郭晨忱，王中立

（安徽职业技术学院 建筑工程学院，安徽 合肥 230061）

2021 年7 月，我校“高分子材料生产工艺及其装备制造职业教育示范性虚拟仿真基地”入围教育部职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目名单，探索产教融合、校企合作方式，加强政策支持和经费保障，动员各方力量支持项目建设[1-3]。

1 建设目标

（1）构建“线上+线下”混合实训教学平台

线下通过场地环境的升级、改造，配合交互式硬件设备建设以及符合学校特色的文化建设，结合线上虚拟仿真资源，匹配集中式、分组式、探索式等多种教学形式，实现以实带虚、以虚助实、虚实结合的实训设施与虚拟仿真技术的深度融合，形成智能制造领域文化知识的传播热点与体验中心，打造符合我院办学要求、主题鲜明的“线上+线下”混合实训教学平台。

（2）打造理、虚、实一体化课程体系和课程团队

综合运用包括交互式媒体、数字展览技术和虚拟仿真技术、传统媒体等多种形式，与虚拟仿真资源相适应，根据课程特点与要求，合理制定理、虚、实一体化的教学大纲与教学方案，打造理、虚、实一体化课程体系和课程团队，支撑多专业、多学科课程的教学与实训；充分发挥虚拟仿真的优势以及在理论教学与实物实训中的衔接作用，解决理论教学中抽象知识点难以描述、难以表达，实物实训中“不敢”“不能”“不够”“不便”“不广”“不全”的问题，培养产业急需的高素质技术技能人才。

（3）建立校企共建共享机制，促进产教融合

依托智能制造虚拟仿真研创中心，建成师生创作队伍、校企运营团队，充分应用虚拟仿真研创中心和虚拟仿真开发工具，完成课程教学资源的创作；结合研创中心的运营机制、激励机制，对内推动教师与学生联合开发、自主创新；对外承接企业项目，强化校企合作和对外服务，并不断引进行业企业的项目与经验、科技公司的人才与技术，确立院校、行业企业、科技公司的“三方共建共享机制”，实现专业课程教学资源的大范围共建共享，促进产教融合。

2 建设架构

“高分子材料生产工艺及其装备制造”虚拟仿真模拟系统根据专业人才培养方案对学生技能培养和工作岗位需求，制定实训教学大纲，对于真实实训平台无法开展的高危险、高成本、高污染以及虚实结合的实训项目，开展虚拟仿真实训教学。结合新能源汽车和家电领域高分子材料生产工艺的技术特点，包含高分子材料合成虚拟仿真实训系统等3个子系统，高分子材料合成工艺仿真模块等14个模块，覆盖机械类、化工类、材料类共21个专业共51门实训类课程。“高分子材料生产工艺及其装备制造”虚拟仿真模拟系统具体架构如图1所示。

图1 “高分子材料生产工艺及其装备制造”虚拟仿真模拟系统具体架构图

依托虚拟仿真实训基地建设，整合现有的传统实训平台及设备，加强虚拟现实技术实训部分的结合，构建资源融合充分、结构体系完整、专业特色鲜明的实训教学平台，并对现有的虚拟仿真实训人才培养模式、课程体系等进行创新与改革，探索现阶段制造类专业综合性实训课程教学改革、提高制造类实训课程的兴趣度与学业挑战度，构建全方位、系统性实训培养体系，推进信息技术和教育教学深度融合，充分利用虚拟仿真技术创新制造类专业实训教学模式。

3 典型虚拟仿真系统功能与应用效果

3.1 系统一：高分子材料合成虚拟仿真实训系统

（1）高分子材料合成工艺仿真模块

功能：主要针对聚氯乙烯工厂的生产流程、工艺进行仿真学习。通过佩戴VR头盔或者主动3D眼镜配合3D立体显示LED大屏在逼真的聚氯乙烯工厂内根据地标指引进行漫游，从而了解整个聚氯乙烯生成的过程，主要设备的构成及作用。通过对聚氯乙烯生产过程中乙炔的生成净化、氯乙烯的合成及压缩、精馏、聚合、沉析、离心、干燥等生产过程的虚拟仿真学习，能够了解到更多的核心工艺和设备性能。比如聚氯乙烯生产过程的主要设备聚合釜是由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、轴封装置、支撑锅盖、电加热油夹管、支承及传动装置、轴封装置等组成，并配套有电加热棒及测温、测压表，其作用是用于乳液的聚合，聚合时刻单釜间歇生产，也可以多釜串联进行连续生产。

效果：聚氯乙烯生产过程具有污染、有害、高温等不安全因素，即便是简单的认识实习也要花费较高的成本，且只能在工厂相关负责人的带领下按指定路线进行参观，使这个实习、实训效果大打折扣，甚至很难开展。通过该虚拟仿真的形式，使学生能够更深入地了解聚氯乙烯的工艺、设备，可以通过交互完成生产过程中投料配比的计算、设备的操作等，使学生在巩固理论知识的同时提高了动手能力。

（2）高分子材料合成多功能控制实训仿真模块

功能：针对聚氯乙烯生产过程中的一些关键系统的工作原理和控制特点，通过采用计算机三维建模的方式，再现在生产现场无法看到的工作原理和客观规律，比如抽真空系统、聚合反应系统、浆料汽提系统、干燥系统、废水汽提以及氯乙烯回收系统。通过Unity 实现操作过程的交互动作，使教学与实训很好地结合。

效果：使用虚拟现实技术+控制系统、测量系统插件使同学们通过真实的控制系统软件、测量系统软件完成虚拟工艺的设备控制及数据测定，打破了硬件实训空缺，同时大大提高了学习效率，降低了教学成本，而且在虚拟实训学习过程中可以进行虚拟交互操作，使学生掌握基本的控制及测量的操作方法。

3.2 系统二：高分子材料生产工艺虚拟仿真实训系统

（1）注塑成型工艺虚拟仿真模块

功能：在一个虚拟的注塑车间场景下，以3D形式呈树形结构展示注塑机的组成，以3DmAX 等比例建模渲染制作而成的虚拟注塑机模型，鼠标点击到任何一个部件即会弹出该部件的名称，通过Unity 实现操作过程模拟交互，操作过程完全与真实注塑机相同。同时具备成型试模功能，对以各种原因导致的缺陷成品进行分析，比如配色原理分析、填充过程分析、保压过程分析、流道平衡分析等。

效果：通过软件的学习，可以使学生通过虚拟操作掌握虚拟注塑机的结构组成及操作，并通过软件练习及考核功能达到熟练掌握的程度，体现职业教育技能为本的重要教学目标，另外可以通过典型缺陷成品的分析了解可能出现的原因，理实结合，大大提高学生对工艺成型的掌握。

（2）挤出成型工艺虚拟仿真模块

功能：选取典型的挤出成型案例，模拟单螺杆挤出机物料输送、熔融、成型过程,并获得相应的初始数据。利用ANSYS软件对物料塑性变形进行模拟,分析模拟结果。利用虚拟现实技术模拟全流程的造粒过程，包括挤出过程的动画演示、配比计算、常见故障的处理、对工艺过程中的设备进行如嵌入式星型螺杆挤出机等结构进行结构爆炸、工作原理、作业注意事项和安装布置过程进行动画展示。

效果：通过贯穿整个挤出成型工作过程的模拟案例，使学生系统地学习到挤出成型工艺中的典型设备，生产过程中出现的常见故障处理，成品过程中造成缺陷的重要因素等。学生可以在虚拟环境下扮演检修人员进行排故处理，扮演分析人员对缺陷进行分析，并调整参数使成品恢复正常，大大提高了学生的参与程度，激发学生的学习兴趣。

（3）压延成型工艺虚拟仿真模块

功能：以聚氯乙烯的压延案例过程为主线进行模拟仿真，软件中通过自动控制压延主机及供料系统、前后联动装置和加热冷却装置等辅机完成聚氯乙烯压延过程。其中设计压延辊筒库，库内包括自压延辊筒诞生以来的二辊压延机、三辊压延机、四辊压延机、L 型和倒L型压延机及现代高速化、精密化、高自动化、机构多样化的压延机。学生可以根据不同的设计来体验其不同年代压延机制造成品的不同，体验时代的进步和工业的迅猛发展。

效果：通过虚拟压延过程的动画演示，使学生了解压延工艺的整个流程，通过基础知识环节学习对其中的主、辅设备进行认知了解，通过反复的虚拟操控练习及考核达到熟练操作的水平。辊筒设计环节添加了思政元素，以不同年代的典型辊筒设计、成型演示，使学生了解工艺、设备的同时体会工业的发展及科技进步步伐，从而激发学生努力专研、科技兴邦的良好思想。

（4）其他成型工艺虚拟仿真模块

功能：针对其他的成型工艺（如吹塑成型、浸塑成型、吸塑成型、滚塑成型）进行统一UI设计，整合为一个模块。主要对四种成型的工艺及主要装备进行仿真。每种工艺均采用3D 动画进行工作过程的仿真，每台设备均链接结构认知及作用介绍功能。

效果：通过四种工艺的3D 演示可以让学生直观地了解如何通过该工艺从原料到成品的生产过程。通过点击设备获取设备信息，掌握设备的作用、结构、特性。

4 结论

高职院校有针对性、计划性地建设示范性虚拟仿真实训基地，能够有效提升教师信息化教育教学手段的应用能力，优化信息化教学资源，满足学生的信息化教学需求，从而为培养高素质的应用型复合人才奠定基础。