资源共享的智能制造虚拟实践教学平台建设浅析

南楠 高倩 孟凡文

摘  要：在现代社会中，智能制造技术、信息和互联网技术得到了越来越广泛的运用。对于教育而言，传统实践教学方式已经无法满足社会发展的需求，而且制约着学生发展，也影响企业和互联网的发展。在高职教育中，实践教学是至关重要的教学环节，为确保实践教学的质量必须结合智能制造与信息和互联网技术对实践教学模式不断进行创新，立足于信息和互联网技术建立资源共享度更高、更体现智能制造水平的虚拟实践教学平台，通过仿真实践满足人才培养的需求，促进学生专业技能与智能制造技术水平的不断提升。

关键词：智能制造;资源共享;信息化虚拟实践教学平台

虚拟实践教学平台的建设有利于促进教学方式的更新，有利于提高实验效率，降低空间对实践教学的限制，有效促进学生专业技能与智能制造技术水平的提升。通过建设资源共享的智能制造虚拟实践教学平台，在虚拟环境中开展实践教学，为学生营造更贴近生产实际的平台，可以进一步帮助学生实现专业知识的外化以及创新运用，满足智能制造背景下企业对高质量人才的需求。

一、高职院校实践教学中存在的问题

高职院校是人才培养的重要基地，对高职院校来说，实践教学是必不可少的教学方式，而实验室是保障实践教学的重要设施，但很多高职院校实验室的硬件设施与软件设施都还存在着很大的不足。首先学校专业众多，需要配置的实验室、实验器械非常多，加上很多专业实验设备价格昂贵，使得高职院校资金欠缺成为制约实践教学发展的一大因素;其次，因为场地的限制，高职院校能够配备的实验器械有限，无法满足所有学生参与实践教学的需求，又进一步地限制了实践教学效果。

在实践教学内容方面，存在着实践项目与社会实际发展、企业生产实际脱节的问题，部分实践项目的开展都只是对专业理论知识的验证，缺乏创新也不符合当前社会发展的要求。在实践教学过程中，也没有融合企业的生产理念、工作模式，没有将信息化、数字化、自动化等智能制造技术融入实践教学内容中，导致实践项目价值缩水。此外，各个专业之间的实践教学相互独立，没有形成共享、协作体系，无法促进学生的全面发展。在实践教学中，一些教师对实践项目开展效果的评价局限于实验报告，没有在实践过程中给予学生及时的监督与辅导，无法真正了解学生对专业技能与智能制造技术的掌握程度，在一定程度上影响着实践教学的效果。

二、虚拟实践教学平台建设

在智能制造背景下，互联网技术成为制造生产的重要技术，结合互联网技术中的云计算技术建设虚拟实践教学平台，能够使学生自主实验，同时也能够激发学生学习的主动性。为了提高实践教学效果，在平台建设时可以设计多种虚拟实践内容，为学生提供自测、准备、记录实践过程、记录上传及交流等功能，同时也为教师提供审阅和批改学生实践报告等功能。在虚拟实践教学平台中，学生能够做到根据自身需求进行自主实践学习，全面系统的虚拟实践教学平台能够满足学生智能制造技术与专业技能水平提升的需求。

（一）虚拟实践教学平台架构

以云计算为基础的虚拟实践教学平台主要分为服务器模块、公共服务层模块、客户端模块、扩展组件模块。其中服务器模块发挥着提供数据服务、功能服务的作用，例如用户登录、数据管理、远程管理等。应确保资源共享在时间和空间上的统一性，确保在平台中能够实现虚拟仿真实验资源数据的运行，保障虚拟仿真实验资源数据的交换，保障数据信息的同步性。公共服务模块为虚拟仿真实验的运行提供外围支持，例如数据获取、管理与分析，实验结果的展示、保存等。总之，它的作用在于对实验所产生的数据进行管理。客户端模块有两种模式，教师、学生可以根据登录端口进入虚拟实践平台，教师通过平台进行实验公布、资源配置、实践过程管理，学生通过平台进行虚拟实践。通过虚拟技术，融合智能制造软件NX、数字化制作系统等多种软件和系统，为学生实践提供虚拟仿真的实践平台。

（二）虚拟实践教学平台功能的实现

虚拟实践教学平台包含实践教学管理、学生管理、实验设备管理、实验室动态管理、平台交流、数据查询等多种功能，平台根据学生和教师的身份合理分配权限和功能，不同身份的用户根据权限和功能完成实践教学。学生可以在平台中完成了解实验内容、预习实验、记录实验过程、反馈实验报告等工作，教师通过平台可以完成评价学生实践成果、指导学生实践过程、提出完善意见等工作。

为了提高实践教学平台的仿真程度，在云计算虚拟平台中引入真实物理实践的细节属性，学生在此基础上借助3D虚拟智能制造设备进行虚拟实践，完成整个生产线的虚拟任务，最大化地提高虚拟实践的效果。为了提高虚拟实践与实际生产过程的吻合度，可以借助PLC对虚拟实践的生产线进行控制，在虚拟实践过程中，通过以太网完成PLC与实践平台的信息共享，一方面确保了虚拟实践的真实性，另一方面也为资源共享的虚拟实践教学平台的建设奠定技术基础。

三、资源共享的实现

以互联网技术为基础的虚拟实践教学平台的资源共享主要通过以下两方面实现。

（一）通过使用虚拟专用网络实现

虚拟专用网络是一种组网技术，能够实现远程访问。在虚拟实践教学平台中，学生可以通过访问实验室专用虚拟网络，建立虚拟网络联接，同时通过配置筛选器防止其他允许范围之内的数据包进入，在实现资源共享的同时保障网络安全。虚拟实践教学平台的访问人数需要限制，以此保障虚拟实践教学平台应用的即时性需求、学生对实践计算机的需求以及访问用户列表的实时动态刷新需求。根据实际需要选择路由器作为虚拟实践教学平台和校园网的网关，要保证数据高速转发，保證具有对实验资源进行合理分配、调度、控制及管理的功能。

（二）通过教学管理系统实现

教学管理系统包括学生信息、学生选课信息、实践软件申请管理、实践结果管理、实践资源下载等功能，通过学生选课信息功能能够对实践项目的各种信息进行详细理解。在登录完成后，学生能够获得联接虚拟实践教学平台的虚拟网络密码以及实践所需的软件系统授权码。在实践过程中，学生能够从教学管理服务器中对虚拟设备的3D建模信息进行下载，并通过虚拟网络联接指定IP地址的网关，实现智能制造虚拟实践教学平台的资源共享。

四、小结

智能制造背景下，以互联网云计算为基础建设虚拟实践教学平台，能够有效提高资源共享效果，同时通过虚拟实践，为学生提供了专业技能实践能力提升、智能制造技术提升的机会，是促进学生将理论转化为实践、将专业技能与智能制造技术相结合的重要实践平台。在高职院校中，建设资源共享的智能制造虚拟实践教学平台是目前高职教育创新和发展的必然方向，同时也是高职学生提高实践能力、社会适应力的关键。因此，研究资源共享的智能制造虚拟实践教学平台对于促进高职教育及高职学生的发展具有重要意义。

参考文献：

[1]房朝晖，于赫阳，李祺等.资源共享的智能制造虚拟实验教学平台建设[J].实验技术与管理，2017（4）.

[2]马秀飞，王柏华.虚拟仿真实验教学中心资源共享平台的建设[J].科技视界，2018（34）.

（作者单位：济宁职业技术学院）