VR技术在铁路职工培训中的应用

2018-03-23王甫江中国铁路上海局集团有限公司南京东车辆段

上海铁道增刊 2018年2期

王甫江中国铁路上海局集团有限公司南京东车辆段

随着我国铁路事业的快速发展，各种新技术、现代化装备不断推出，对铁路职工的专业技能和业务素质提出了更高更严格的要求。现有的传统培训教学手段已经不能适应当前铁路快速发展的需要，只有提出更新更适用的培训教学模式，才能高质量地完成铁路职工的培训工作。近年来，VR技术的广泛应用，虚拟现实培训教学作为一种新的培训教学模式，被越来越多的人所关注。在铁路职工培训中引入VR技术，将是实现铁路职工培训教育的新突破。

1 创新铁路职工培训模式的必要性

传统的培训教学模式已经不能适应当前铁路快速发展的需要。只有创新职工培训模式，提升培训教育质量，才能适应形式发展的需求。

1.1 实训设备、设施不足

近年来，随着铁路改革的发展，各段已经建立了职工技能演练基地，并配置了相应的电教设备、实物、模型、演练设施等，为技能培训工作奠定了一定基础。但存在场地不足，设备、设施不全等问题，严重制约了职工实作技能培训的组织开展，已经无法适应运输生产对职工培训提出的新要求。

1.2 工学矛盾突出

随着铁路的飞速发展，新技术、新工装不断更新发展，作业标准要求不断提高。职工及时掌握新工艺、新设备的迫切性与安全生产任务繁重的现实相矛盾，不可能长时间抽调生产一线职工参加培训学习，对现有培训模式提出了新要求。

1.3 传统的培训模式效率低下

近年来，大学毕业生成为铁路企业新员工的主要来源，新职工的注入提升了职工队伍文化素质，但也同时存在理论知识薄弱、实作技能水平低以及处置经验不足的现实问题。因此，为尽快使新职人员熟练掌握岗位技能成为职教培训重点。但传统的职工培训一般采用“课堂理论教学”+“基地实作示范”模式，培训时往往以“教师为主导”的教育形式，不能使职工自己动手操作，这势必会造成培训效率的低下，使职工失去对培训的兴趣。并且“师带徒”这种“家庭小作坊式”培训模式注定难以适应我国铁路的迅猛发展。

2 借助VR技术创新职工培训模式

2.1 VR技术概念

VR是虚拟现实（Virtual Reality）的英文简称，VR技术实际上是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。利用计算机生成一种模拟环境，向使用者提供视觉、听觉、触觉等多种感官刺激，通过头盔式显示器、手势（数据手套）、体势（数据衣服）和自然语言等方式与这一环境（以及其中的虚拟物体、人物）进行实时交互，带来一种身临其境的沉浸感受。

2.2 VR技术在教育培训领域的应用

随着信息技术的迅猛发展，新的教学媒体从出不穷，继多媒体之后，教育技术领域又出现了一个新型教学媒体，这就是虚拟现实（VR）技术。VR技术已经成功应用于军事、医学、工业、电力、以及危险性高的培训与演练领域。VR技术可以为学员提供多种非语言素材，文字、图形、图像、声音、动画有机地结合在虚拟环境中，全方位、多视角地呈现在学员面前。大大提高了学员学习的积极性和主动性，加深了学习者对学习内容的了解和掌握。

虚拟现实技术在教育教学上的应用，开创了"虚拟教学"的崭新领域，它是教育高科技的展示和体现，也是教育手段现代化、信息化的标志之一，有着极其广阔的应用前景。

2.3 将VR技术引入铁路职工教育培训领域

随着VR技术的广泛应用，虚拟现实培训教学作为一种新的培训教学模式，被越来越多的人们所认可。在铁路职工培训中引入VR技术，将是实现铁路职工培训教育的新突破。我段经过一年多的努力，成功开发了铁路货车检修运用VR模拟仿真培训系统，目前已进入运用阶段。

3 基于VR技术的铁路货车模拟仿真培训典型实践

3.1 应用VR技术助力新职人员培训

我段近5年分配的183名新职人员中，拥有本科及以上学历79人、高职学历104人，有130人为非铁路专业或与铁道车辆专业不相关，他们掌握车辆基础知识有限，短时间内无法熟练运用相关作业技能，不能适应铁路发展的新要求。因此，强化新职人员培训也逐步成为职工培训的重中之重。

3.1.1 运用车辆构造模块，助力新职人员对车辆各部配件的感性认知

新职工对铁路货车基础知识的掌握相对薄弱，需要我们帮助其尽快掌握相关基础知识，为岗位技能培训打下坚实基础。传统的职工培训方式都是通过平面图纸及文字介绍让职工去理解与记忆。

通过VR技术，车辆的各个部件能够立体完整地呈现在职工面前，展示铁路主型货车车辆各部件三维实景、配件名称、检修要求，增强职工对车辆结构新技术、新配件的认知，掌握检修工艺要求。每个分解后的车辆配件均可通过鼠标点击，查阅配件名称及运用、检修技术要求，有利于在职职工随时学习掌握车辆配件检修限度要求。具备三维旋转和推拉放大的功能，通过鼠标和滚轮的动作，实现对三维车辆配件进行360度的旋转和全景放大，职工还可以看到部件内部结构进，从内部去了解部件的工作原理。这样不仅能使职工快速地掌握车辆基础知识，也能开拓职工的见识，提高职工的学习兴趣。

目前该模块主要有以下几个方面的功能：（C70、P70H、GQ70、C80四种车型）车辆总成结构爆炸、车体结构爆炸、车钩缓冲装置爆炸、转向架爆炸、空气制动爆炸、基础制动爆炸等功能。

3.1.2 运用教学演练模块，助力新职人员实作技能培训与演练

在铁路职业培训中，有各类实作技能类培训，每种实作技能都有规定的作业标准和规范，职工必须按照作业标准和规范进行工作，否则会给铁路运营带来严重的安全隐患。

通过运用VR技术对现实铁路货车检车作业环境进行全面仿真，创建与现实场景类似的环境。学员戴上VR眼镜，眼前就会出现一个虚拟三维场景，随着自己头部的转动场景也不断变化，周围会出现仿真的花草、大地、路基、铁轨以及需要培训与演练用的铁路货车，感觉到自己就在真实的作业现场。让职工沉浸于"身临其境"的感受，大大提高了新职人员的学习兴趣，主动自觉进行实作技能培训。学员在演练过程中，只需要通过手柄、音箱等设备，就可以了解掌握货车的基本构造及检车作业流程、作业标准等。在该模块中可以在故障库中随机抽取5个故障，进行实作演练。可以通过手柄控制场景移动、旋转和放大，标定车辆出现故障的位置和类型。同时，可以查阅现实检车过程中发现的各种故障图片，加深实作演练人员对故障的辨别与认识。

通过这种创新的培训方式，可以使新职人员具备扎实的专业基础知识，了解铁路货车领域中新技术、新装备的技术原理及发展动态，知晓与其相关专业技术装备发展变化情况，增强应用新技术、新设备的紧迫感意识，提升解决实际问题的能力。从而更好地胜任具体的岗位工作，更加适应新时期铁路企业发展的需要。

目前该模块主要有以下几个方面的功能：检车作业教学（VR）、17型车钩缓冲装置分解、组装作业流程教学（三维动画）、120控制阀主阀分解组装作业流程教学（三维动画）、检车作业演练（VR）。

3.2 运用技能考核模块，助力考核形式的创新升级

考核不仅是检验培训效果的一个手段。同时，也能提高职工的工作能力，提高职工在工作执行中主动性和有效性。由于铁路的不断改革发展，站段的合并，铁路职工布局比较分散，导致了职工实作培训考核存在地域上的局限性。以往对职工日常技能培训和岗位技能达标培训效果的检验，通常采用的做法是利用业余时间以班组为单位集中进行实作考核。分别由两名监考人员现场对实作考试人员的作业表现进行打分，并填写实作记录单。这样耗费了大量的时间、人力和物力，且不容易组织。因此，改变现有的考核形式，才能提高工作效率，以适应铁路的快速发展。

借助VR技术，我们创建了一个检车作业流程化、标准化的考核系统，把传统的实作考核融入到培训系统中来，在虚拟环境中进行考核。这样的考核形式打破了时间和空间的限制，能做到培训、考核一起进行。而且，不再需要监考人员现场监考，保存实作记录单等，大大提高了工作效率，节约了培训成本。

目前运用技能考核模块具备网络远程实作技能考试功能。段、车间各级管理人员可以在后台设置技能考核的内容，在故障库中选择故障的类型和位置。职工通过VR系统参与实作技能考核，并且可以通过手柄标注发现的故障类型和位置，考核结束后，平台能够进行自动评分并保存记录，可以真实检验职工对实作技能学习的效果。