)”實時的信息和數(shù)據(jù)掌握危險化學(xué)品配送企業(yè)的全套經(jīng)營管理要求；學(xué)生通過虛擬仿真實驗了解并掌握危險化學(xué)品物流的特有要求，如日常安全巡查、應(yīng)急處理等，為學(xué)生進(jìn)入相關(guān)企業(yè)打下扎實的基礎(chǔ)；通過系統(tǒng)的實驗和學(xué)習(xí)，本質(zhì)目的在于促進(jìn)學(xué)生利用所學(xué)的知識進(jìn)行設(shè)備選型、作業(yè)流程規(guī)劃以及倉儲管理設(shè)計等，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.3  實驗體系的原理

危化品物流虛擬仿真實驗體系是N學(xué)院借國家產(chǎn)教融合建設(shè)工程的東風(fēng)，緊密結(jié)合寧波地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展重點和熱點建設(shè)而成，實驗體系由?；穫}儲虛擬仿真實驗項目、VR?；肺锪鲗嶒炂脚_、校企合作?；肺锪鲗崟r實驗平臺和危化品罐體管道及存儲實驗平臺四部分組成。

?；穫}儲物流虛擬仿真實驗項目是浙江省2020年省級虛擬仿真實驗教學(xué)項目，項目以寧波某物流有限公司的?；穼嶋H倉儲環(huán)境及系統(tǒng)為模擬場景，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)，真實還原了防爆叉車、防爆隔離墻、全方位監(jiān)控安放系統(tǒng)、泡沫聯(lián)用滅火系

統(tǒng)、地牛、集液槽等物流設(shè)施設(shè)備，真實模擬了?；穫}儲管理系統(tǒng)及入庫前準(zhǔn)備、入庫、在庫管理和出庫全流程。

VR?；肺锪鲗嶒炂脚_是國家產(chǎn)教融合工程建設(shè)項目，具體包括 ：后臺管理子系統(tǒng)、倉儲全面學(xué)習(xí)子系統(tǒng)、倉儲子系統(tǒng)、倉儲運(yùn)營實操子系統(tǒng)。管理子系統(tǒng)管理主要用于實驗主要用于實驗任務(wù)分配和評分任務(wù)任務(wù)分配和評分任務(wù)；新手教學(xué)子系統(tǒng)包含VR環(huán)境的初次體驗、VR環(huán)境的360°全景瀏覽；?；穫}儲全面學(xué)習(xí)子系統(tǒng)含危化品倉庫內(nèi)外景瀏覽及設(shè)計、安全措施及其全景展現(xiàn)；?；啡?、出庫和在庫管理的各類要求展現(xiàn)；?；穫}儲互動操作子系統(tǒng)：按學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)容具體安排入庫、在庫和出庫的學(xué)生互動實驗，要求按VR的技術(shù)特點實施互動實驗。包括入庫編輯、條碼編輯、轉(zhuǎn)運(yùn)編輯、物料盤點、安全巡視、事故安全、危化品出庫七種互動環(huán)節(jié)。

VR?；肺锪鲗嶒炂脚_擁有實驗場地200㎡，含主機(jī)、頭盔和手柄在內(nèi)的VR實驗硬件設(shè)施15套，實驗空間設(shè)培訓(xùn)機(jī)位36套 ，可以同時容納36名學(xué)生進(jìn)行VR沉浸式實驗。

?；肺锪鲗崟r實驗平臺為校企合作實驗項目，合作方是寧波市最大的專業(yè)危化品物流企業(yè)之一。危化品物流實時實驗平臺基于合作企業(yè)的?；肺锪髌髽I(yè)專業(yè)信息化系統(tǒng)，融合ERP（企業(yè)資源計劃）、OA（辦公自動化）、Workflow（工作流）、TMS（運(yùn)輸管理系統(tǒng)）、WMS（倉儲管理系統(tǒng)）等系統(tǒng)功能，量身打造一套符合公司全面信息化管理需要的系統(tǒng)。在合作企業(yè)專業(yè)化管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為了免于干擾企業(yè)的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，?；肺锪鲗崟r實驗平臺在專業(yè)化管理系統(tǒng)之外另行設(shè)立并建立隔離，手工定期更新實驗平臺的數(shù)據(jù)，最快能實現(xiàn)T+1的數(shù)據(jù)對接。

危化品罐體、管道及存儲實驗平臺針對?；肺锪髦泄艿肋\(yùn)輸和罐體儲存的要求，結(jié)合寧波青峙液化碼頭和大榭石化碼頭的實際運(yùn)作情況委托開發(fā)形成。實驗平臺含墻面動態(tài)管道布局、沙盤、專業(yè)實驗軟件系統(tǒng)和環(huán)屏三維投影系統(tǒng)。具體包括：氣體罐體及管道儲運(yùn)實驗平臺、液體罐體及管道儲運(yùn)實驗平臺和配套的?；穬\(yùn)AR監(jiān)控系統(tǒng)。配套系統(tǒng)中預(yù)留了各種專業(yè)接口能滿足實踐中二次開發(fā)和數(shù)據(jù)共享等專業(yè)服務(wù)需要。

4  特色及創(chuàng)新

4.1  緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求

基于VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系在危化品配送管理方面采用了合作企業(yè)的“準(zhǔn)”實時業(yè)務(wù)、信息和數(shù)據(jù)，由于合作企業(yè)背靠華東重要石油化工企業(yè)——鎮(zhèn)海煉化，其業(yè)務(wù)、信息和數(shù)據(jù)在行業(yè)內(nèi)具有頭部地位，這一校企合作模式能為實驗體系提供最新、最接地氣的實驗基礎(chǔ)；在?；穫}儲管理、VR危化品物流實驗平臺的設(shè)計過程中立足于寧波周邊的頂尖樣本，其“頂尖”包括了規(guī)?！按蟆?、管理“優(yōu)”及流程“新”的特點。體系的這些特點滿足了緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求。

4.2  實現(xiàn)“本地化”、“沉浸式”的VR場景環(huán)境

基于VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系提供了以寧波青峙?；反a頭為樣本定制的本地化VR實驗軟件，實驗軟件中的場地、罐體、碼頭、液化船舶均以樣本的實際場景為基礎(chǔ)開發(fā)，很好地體現(xiàn)了“本地化”的創(chuàng)新特色；實驗體系中設(shè)有12間半封閉式的VR實驗空間，學(xué)生利用VR頭盔、VR手柄、鍵盤、鼠標(biāo)等計算機(jī)設(shè)備和VR系統(tǒng)能夠沉浸在逼真的虛擬仿真場景中進(jìn)行物流實驗操作，更加形象直觀地體驗與熟悉危化品物流作業(yè)。與此同時，實驗體系還配備了虛擬現(xiàn)實場景人機(jī)交互硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實內(nèi)容控制屏幕和虛擬現(xiàn)實內(nèi)容呈現(xiàn)屏幕進(jìn)行連接和互動，解決實際教學(xué)中虛擬數(shù)據(jù)難于交互、難于理解、難于修改的問題，滿足實際教學(xué)所需。

4.3 二次開發(fā)提供創(chuàng)新設(shè)計條件

基于VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系中VR?；肺锪鲗嶒炂脚_和氣液危化品儲運(yùn)實驗平臺均提供二次開發(fā)功能，學(xué)生可以通過平臺進(jìn)行相關(guān)實驗內(nèi)容和流程的二次開發(fā)，并將二次開發(fā)成果導(dǎo)入兩大實驗平臺以驗證二次開發(fā)成果的可行性。其中，氣液?；穬\(yùn)實驗平臺更是形成了開放式的氣液體危化品物流中區(qū)內(nèi)管道、閥門、加壓泵、罐體、流量計、長輸管道、槽罐車等設(shè)備的外形、尺寸和安全參數(shù)體系，也能提供學(xué)生新設(shè)參數(shù)或外形的編輯功能，有利于學(xué)生根據(jù)新的氣液體?；穬\(yùn)要求完成后續(xù)開發(fā)，二次開發(fā)后平臺能為之形成相應(yīng)的氣液體?；穬\(yùn)情景，并能完成對應(yīng)二次開發(fā)成果的驗證。

4.4  滿足產(chǎn)教融合建設(shè)的需求

基于VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系在設(shè)計和建設(shè)過程中充分考慮了應(yīng)用型高校進(jìn)行產(chǎn)教融合內(nèi)涵建設(shè)的需要：?；肺锪鲗崟r實驗平臺在設(shè)計和建設(shè)時就由高校和地方龍頭企業(yè)精誠合作，更是開創(chuàng)了利用合作企業(yè)“準(zhǔn)”實時數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗的先河；實驗體系中的四個平臺能提供給校內(nèi)教師接觸實際工作環(huán)境和管理要求的機(jī)會，也能為專業(yè)教師、研究生或高年級本科學(xué)生開展應(yīng)用研究和科技服務(wù)提供有效支持；實驗體系的四個平臺利用其高度仿真和符合實際應(yīng)用的特點開展專業(yè)危化品物流、化工安全等方面的專業(yè)培訓(xùn)，并已發(fā)揮了實驗體系回饋社會的作用。

4.5  改進(jìn)實驗教學(xué)模式、激勵學(xué)習(xí)方法創(chuàng)新

基于VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系能提供多環(huán)節(jié)、多層次的實驗項目，滿足師生從選定項目出發(fā)進(jìn)行實驗教學(xué)的需要，從課前學(xué)生預(yù)習(xí)及教師備課，到實驗時學(xué)生及教師與實驗體系的信息溝通，以及師生對實驗平臺提供信息的反饋，通過一系列實驗項目的訓(xùn)練與完成，能不斷改進(jìn)實驗教學(xué)的模式。同時實驗系統(tǒng)具有自主性、綜合性和專業(yè)設(shè)計性特點，在實驗平臺中建立了危化品固定場地倉儲、室外堆場、氣液化專業(yè)碼頭、?；放渌腿鞒獭⑽；穼I(yè)碼頭等?；肺锪鲌鼍?，學(xué)生在實驗中能發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新能力。

5  結(jié)  語

物流技術(shù)的飛速發(fā)展需要高校提供相應(yīng)的實驗實踐設(shè)施，這些設(shè)施的頻繁更新需要大額的投入，有限的財力導(dǎo)致了高校實驗設(shè)施與行業(yè)實際應(yīng)用的脫節(jié)。而智能化、信息化水平的提升，為?；肺锪鲗嶒烍w系的創(chuàng)新提供了新的思路?；?/span>VR技術(shù)的?；肺锪魈摂M仿真實驗體系提供了創(chuàng)新性的實驗平臺，VR技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用能及時應(yīng)對行業(yè)實際應(yīng)用的快速更新要求，網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化和沉浸式的實驗條件提升了師生開展?；肺锪鲗嶒灥姆e極性?？梢灶A(yù)見的是隨著時間的推移和社會的需求，?；肺锪鲗嶒烍w系將會繼續(xù)變革和進(jìn)步，不斷探索出新的教學(xué)模式應(yīng)用到實踐中去，為經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

文章來源：《物流科技》  http://00559.cn/w/jg/30901.html