人工智能背景下虚拟平台建设与完善路径研究

杨秋芬 陆燕

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2108-5640-5117

摘  要：本文研究人工智能背景下高职教育如何解决智能制造资源稀缺的现实难题，更好地助力湖南制造。先论述了虚拟仿真实验教学的必要性，然后在智能制造中采用虚实结合教学法的基础上提出虚拟实训平台流程图，最后结合专业群进行应用研究。解决了传统实践设备不足、实验室空间和时间限制、维护成本高、教学效率低等问题，通过虚拟平台，不仅调动了学生的学习积极性，但同时也激发了学生的创新思维能力，提高了教育效果，通过转变教学观念，为实践教育提供了一种新的教学方式。

关键词：人工智能  湖南智造  虚拟平台  路径研究

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0126-03

Research on Virtual Platform Construction and Improvement Path under the Background of Artificial Intelligence

YANG Qiufen  LU Yan

（Hunan Network Engineering Vocational College， Changsha， Hunan Province ，410004  China）

Abstract： This paper studies how to solve the practical problem of scarce intelligent manufacturing resources in the background of artificial intelligence， and better help Hunan intelligent manufacturing.It first discusses the necessity of virtual simulation experimental teaching， and then proposes the flow chart of the virtual training platform in intelligent intelligent manufacturing， and finally conducts application research combined with professional groups.Solved the traditional practice equipment， laboratory space and time limit， high maintenance cost， low teaching efficiency， through the virtual platform， not only mobilize the enthusiasm of students learning， but also stimulated the students' innovative thinking ability， improve the education effect， through the change of teaching concept， for practice education provides a new way of teaching.

Key Words： Artificial intelligence;Hunan Intelligent Manufacturing;Virtual platform;Path research

1  背景

习近平总书记在十九大报告中强调了数字产业转型的重要性。在“十四五”规划中，他还明确了机械制造、机械设备、3D打印、轻纺工业、纺织等核心领域的数字化、智能化与现代化发展要求。“中国制造2025”从中国智能制造发展边界开始，有效规划和部署了中国的智能制造发展。湖南省在智能制造的探索与实践中具有一定的先行优势。在深化湖南智能化生产发展的过程中，湖南职业教育作为应用型人才输出的重要输出力量，一直扮演着非常重要的角色[1]。

在推进智能制造深化发展、积极推进产业升级的过程中，湖南制造面临着资源稀缺的客观问题，从目前的实践来看，湖南智能制造企业不超过20家，智能制造车间不超过50个。可提供的设施、技术资源、产品资源和管理资源十分有限。同时，高职教育也面临着智能制造资源短缺的问题，面对当前智能制造资源相对稀缺、一体化发展基础不够坚实的目标，湖南高等职业教育与智慧湖南的深度融合，需要充分利用人工智能技术带来的发展变化，努力克服制造资源的局限性，形成新的合作与实践形式，为一体化发展提供更有力的支持[2]。

2  虚拟仿真实验教学的必要性

随着现代制造业向自动化、智能化的不断发展，以3D打印技术和机器人自动化制造技术为代表的智能制造技术发展迅速，工业产品设计信息与制造过程的集成是越来越高，系统复杂度越来越高。如果将真实设备用于实验教学，则存在以下问题：（1）智能制造设备价格昂贵，投资早，采购周期长，运行过程中水、电液等资源消耗大，设备进一步维护成本高，部分设备运行和污染风险高;（2）由于資金和学校空间有限，无法满足学生实际操作能力的需要，难以开展开放、独立的项目和创新性实验;（3）高质量的实验资源无法开放和共享，尤其是通过生产公司给予学生进入第一条生产线的时间和空间较少，生产实习难以达到预期效果。

3  虚实结合教学法

由于实验场地和设备有限，实验室只能组织一班教学和两人一组完成一个分部的项目。学生熟悉实验环境，查阅技术数据并制定技术方案，设备运行效率低，经常有人和其他设备等，因此，提高实验教学资源的利用率，允许不同学习阶段的学生在实验室使用不同的实验资源，成为实验室建设中必须解决的问题[3]。

利用虚拟现实仿真技术，在虚拟软件中展示智能制造生产线，并建立虚拟场景，对智能制造生产线机器人、智能仓储系统、AGV小车控制系统、柔性加工系统、生产线组装操作、自动分拣线操作、电子标签选择操作等模块。同时，对机械设计结构、电气系统设计、，系统操作培训和系统操作任务在每个实训培训模块中执行。最后，学生可以在非常小的生产线上进行操作和检查。

虚拟与现实相结合，充分实现科技物联网、自动化技术、网络技术等先进技术手段在教育中的应用，将知识与智能制造技能、工业工程与生产管理有机结合，将虚拟操作学习与实际操作验证相结合，帮助学生对智能制造和加工生产有全面、合理的理解，教学效果显著[4]。

4 虚拟平台建设与完善路径

主要基于人工智能技术、大数据技术和云计算技术，构建智能制造虚拟实验室平台。基于智能制造发展的需求，该平台将构建完善的虚拟培训体系、虚拟研发体系和完善的虚拟实践体系，为企业和专业教育提供专项实践培训、技术研发和培训对接，利用先進技术弥补资源匮乏，有效提高专业创新和职业培训的效率，进一步推动智能制造在虚拟层面上的推进和发展，基于虚拟实验室的平台建设将通过自身模块的不断调整和优化，通过开发调整渠道，按照构建粒度动态优化资源的基本方式，逐步成长为智能制造，突破发展的调整通道，使学校和企业能够在更有利的虚拟环境中不断实现协同创新和协同创造[5]。

虚拟现实结合了教学与训练的多种虚拟技术的集成，教学过程基于虚拟仿真的整个智能制造过程。首先，通过基于VR/AR技术的培训系统和产品加工过程的再现单元，学生了解并掌握产品的实际制造过程以及各种制造技术的原理和操作。根据柔性中心自动化生产线的加工能力，在此基础上，利用三维设计软件和有限元分析软件进行产品设计和可靠性分析。完成设计产品虚拟仿真过程的仿真后，在测试设备上完成产品的加工制造，最后通过虚拟装配和虚拟操作系统完成整个工艺流程和产品路线。

5  虚拟平台在专业群中的应用

依托在线教学平台，建设“1模型、2平台、4子库、4能力测评模块、5中心” 的互联网资源制作与服务专业群资源库。“1模式”是基于在线教学平台选择现有的专业教学资源库框架，包括4个模块：教学模块、实践能力提升模块、能力测评模块、对外展示与交流模块[6];“2大平台”分别是虚拟实训平台和创新创业平台;“4子库”为职业岗位虚拟体验库、业技能训练库、综合实践项目库、毕业设计主题库;“4能力测评模块”为技能抽查模块、技能竞赛模块、信息素养竞赛模块、1+X证书培训模块;“5中心”是思政中心、课程中心、微课中心、软件中心、素材中心。

5  结语

通过改变教学理念，运用仿真技术，有效缓解了实践教育中设备和空间资源不足的问题，不仅为实践教育提供了新的教学理念，同时也为探索智能生产背景下的虚拟仿真实践教学模式提供了参考。企业环境的虚拟实训平台为学生创造了丰富的学习条件，提供安全、可靠、低成本的岗位职业能力培训，能够有效地缩短学生与企业之间的距离，从根本上解决职业教育与行业发展脱节的问题，助力湖南制造。

参考文献

[1] 李清江，刘世爽，蒋莉，等.在“互联网+”和“中国制造2025”背景下的产教融合创新基地建设[J].实验技术与管理，2021，38（3）：242-245，250.

[2] 薛栋.智能制造数字化人才分类体系及其标准研究——美国DMDII的数字人才框架启示[J].江苏高教，2021（3）：68-75.

[3] 符青林，苏志鹏.颗粒化概念在教学资源建设中的内涵研究[J].现代职业教育，2021（1）：1-3.

[4] 李晶，杨立娟，陈雪峰，等.虚实结合的智能制造实践教学模式构建研究[J].高等工程教育研究，2020（6）：86-92.

[5] 李伟.智能制造时代高等职业教育现代化探析[J].职业技术教育，2020，41（28）：46-51.

[6] 董刚.“中国制造2025”视阈下高校制造业人才培养——以宁波市高校为例[J].中国高校科技，2020（9）：54-58.