基于虚拟现实仿真技术的轮机工程专业人才创新能力培养研究

于海杰

一、轮机工程专业人才创新能力培养现状

目前在国内轮机工程专业的教育过程中，无论教师的教育理念还是学生的学习理念都沒有跟随时代的发展而转变，普遍存在着对创新教育认识片面的问题。主要表现在：轮机工程专业教育被定义为职业教育，船上工作内容属于重复性劳动，没必要掌握太多的创新和理论知识；轮机工程专业是对传统技术的应用，技术已十分成熟，不需要更多的创新了，对轮机工程专业进行创新是十分困难的。但实际上创新无时无刻不体现在轮机工程专业教育工作中，发明新的航海仪器、试验成功新的技术固然是创新，但是轮机工程专业更多的创新来源于教育实践中对于新成果、知识、技术的应用，比如：船舶的节能减排方法、对航海仪器的创新应用、对船型进行优化、使用新能源、船舶故障分析与诊断的创新等。本文探讨基于虚拟现实仿真技术的轮机工程专业人才创新能力培养。

二、虚拟现实仿真技术——轮机模拟器

1.轮机模拟器系统组成

模拟器系统由五个模块组成，分别是：船舶电站系统、主推进系统、船舶辅助机械系统、教师控制台和服务器等。船舶电站系统主要模拟船舶发电机及其配电系统；船舶主推进系统模拟船舶主机及其相关的油、水和气系统；船舶辅助机械系统主要模拟海水淡化装置、船舶锅炉、舵机和污水处理系统；船舶的初始状态在教师控制台上设定，同时监控学生的操作，人为添加故障供学生判断和排除；服务器模块由各种船舶设备的数学模型组成，并产生仿真信号在其他模块上显示。如图1所示。

2.轮机模拟器逻辑结构

轮机模拟器逻辑结构包括：展现层、数据层、应用层、支撑层。如图2所示。

展现层：平台可提供半实物模拟和桌面模拟两种模式。半实物模拟包含通用模拟平台和半实物综合机舱，可在通用模拟平台上加载不同船型轮机模拟系统，实现“多种船型共用一套硬件”的效果。桌面模拟包含评估中心局域网，通过该网络对现场考生进行考试评估，也可通过web应用系统对社会船员提供训练和模拟评估功能。

应用层：为不同类型的船舶建立高精度的逻辑模型，并搭建相应的二维/三维模型应用场景，形成不同船型的模拟系统。轮机模拟系统可自由加载到桌面终端上。同时建设考试评估系统，满足船员评估、考试管理的需要。

数据层：将轮机模拟系统的数据资源存储在评估中心统一的数据库中，包括：各船型模拟系统变量、故障设置数据、场景数据、考题数据及考试记录等数据。在积累一定数据后，为大数据提供分析基础。

支撑层：轮机模拟评估平台利用船员评估中心的硬件资源运行，不配备独立的存储、计算设备。

三、轮机模拟器对学生创新能力的培养

轮机模拟器对学生实践能力的培养起着非常关键的作用[1]，可以弥补学生实践经验不足的缺点，加强学生动手能力训练。经过在轮机模拟器上进行反复训练后，可以有效化解学生实船训练时间不足的问题，学生毕业后能够更快地适应工作岗位。通过故障训练模式，提高学生的应变能力和处理紧急情况的能力，解决了只能依靠长期的海上实践经验积累才能提高判断决策能力的状况。因为存在一旦遇上重大故障就机毁人亡的危险，实船无法进行针对应急突发事件的训练，但是可以通过轮机模拟器进行训练。同时可以培养学生创新思维能力和解决实际问题能力。通过在模拟器上反复练习操作各种机电设备及对各种故障现象的处理，理论和实践相结合，拓展了学生的知识面，激发了学生的学习兴趣，提高了学生运用综合知识来解决实际问题的能力。引入模拟器教学需要对轮机工程专业课程体系及教学内容进行改革[2]。轮机工程专业课程存在内容重复的问题，需要对理论与实践教学内容分工不清的现象进行改善。以模拟器教学为核心，制订各专业课的课程大纲，重新编写课程内容，模拟器训练课开设在大学四年级，把分散的专业知识进行归纳总结，统一为一个有机的整体，达到培养学生的船舶操纵能力和总体认知能力的目的。模拟器教学可以培养学生的创新能力和创新思维。因为实船训练有很大的危险性， 学生操作必须循规蹈矩，同时机舱设备不能随意操作，无法对一些重大故障进行模拟。但是模拟器通过计算机仿真，可以模拟出各种故障工况， 供学生分析处理， 学生可以结合书本知识查找分析故障原因， 寻找解决问题的办法， 这种教学模式不但激发了学生的求知欲， 而且培养了学生的创新能力。

随着虚拟仿真技术的日益成熟和应用推广，应该充分发挥其在教学中的作用，修订相应的教学课程大纲，来弥补传统教学方法中学生创新能力培养不足的缺点。同时，广大教育工作者要纠正传统教学中对轮机工程专业学生创新能力培养的观念，注重实践教学，强化学生动手能力培养，提高学生综合素质，努力培养学生创新能力。

参考文献：

[1]冯志敏，王 颖，胡海刚.轮机模拟器的系统结构及教学模式研究[J].高等理科教育，2003（2）.

[2]蔡冬林.轮机模拟器教学与实践[J]. 航海教育研究，2006（3）.endprint