程晓涵

【摘 要】针对矿业类院校与企业合作建立虚拟仿真实现平台建设模式开展研究，总结了高校实践教学现存的普遍问题、企业发展需求和资源优势，提出创建校企合作的煤矿特色机械虚拟仿真实践平台的必要性；为保证平台的长久发展，探讨了详细的合作模式；提出了仿真平台总体的设计思路和功能模式，并以“矿山设备故障诊断实验模块”为例阐述了具体的实施策略，为矿业类院校更好的改善实践教学拓宽了思路，构建了一种校企双赢的模式。

【关键词】校企合作；煤矿特色；虚拟仿真；实践教学

中图分类号： G642.0 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0056-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.023

Exploration on the Construction Mode of Virtual Simulation Practice Platform for Coal Mine Characteristic Machinery Specialty by Promoting Cooperation School-enterprise Cooperation

CHENG Xiao-han

（School of mechanical electronic&information; engineering，China University of Mining and

Technology（Beijing），Beijing 100083，China）

【Abstract】Research on the construction mode of virtual reality simulation platform for cooperation between mining colleges and enterprises.This paper sums up the common problems existing in the practice teaching in Colleges and universities，the needs of enterprise development and the advantages of resources，and puts forward the necessity of creating a practical platform for the virtual simulation of coal mine characteristics.In order to ensure the long-term development of the platform，the detailed cooperation mode is discussed.The design idea and function model of the simulation platform are put forward，and the concrete implementation strategy is expounded with the example of the "fault diagnosis experiment module of mine equipment"，which broadens the thinking for the better practice teaching of the mining colleges and universities，and constructs a win-win model of school and enterprise.

【Key words】School-enterprise cooperation；Characteristics of coal mine；Virtual simulation；Practice teaching

0 引言

矿业类高等院校的教学目标是培养实践能力、创新能力强且安全意识高的研究型高级工程技术人才，而煤炭行业属于作业环境特殊的高危行业，为加强学生对行业背景的充分了解和适应能力，在本科教育阶段加强课堂理论教学的同时需要更加重视实践教学方面的建设。

虚拟现实技术是近年来发展起来的一项科学技术，它融合了计算机图形学、数字图像处理、人工智能、多媒体技术、传感器及并行处理技术等多个研究方向，能够营造出逼真的、具有沉浸感的三维场景，为使用者提供身临其境的体验，脱离时间地点的约束随时可登录使用，效率高、周期短、成本低，如充分利用引入实验教学中可以突破实体实验教学的诸多局限[1]。

1 创建校企合作的煤矿特色机械虚拟仿真实践平台的必要性

1.1 高校实践教学现有问题

目前，针对煤矿背景的机械工程专业的实践教学方便普遍存在着一下问题：（1）煤矿机械种类繁多、结构复雜且体积庞大，为节省实验占地面积，搭建的实验设备结构大大简化、体积缩小，学生无法体验感受真实的煤矿机械的作业状况，造成认知上的偏差；（2）科学技术的高速发展、知识发展和更新的速度大大加快的新形势下，教学资源、教学环境、组织方式、授课模式、教学方法和教学手段故步自封、老套陈旧，导致培养的学生知识面狭窄、创造能力不强、适应能力不好、综合素质不高，缺乏主动探索、主动发现形成结论的能力；（3）校企联系互动少，一般仅限于生产实习阶段极短时间的接触，且出于安全方面的考虑，学生没有机会到生产现场参观学习，只能借助培训基地和讲座的方式简单的交流，对学生知识面的拓展、综合实践能力的提高帮助很有限；（4）高校资金短缺跟不上高校招生规模的扩大以及科研任务的增加，而且实体实验室运行成本很高需要寻求其他共享资源来保障实验室建设[2]。

1.2 企业长远发展的需求

企业为了能在激烈残酷的市场竞争下求生存始终以最新的科技成果作为支撑，而企业想要保持长久的竞争优势必须保证其创造力，而创造力的来源就是高素质的技术人才，各大高等院校是各类人才培养的基地。因此，高校与企业合作共建实验室无疑是实现“优势互补、合作双赢、共同发展”目标的有效途径[3]。

1.3 有利的资源优势

中国矿业大学（北京）是煤炭特色高等教育的全国重点院校，拥有我国首家以能源与安全为特色的科技园 ——“中关村能源与安全科技园”和“中国矿业大学留学人员创业园”，并与北京市共建能源安全产业技术研究院，组成了学校产学研用及科技成果转化体系；另外科技园就位于校内，学生不需要高频校外甚至异地往返，避免了学校频繁组织交通车、组织成本高且可能存在安全等方面的问题，为创建校企合作的煤矿特色机械虚拟仿真实验平台提供了地理和资源的双重优势。

因此，创建校企合作的虚拟仿真平台加强与企业的互动势必能巩固、弥补并促进课堂理论教学和实体实验教学的效果，提高学生的综合素质，实现资源共享和优势互补。

2 合作模式

本着合作共赢的原则，为实现校企之间持久有效的良好合作关系，有必要构建一套责、权、利完备的合作模式。

（1）设立专门的管理部门

为将校企合作的煤矿特色虚拟仿真实践平台落到实处，应该从学校层面上设立专门的校企合作管理小组，并由教务处、科学技术研究院、发展规划与学科建设处、教育培训处以及学院教学院长和科研院长等成员组成。管理小组主要负责指导并接洽与企业合作的具体事宜[4]。

（2）校企合作，互惠共赢

企业需根据校方搭建煤矿特色虚拟仿真实践平台的需求，提供技术、信息、人员及设备资源的有力支持，并对具体资源利用进行授权；企业还可为校方教师提供专业的技术培训和服务。

校方利用自身科研和理论等方面的优势，为企业提供科研技术攻关、理论等方面的技术咨询和支持；中国矿业大学（北京）教育培训处、继续教育学院与国家和地方行政管理部门、煤炭企业联系较多，可以为企业提供促进合作的机会并为企业免费提供一些参加煤矿安全等方面培训学习的名额[5-6]。

（3）合作方案具体化

为确保校企合作实验平台项目的落地，应广泛听取校、企双方专家的意见和建议，详细落实校企合作的各个衔接点，设定实践项目的目标、内容和实施方案，双方的权利和责任具体化，保证合作模式能够稳定持久，并随着合作的日益成熟继续推进扩展。

3 虚拟仿真实践平台的总体设计和功能模式

3.1 总体设计思路

北京矿大能源安全科技有限公司是中国矿业大学（北京）全资公司，是推广辐射能源与安全领域企事业单位特有的成熟技术、优秀成果及产业项目的平台，公司下设节能减排中心、绿色开采中心等十余个工程技术中心，是展示能源与安全领域优秀成果的窗口。充分考虑到机电系下面设置的机械工程专业和测试计量技术及仪器专业的课程设置和特点，在总体规划设计中选择企业的教育培训中心、机电设备中心、矿山安全装备中心、矿山数字化建设中心、精密仪器中心和大型设备远程健康诊断中心共六个中心作为共建资源依托，充分争取各研究中心的设备、技术和人员等资源支持。虚拟仿真实践平台的总体框架设计如图1所示。

3.2 功能模式

（1）本科生主修课程实验全覆盖

在六大中心的资源支持下，结合机械系机械工程和测试计量技术及仪器两个专业的特点和需求，如图1所示促进校企合作的煤矿机械虚拟仿真实验平台共设置了五个功能模块：机械认知类实验模块、机械拆装类试验模块、矿山设备故障诊断实验模块、仪器仪表设计实验模块和监测监控实验模块，可以覆盖本科生一年级至四年级共二十多门主修课程的实验。

（2）大学生创新训练项目全支持

中国矿业大学（北京）为了促进我国高等教育传统观念的改变，营造鼓励学生积极探索、勇于创新的文化氛围，提出了“大学生科研选题训练项目”（简称“科研选题”）和“大学生创新训练项目”（简称“大创”），将科研项目作为载体、学生作为项目主体进行科学研究方面的训练。为使学生能够及时了解和吸收最前沿的科技信息，煤矿机械虚拟仿真实验平台充分利用各大中心特有的能源特色技术和产业项目为背景开展本科生训练项目的立项与实施工作，通过自由组队、自主选题、自行实验、重在过程的方式，以全面提升大学生综合素质和就业竞争能力[7-8]。

（3）辅助研究生课题开展

中国矿业大学（北京）本科生招生规模迅速扩大的同时，研究生的招生规模也在逐年扩大，面对持续扩招的压力，高校无法做到导师人数和科研项目的同比例增长[8]，如何在保证研究生原有理论学习和科研能力的同时进一步提高研究生的工程实践能力、增强研究生服务于国家和社会全方位综合性能力日益成为高校急需解决的问题[9-10]。能源安全产业技术研究院和北京矿大能源安全科技有限公司各工程技术中心有各种煤矿特色的合作项目、有充足的研发经费、有先进的科研仪器，能够使研究生的教育根植于真正的工程项目的沃土之上，对研究生课题的顺利开展起到有利的辅助推进作用[11-12]。

4 虚拟仿真实验平台资源建设实例

大型设备远程健康诊断中心拥有国内首个“大型矿山机电设备远程故障诊斷平台”，能够将合作的各大煤矿企业的各类大型机电设备（例如：轴流风机、提升机、振动筛等）的实时运行数据远程传送到北京的健康诊断中心进行处理分析，并在此基础上对设备的健康状况进行评估和预测，如图2和图3所示。因此，庞大真实的设备运行工况数据相对于实验数据来讲更加弥足珍贵，更能反映工程实际，可以为课程理论学习的理解和科研训练的开展起到强大的支撑作用。如此珍贵的数据资源在虚拟仿真实验平台资源建设过程中必定加以充分利用，在得到工程技术中心和相应的煤矿企业授权同意的前提下，将数据引入仿真实验平台的“矿山设备故障诊断实验模块”中。本科生可以利用该数据资源开展相关课程的实验教学内容，例如“现代信号处理技术”，也可以设置丰富的“科研选题”和“大创”项目，当然也可以为诸如数据分析、故障诊断、预知维护、模式识别等方向的研究生课题提供宝贵的工程实验数据，起到一举三得的教学效果。

5 结语

促进校企合作是培养研究型高级技术人才的重要途径，是增强学生工程实践能力和社会适应能力必不可少的环节。只有围绕人才培养要求和企业的发展，资源共享建立良好的合作平台，促进校企之间的技术交流，寻求双方利益的平衡点，才能发挥校企合作共建实验平台的优势，并促进双发合作健康、持续的发展。另外，随着该合作模式的不断实践还可以推广到采矿、地质等其他专业，建立综合性的大型实践教学平台。

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