生物医药企业虚拟仿真实训平台建设

刘 艳 周毓麟 徐立新 王贞佐 孟令军 李臣亮

吉林大学生命科学学院 吉林长春 130012

学生到企业进行生物医药企业实训一直以来是各高校在人才培养方面的短板。一方面企业受产品质量、工艺要求等制约，不愿也不能接纳众多学生到生产核心部位进行生产学习。即使迫于种种关系接纳了学生进入车间，也仅仅是在环廊进行讲解。对于不得不接纳的跟岗实习学生则采取安排到包装、仓库等岗位进行实习，无法接触到生物医药企业生产的核心岗位。另一方面因符合GMP(Good Manufacture Practices，药品生产质量管理规范)[1]要求的生物医药生产车间建设耗资巨大，审核严格，同时不同产品还有不同的生产流程，高校无力建成，更无法健全。即使经费充足可以建立GMP车间，可除了教学没有其他使用价值，还需要大量的经费用于维护，也是对资源的极大浪费。生物医药企业虚拟仿真实训平台的建设不仅费用小，易于实现，还能充分满足教学要求。

1　生物医药企业实训虚拟仿真制作

当代大学生已经是“95后”为主力军的团体，他们成长在网络化信息时代，是信息时代的优先体验者。他们对网络媒体、对视觉效果有更高的期望。为此虚拟仿真实验涉及的室内外环境、仪器设备、人员、产品等采用ZBrush进行基础模型[2]。ZBrush相对于传统的Maya软件在细节雕刻上更胜一筹，可以根据需要进行材质、光照等的渲染，增加体验感[3]。同时应用ZBrush制作出的产品在运行时更加流畅，符合当代学生对于网络速度的要求。基础模型制作好后导入3ds Max进行修整、合并、优化。3ds Max是基于PC系统的三维动画制作和渲染软件，价格低廉，操作简单，可降低制作成本。3ds Max优化后的结果通过3d-coat软件进行贴图，将虚拟实验涉及的真实图片进行粘贴。3d-coat将真实图片通过法线、置换等方式输出更符合实际颜色、质感的三维图像。最后通过Unity软件将前期的内容进行整合。虚拟实验用到的音频和视频素材采用AE软件进行编辑和剪辑，然后也导入Unity3D中整合。最后通过C#语言编写程序实现3D交互步骤，实现视角控制、灯光控制、人物行走控制以及最终的程序界面设计等(如图1所示)。

图1　生物医药企业虚拟仿真制作流程图

生物医药企业虚拟仿真实验脚本采取写实方式。制作正确的操作步骤，在虚拟软件中编写成可操作的脚本，人员与场景中的环境、仪器设备以及室内外环境(包括温度、湿度、光照等)等进行融合，转化成虚拟仿真界面。并能够实时模拟真实实验过程中原理及实验参数的变化，在表现手法上以交互互动手段来增加软件的智能化、现代化水平。

2　生物医药企业虚拟仿真运转平台

生物医药企业虚拟仿真实验是基于NET技术开发，采用B/S(浏览器/服务器模式)架构。访客、学生、教师、管理员等各级用户通过Web浏览器进行各种使用和管理操作，方便易行。管理员可进行用户管理和权限分配；教师组织考核，查询考核等；学生通过身份认证，可进行实验等操作；访客仅能浏览(如图2所示)。各级用户根据授权管理权限可进行相应的操作，如添加、修改、保存、删除、查询、导出、打印等。平台采用模块化设计，并留有二次开发整合接口，可将后续开发的功能模块集成到原有系统中，具有良好的开放性和扩展性。

图2　各级用户访问权限图

平台分为前端操作和后台管理两大部分，后台管理又包含后台运行和数据中心。平台采用英特尔®至强®处理器(指标不低于E5-2620v3 2.4 GHz，15 M 缓存，8.0GT/s QPI，Turbo，HT，8C/16T (85 W) 最大内存2 133 MHz，确保各级用户与中心数据库响应和数据交换可在1秒内完成，一般统计、报表查询等不超过3秒，后台数据批处理时间在1小时内完成。可同时满足2 000人使用。平台运行稳定，为信息化教育与管理提供基础。

3　后台管理

后台管理是平台顺利运行的根本保障，也是生物医药企业虚拟仿真实训平台的核心，包括后台运行和数据中心两部分。后台的使用运行主要有三类不同的人员：管理员、教师、学生。管理员负责用户管理，并具有权限分配权利，也是保障平台顺利运行的关键人员；教师可进行学生查询和考核查询，通过后台检验并掌握学生学习的情况；学生可以通过虚拟仿真操作库进行学习与考核，进入后台可进行考核查询，了解自己学习的程度。用户库和虚拟仿真操作库构成了后台数据中心(如图3所示)。

图3　生物医药企业虚拟仿真实验后台管理

4　师生共建

通常虚拟仿真实验的建设采取与网络设计公司合作模式，教师提出制作想法、素材，网络公司技术人员进行制作开发。这种合作的弊端不仅仅是费用高额，还存在教师与软件开发人员因专业的不同，沟通不畅，想法不能充分实现。同时产品一旦制作出来，网络公司即可复制、翻版销售给其他单位，教师的精力与智慧投入将付之东流。为此采取师生共建、资源共享的方式制作维护生物医药企业虚拟仿真实训。

4.1　分部建设

一个生物医药企业虚拟仿真实训涉及多个部分，海量内容，制作繁杂。为此将整个实训分解成若干个部分分别建设。依据产品类型分类，包含的片剂、胶囊剂、水针、冻干粉针等不同生产流程。并将生物医药企业涉及的空气净化系统和工艺用水制备系统等辅助配套设施进行拆分建设。

4.2　组合团队

由不同工艺主讲教师分别带队，行业专家和企业技术骨干作为顾问，吸引爱好动漫的本专业学生和动漫专业的高年级学生一同参加。工艺主讲教师有较深的理论基础并熟知教学大纲要求。行业专家和企业技术骨干有丰富的生产实践经验。当今大学生成长在动漫高速发展的时代，生物医药等专业中也有大量的学生在业余时间研究动漫，让他们与专门从事动漫专业的高年级学生一同参加，使虚拟仿真实训需要完成的教学内容充分实现。在制作过程中学生不仅可以拓展知识，还培养了学生的团队合作意识和创新精神。

4.3　资源共享

借助综合院校多学科的优势，租借计算机学院、理化研究所等的部分高速运转服务器，完成虚拟仿真后台的运转及管理。这样既节省了费用，又确保平台运行的稳定。

虚拟仿真实验的建设是教育信息化不断拓展和深入的一个重要举措，也充分反映了教育的创新与变革。生物医药企业虚拟仿真实训平台建设将在高校师生、行业专家、企业技术与管理人员的多方参与下，不断完善。使其不仅适于高校实践教学，还将适合企业人员培训等多个方面，做到教育普及化、公平化。

[1]刁龙翔.新建QC实验室GMP管理规范化建设与实践[D].济南:山东大学,2015.

[2]罗文华,邱家学,林英战.GMP实训模拟系统[J].药学教育,2007,23(6):45-48.

[3]于伟,纪芳.基于ZBrush的数字雕塑综合实验研究[J].实验技术与管理,2015,32(5):180-183.