生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

劉 艷 周毓麟 徐立新 王貞佐 孟令軍 李臣亮

吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130012

學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行生物醫(yī)藥企業(yè)實(shí)訓(xùn)一直以來(lái)是各高校在人才培養(yǎng)方面的短板。一方面企業(yè)受產(chǎn)品質(zhì)量、工藝要求等制約，不愿也不能接納眾多學(xué)生到生產(chǎn)核心部位進(jìn)行生產(chǎn)學(xué)習(xí)。即使迫于種種關(guān)系接納了學(xué)生進(jìn)入車(chē)間，也僅僅是在環(huán)廊進(jìn)行講解。對(duì)于不得不接納的跟崗實(shí)習(xí)學(xué)生則采取安排到包裝、倉(cāng)庫(kù)等崗位進(jìn)行實(shí)習(xí)，無(wú)法接觸到生物醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)的核心崗位。另一方面因符合GMP(Good Manufacture Practices，藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范)[1]要求的生物醫(yī)藥生產(chǎn)車(chē)間建設(shè)耗資巨大，審核嚴(yán)格，同時(shí)不同產(chǎn)品還有不同的生產(chǎn)流程，高校無(wú)力建成，更無(wú)法健全。即使經(jīng)費(fèi)充足可以建立GMP車(chē)間，可除了教學(xué)沒(méi)有其他使用價(jià)值，還需要大量的經(jīng)費(fèi)用于維護(hù)，也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)不僅費(fèi)用小，易于實(shí)現(xiàn)，還能充分滿(mǎn)足教學(xué)要求。

1　生物醫(yī)藥企業(yè)實(shí)訓(xùn)虛擬仿真制作

當(dāng)代大學(xué)生已經(jīng)是“95后”為主力軍的團(tuán)體，他們成長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)化信息時(shí)代，是信息時(shí)代的優(yōu)先體驗(yàn)者。他們對(duì)網(wǎng)絡(luò)媒體、對(duì)視覺(jué)效果有更高的期望。為此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)涉及的室內(nèi)外環(huán)境、儀器設(shè)備、人員、產(chǎn)品等采用ZBrush進(jìn)行基礎(chǔ)模型[2]。ZBrush相對(duì)于傳統(tǒng)的Maya軟件在細(xì)節(jié)雕刻上更勝一籌，可以根據(jù)需要進(jìn)行材質(zhì)、光照等的渲染，增加體驗(yàn)感[3]。同時(shí)應(yīng)用ZBrush制作出的產(chǎn)品在運(yùn)行時(shí)更加流暢，符合當(dāng)代學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度的要求?；A(chǔ)模型制作好后導(dǎo)入3ds Max進(jìn)行修整、合并、優(yōu)化。3ds Max是基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)制作和渲染軟件，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，可降低制作成本。3ds Max優(yōu)化后的結(jié)果通過(guò)3d-coat軟件進(jìn)行貼圖，將虛擬實(shí)驗(yàn)涉及的真實(shí)圖片進(jìn)行粘貼。3d-coat將真實(shí)圖片通過(guò)法線、置換等方式輸出更符合實(shí)際顏色、質(zhì)感的三維圖像。最后通過(guò)Unity軟件將前期的內(nèi)容進(jìn)行整合。虛擬實(shí)驗(yàn)用到的音頻和視頻素材采用AE軟件進(jìn)行編輯和剪輯，然后也導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中整合。最后通過(guò)C#語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)3D交互步驟，實(shí)現(xiàn)視角控制、燈光控制、人物行走控制以及最終的程序界面設(shè)計(jì)等(如圖1所示)。

圖1　生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真制作流程圖

生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)_本采取寫(xiě)實(shí)方式。制作正確的操作步驟，在虛擬軟件中編寫(xiě)成可操作的腳本，人員與場(chǎng)景中的環(huán)境、儀器設(shè)備以及室內(nèi)外環(huán)境(包括溫度、濕度、光照等)等進(jìn)行融合，轉(zhuǎn)化成虛擬仿真界面。并能夠?qū)崟r(shí)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中原理及實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化，在表現(xiàn)手法上以交互互動(dòng)手段來(lái)增加軟件的智能化、現(xiàn)代化水平。

2　生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)

生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是基于NET技術(shù)開(kāi)發(fā)，采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器模式)架構(gòu)。訪客、學(xué)生、教師、管理員等各級(jí)用戶(hù)通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行各種使用和管理操作，方便易行。管理員可進(jìn)行用戶(hù)管理和權(quán)限分配；教師組織考核，查詢(xún)考核等；學(xué)生通過(guò)身份認(rèn)證，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等操作；訪客僅能瀏覽(如圖2所示)。各級(jí)用戶(hù)根據(jù)授權(quán)管理權(quán)限可進(jìn)行相應(yīng)的操作，如添加、修改、保存、刪除、查詢(xún)、導(dǎo)出、打印等。平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，并留有二次開(kāi)發(fā)整合接口，可將后續(xù)開(kāi)發(fā)的功能模塊集成到原有系統(tǒng)中，具有良好的開(kāi)放性和擴(kuò)展性。

圖2　各級(jí)用戶(hù)訪問(wèn)權(quán)限圖

平臺(tái)分為前端操作和后臺(tái)管理兩大部分，后臺(tái)管理又包含后臺(tái)運(yùn)行和數(shù)據(jù)中心。平臺(tái)采用英特爾?至強(qiáng)?處理器(指標(biāo)不低于E5-2620v3 2.4 GHz，15 M 緩存，8.0GT/s QPI，Turbo，HT，8C/16T (85 W) 最大內(nèi)存2 133 MHz，確保各級(jí)用戶(hù)與中心數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)和數(shù)據(jù)交換可在1秒內(nèi)完成，一般統(tǒng)計(jì)、報(bào)表查詢(xún)等不超過(guò)3秒，后臺(tái)數(shù)據(jù)批處理時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)完成?？赏瑫r(shí)滿(mǎn)足2 000人使用。平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，為信息化教育與管理提供基礎(chǔ)。

3　后臺(tái)管理

后臺(tái)管理是平臺(tái)順利運(yùn)行的根本保障，也是生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的核心，包括后臺(tái)運(yùn)行和數(shù)據(jù)中心兩部分。后臺(tái)的使用運(yùn)行主要有三類(lèi)不同的人員：管理員、教師、學(xué)生。管理員負(fù)責(zé)用戶(hù)管理，并具有權(quán)限分配權(quán)利，也是保障平臺(tái)順利運(yùn)行的關(guān)鍵人員；教師可進(jìn)行學(xué)生查詢(xún)和考核查詢(xún)，通過(guò)后臺(tái)檢驗(yàn)并掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的情況；學(xué)生可以通過(guò)虛擬仿真操作庫(kù)進(jìn)行學(xué)習(xí)與考核，進(jìn)入后臺(tái)可進(jìn)行考核查詢(xún)，了解自己學(xué)習(xí)的程度。用戶(hù)庫(kù)和虛擬仿真操作庫(kù)構(gòu)成了后臺(tái)數(shù)據(jù)中心(如圖3所示)。

圖3　生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后臺(tái)管理

4　師生共建

通常虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)采取與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)公司合作模式，教師提出制作想法、素材，網(wǎng)絡(luò)公司技術(shù)人員進(jìn)行制作開(kāi)發(fā)。這種合作的弊端不僅僅是費(fèi)用高額，還存在教師與軟件開(kāi)發(fā)人員因?qū)I(yè)的不同，溝通不暢，想法不能充分實(shí)現(xiàn)。同時(shí)產(chǎn)品一旦制作出來(lái)，網(wǎng)絡(luò)公司即可復(fù)制、翻版銷(xiāo)售給其他單位，教師的精力與智慧投入將付之東流。為此采取師生共建、資源共享的方式制作維護(hù)生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。

4.1　分部建設(shè)

一個(gè)生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)涉及多個(gè)部分，海量?jī)?nèi)容，制作繁雜。為此將整個(gè)實(shí)訓(xùn)分解成若干個(gè)部分分別建設(shè)。依據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型分類(lèi)，包含的片劑、膠囊劑、水針、凍干粉針等不同生產(chǎn)流程。并將生物醫(yī)藥企業(yè)涉及的空氣凈化系統(tǒng)和工藝用水制備系統(tǒng)等輔助配套設(shè)施進(jìn)行拆分建設(shè)。

4.2　組合團(tuán)隊(duì)

由不同工藝主講教師分別帶隊(duì)，行業(yè)專(zhuān)家和企業(yè)技術(shù)骨干作為顧問(wèn)，吸引愛(ài)好動(dòng)漫的本專(zhuān)業(yè)學(xué)生和動(dòng)漫專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)學(xué)生一同參加。工藝主講教師有較深的理論基礎(chǔ)并熟知教學(xué)大綱要求。行業(yè)專(zhuān)家和企業(yè)技術(shù)骨干有豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)今大學(xué)生成長(zhǎng)在動(dòng)漫高速發(fā)展的時(shí)代，生物醫(yī)藥等專(zhuān)業(yè)中也有大量的學(xué)生在業(yè)余時(shí)間研究動(dòng)漫，讓他們與專(zhuān)門(mén)從事動(dòng)漫專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)學(xué)生一同參加，使虛擬仿真實(shí)訓(xùn)需要完成的教學(xué)內(nèi)容充分實(shí)現(xiàn)。在制作過(guò)程中學(xué)生不僅可以拓展知識(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和創(chuàng)新精神。

4.3　資源共享

借助綜合院校多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，租借計(jì)算機(jī)學(xué)院、理化研究所等的部分高速運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)器，完成虛擬仿真后臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)及管理。這樣既節(jié)省了費(fèi)用，又確保平臺(tái)運(yùn)行的穩(wěn)定。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)是教育信息化不斷拓展和深入的一個(gè)重要舉措，也充分反映了教育的創(chuàng)新與變革。生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)將在高校師生、行業(yè)專(zhuān)家、企業(yè)技術(shù)與管理人員的多方參與下，不斷完善。使其不僅適于高校實(shí)踐教學(xué)，還將適合企業(yè)人員培訓(xùn)等多個(gè)方面，做到教育普及化、公平化。

[1]刁龍翔.新建QC實(shí)驗(yàn)室GMP管理規(guī)范化建設(shè)與實(shí)踐[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2015.

[2]羅文華,邱家學(xué),林英戰(zhàn).GMP實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng)[J].藥學(xué)教育,2007,23(6):45-48.

[3]于偉,紀(jì)芳.基于ZBrush的數(shù)字雕塑綜合實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015,32(5):180-183.