智慧工厂+虚拟仿真混合式实践教学模式探索

2024-01-06阚希张红燕曹海啸朱灵龙

新闻研究导刊 2023年24期

阚希张红燕曹海啸朱灵龙

摘要：智慧工厂是指利用物联网、大数据、人工智能等技术手段，将传统生产制造业转型升级为智能化的生产模式。随着智能制造产业的快速发展，智慧工厂成为当前制造业改革的热点之一。然而，高校在传统的实践教学模式下，存在教学与实际生产脱节等问题。通过采用虚拟仿真技术，学生可以在一个仿真的环境中进行实验操作和工藝流程调整，不仅降低了实践成本和学生安全风险，还提供了更多的重复实践机会。混合式实践教学模式结合了虚拟仿真和传统实践操作，在教学过程中可以提供更加全面和灵活的学习方式，学生可以通过虚拟仿真进行预习和实验，掌握基础知识和技能，然后在真实的生产环境中进行实践操作和应用，巩固和提升所学内容。文章采用混合式实践教学模式的方法，将传统的理论教学与实践操作相结合，提供更加全面和有效的学习体验。这种模式不仅可以提升学生的学习效果，还可以降低学习成本和风险。智慧工厂与虚拟仿真混合式实践教学模式的探索能够提供更加全面和灵活的学习方式，培养具备实际操作能力和创新思维的人才，促进生产制造业转型升级。因此，文章提出“线上线下”“虚实结合”的方式，旨在探索智慧工厂与虚拟仿真混合式实践教学模式，对推动智能制造发展和促进产学研结合具有重要意义。

关键词：混合式教学；虚拟仿真；课程实践；智慧工厂；虚实结合

中图分类号：G652；G434 文献标志码：A 文章编号：1674-8883（2023）24-0054-03

基金项目：本论文为2023年度江苏高校哲学社会科学研究一般项目“大学生学业成绩对初次就业能力影响的统计学分析与研究”成果，项目编号：2023SJYB0918

智慧工厂是指利用先进的信息技术[1]，通过实时数据采集、分析和处理，实现工厂生产过程的自动化、智能化和高效化，覆盖物联网、大数据、人工智能、机器人等一系列高新技术领域[2]。因此，智能制造业对各领域学科交叉型技术人员的需求极大，工作人员需要对智慧工厂的生产工艺流程有全面、系统的深入了解。为了满足智慧工厂对所需人才的知识与技能需求，本文探索了集理论、虚拟仿真、实际操作为一体化的智慧工厂虚拟仿真实践教学模式[3]，着重从智慧工厂虚拟仿真系统的探索、实践教学体系的构建等方面入手，模拟工厂的实际场景，基于真实的工作岗位、选取典型的企业案例、模仿真实的生产过程，培养与社会需求相一致的应用型专业人才[4]。

为此，本研究首先设计了一套具有可行性和可操作性的智慧工厂虚拟仿真方案，实现对生产过程的实时监控、优化和控制。然后，构建完善的实践教学体系，以实际操作为核心，以理论教学为基础，以虚拟仿真为辅助，实现三者有机融合。通过该体系，学生可以在掌握理论知识的同时，提高实际操作能力和解决问题的能力，更好地适应企业的实际需求。通过引导学生参与这种需要团队合作的实践项目，激发他们的创新意识和团队协作精神，提高他们的综合素质和团队协作能力。

一、智慧工厂虚拟仿真的必要性

（一）解决实体实验设备投入高的问题

智慧工厂的占地面积大，必须建设专用厂房，生产线的价格昂贵，设备的维护费用高昂，而且对环境要求极高，这些条件在实际教学中是无法满足的。而本项目投入较少，可复用现有的实验室，维护成本低，且无环境污染，能够很好地解决实体实验成本高昂的问题[5]。

（二）解决实体实验动手机会少的问题

由于实体智慧工厂多为无人化工厂，有极其严格的准入制度，不仅申请程序烦琐，而且工厂接纳实习的人数很少，关键是绝大多数只提供参观，学生根本没有机会动手实践。而本项目以真实工厂为对象，通过AR技术，把智慧工厂搬进课堂，搬出书本，通过手机、PAD、PC等终端[6]，学生可以随时随地开展智慧工厂虚拟实训，能够很好地解决赴实地工厂实训效率低下的问题[7]。

（三）解决实体实验安全系数低的问题

智慧工厂由大量生产线组成，大型设备多、载荷大，运动部件重量大，学生操作有较高的安全风险。本研究利用增强现实（AR）技术将工厂的实物对象虚拟化，即能够让学生获得沉浸式的体验效果，又可以很好地解决学生的安全问题[8]。