基于虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的輪機(jī)工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

于海杰

一、輪機(jī)工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前在國(guó)內(nèi)輪機(jī)工程專業(yè)的教育過程中，無(wú)論教師的教育理念還是學(xué)生的學(xué)習(xí)理念都沒有跟隨時(shí)代的發(fā)展而轉(zhuǎn)變，普遍存在著對(duì)創(chuàng)新教育認(rèn)識(shí)片面的問題。主要表現(xiàn)在：輪機(jī)工程專業(yè)教育被定義為職業(yè)教育，船上工作內(nèi)容屬于重復(fù)性勞動(dòng)，沒必要掌握太多的創(chuàng)新和理論知識(shí)；輪機(jī)工程專業(yè)是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，技術(shù)已十分成熟，不需要更多的創(chuàng)新了，對(duì)輪機(jī)工程專業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新是十分困難的。但實(shí)際上創(chuàng)新無(wú)時(shí)無(wú)刻不體現(xiàn)在輪機(jī)工程專業(yè)教育工作中，發(fā)明新的航海儀器、試驗(yàn)成功新的技術(shù)固然是創(chuàng)新，但是輪機(jī)工程專業(yè)更多的創(chuàng)新來(lái)源于教育實(shí)踐中對(duì)于新成果、知識(shí)、技術(shù)的應(yīng)用，比如：船舶的節(jié)能減排方法、對(duì)航海儀器的創(chuàng)新應(yīng)用、對(duì)船型進(jìn)行優(yōu)化、使用新能源、船舶故障分析與診斷的創(chuàng)新等。本文探討基于虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的輪機(jī)工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)——輪機(jī)模擬器

1.輪機(jī)模擬器系統(tǒng)組成

模擬器系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成，分別是：船舶電站系統(tǒng)、主推進(jìn)系統(tǒng)、船舶輔助機(jī)械系統(tǒng)、教師控制臺(tái)和服務(wù)器等。船舶電站系統(tǒng)主要模擬船舶發(fā)電機(jī)及其配電系統(tǒng)；船舶主推進(jìn)系統(tǒng)模擬船舶主機(jī)及其相關(guān)的油、水和氣系統(tǒng)；船舶輔助機(jī)械系統(tǒng)主要模擬海水淡化裝置、船舶鍋爐、舵機(jī)和污水處理系統(tǒng)；船舶的初始狀態(tài)在教師控制臺(tái)上設(shè)定，同時(shí)監(jiān)控學(xué)生的操作，人為添加故障供學(xué)生判斷和排除；服務(wù)器模塊由各種船舶設(shè)備的數(shù)學(xué)模型組成，并產(chǎn)生仿真信號(hào)在其他模塊上顯示。如圖1所示。

2.輪機(jī)模擬器邏輯結(jié)構(gòu)

輪機(jī)模擬器邏輯結(jié)構(gòu)包括：展現(xiàn)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、支撐層。如圖2所示。

展現(xiàn)層：平臺(tái)可提供半實(shí)物模擬和桌面模擬兩種模式。半實(shí)物模擬包含通用模擬平臺(tái)和半實(shí)物綜合機(jī)艙，可在通用模擬平臺(tái)上加載不同船型輪機(jī)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“多種船型共用一套硬件”的效果。桌面模擬包含評(píng)估中心局域網(wǎng)，通過該網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)考生進(jìn)行考試評(píng)估，也可通過web應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)社會(huì)船員提供訓(xùn)練和模擬評(píng)估功能。

應(yīng)用層：為不同類型的船舶建立高精度的邏輯模型，并搭建相應(yīng)的二維/三維模型應(yīng)用場(chǎng)景，形成不同船型的模擬系統(tǒng)。輪機(jī)模擬系統(tǒng)可自由加載到桌面終端上。同時(shí)建設(shè)考試評(píng)估系統(tǒng)，滿足船員評(píng)估、考試管理的需要。

數(shù)據(jù)層：將輪機(jī)模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)在評(píng)估中心統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括：各船型模擬系統(tǒng)變量、故障設(shè)置數(shù)據(jù)、場(chǎng)景數(shù)據(jù)、考題數(shù)據(jù)及考試記錄等數(shù)據(jù)。在積累一定數(shù)據(jù)后，為大數(shù)據(jù)提供分析基礎(chǔ)。

支撐層：輪機(jī)模擬評(píng)估平臺(tái)利用船員評(píng)估中心的硬件資源運(yùn)行，不配備獨(dú)立的存儲(chǔ)、計(jì)算設(shè)備。

三、輪機(jī)模擬器對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

輪機(jī)模擬器對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)起著非常關(guān)鍵的作用[1]，可以彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的缺點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力訓(xùn)練。經(jīng)過在輪機(jī)模擬器上進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練后，可以有效化解學(xué)生實(shí)船訓(xùn)練時(shí)間不足的問題，學(xué)生畢業(yè)后能夠更快地適應(yīng)工作崗位。通過故障訓(xùn)練模式，提高學(xué)生的應(yīng)變能力和處理緊急情況的能力，解決了只能依靠長(zhǎng)期的海上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累才能提高判斷決策能力的狀況。因?yàn)榇嬖谝坏┯錾现卮蠊收暇蜋C(jī)毀人亡的危險(xiǎn)，實(shí)船無(wú)法進(jìn)行針對(duì)應(yīng)急突發(fā)事件的訓(xùn)練，但是可以通過輪機(jī)模擬器進(jìn)行訓(xùn)練。同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和解決實(shí)際問題能力。通過在模擬器上反復(fù)練習(xí)操作各種機(jī)電設(shè)備及對(duì)各種故障現(xiàn)象的處理，理論和實(shí)踐相結(jié)合，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問題的能力。引入模擬器教學(xué)需要對(duì)輪機(jī)工程專業(yè)課程體系及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革[2]。輪機(jī)工程專業(yè)課程存在內(nèi)容重復(fù)的問題，需要對(duì)理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容分工不清的現(xiàn)象進(jìn)行改善。以模擬器教學(xué)為核心，制訂各專業(yè)課的課程大綱，重新編寫課程內(nèi)容，模擬器訓(xùn)練課開設(shè)在大學(xué)四年級(jí)，把分散的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，統(tǒng)一為一個(gè)有機(jī)的整體，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的船舶操縱能力和總體認(rèn)知能力的目的。模擬器教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。因?yàn)閷?shí)船訓(xùn)練有很大的危險(xiǎn)性， 學(xué)生操作必須循規(guī)蹈矩，同時(shí)機(jī)艙設(shè)備不能隨意操作，無(wú)法對(duì)一些重大故障進(jìn)行模擬。但是模擬器通過計(jì)算機(jī)仿真，可以模擬出各種故障工況， 供學(xué)生分析處理， 學(xué)生可以結(jié)合書本知識(shí)查找分析故障原因， 尋找解決問題的辦法， 這種教學(xué)模式不但激發(fā)了學(xué)生的求知欲， 而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

隨著虛擬仿真技術(shù)的日益成熟和應(yīng)用推廣，應(yīng)該充分發(fā)揮其在教學(xué)中的作用，修訂相應(yīng)的教學(xué)課程大綱，來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的缺點(diǎn)。同時(shí)，廣大教育工作者要糾正傳統(tǒng)教學(xué)中對(duì)輪機(jī)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的觀念，注重實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，努力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮志敏，王 穎，胡海剛.輪機(jī)模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及教學(xué)模式研究[J].高等理科教育，2003（2）.

[2]蔡冬林.輪機(jī)模擬器教學(xué)與實(shí)踐[J]. 航海教育研究，2006（3）.endprint