电工技能与实训仿真篇1
关键词：阶段仿真教学法；仿真技术；技能实训；循序渐进
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2014）12-0166-03
中等职业教育的电子、电工技术专业知识大致可分为电路原理、知识应用、实训操作、综合技能、岗位认知等五个阶段知识目标，与之对应的有原理分析、实际应用、技能标准、综合素质、岗位操作等五个阶段技能目标。采取怎样的教学方法实现这五个阶段知识和技能目标，是信息化条件下课程改革和教法创新的重要课题。我校电子技术教研组和计算机专业教师组成仿真攻关团队（以下简称为仿真团队），在承担广东省中职教学资源重点建设项目“电工仿真实训平台”开发过程中，配合电工专业教学，运用阶段仿真教学法开发了“嵌入式”工学结合人才培养网站平台。项目包括电工基础知识与技能学习、教学资源共享、各级课程资源包、核心技能课程、课程考核中心和评价模型等，具备系统数据互通、用户认证功能，方便学生上网自主学习、技能训练，方便教师及时了解学生掌握综合技能情况。运用该网络平台开展日常教学，促进我校学生维修电工中级证考试通过率从89%提高到97%，也方便更多中职学生借助该实训平成电工五个阶段技能训练。
仿真教学法实践效果对比
（一）仿真教学法对学生知识点掌握有明显的促进作用
照明技术专业的镇流器工作原理知识点教学效果对比见表1。
由表1可见，2007届、2008届照明班课堂讲授为主，学生对知识点掌握效果区别不大，而2009届引入仿真教学法后，课堂讲授和仿真演示辅助教学使学生对“电感镇流器”知识点掌握程度平均提高14.3%，“电子镇流器”知识点掌握程度平均提高11.85%，“两种镇流器性能比较”知识点掌握程度平均提高8%，综合比较教学效果得到明显提升。
（二）阶段仿真教学法对学生系统知识掌握有明显的促进作用
在认识到仿真教学法明显提高学生对知识点掌握效果的基础上，2011年仿真团队针对维修电工等级考证开发了电工仿真实训软件。该实训软件注重音效、视觉、3D交互三方面的有机结合，对学生自主建构维修电工系统知识有很好的促进作用，以电动机控制电路安装、维修技能操作实训教学为主要开发对象，通过人机交互式操作突出实训内容，帮助学生完成理解电路原理、识别电工器材、实现电路连接、分析故障和线路维修各阶段的体验学习。另外，将维修电工职业评级考核标准作为仿真实训过程的评价依据，使学生通过实时评价功能及时了解是否正确完成线路连接、故障判断，激励学生反复操作，达到熟练掌握实训项目的教学目标。电工仿真实训教学法使用效果对比见表2。
以上两个例证说明，在中职电工专业基础理论和技能实训的不同阶段教学中，引入仿真教学法能明显改善教学效果。
阶段仿真教学法的提出
学生对专业知识的积累过程，也是教师教学引导、辅助的过程。教学满足学生知识积累需要，容易达到教学目标；教学滞后学生知识积累需要，不易达到教学目标；教学超过学生知识积累需要，教学目标受到干扰。那么，什么样的教法能更有效地满足学生知识积累需要呢？
第一，以教为主。在这个关系中学情、知识、技能定义为事物发展变化的内因，学情成为主要内因，教法为外部条件，内因与外部条件是否协调是主要矛盾，在以教为主的环境下，易导致教法效果不理想的结果。
第二，以学为主。在这个关系中，将教的外化转为学的内化，对应的教学方式是引导学生自主学习、合作学习，学习方式具有体验、实践、自我构建的特点，强化了学生自身的思考、感悟和体验来获得知识与技能的能力。教的外化转为学的内化，学情、知识、技能、教法定义为事物发展变化的内因，学生、教师处于平等关系，成为主要内因，信息技术成为辅助条件和外部因素。教师的引导、辅助效力有所降低，学生自主学习、合作学习效力有所提升。
第三，教与学并重。在教学实践中单独以教为主或是以学为主都是片面的，于是教学并重应运而生。课上，教师在信息化环境下运用仿真辅助教学手段实现多种角色的转换，辅助学生自主学习与协作探究；课下，学生使用仿真辅助学习软件完成多种角色的转换，进行预习、复习、实验、操作、训练，通过自身的思考、感悟和体验获得知识与技能。教学并重简而言之就是让学生学会上楼梯：“教师领着走、学生跟着走”；“教师教着走、学生学着走”；“教师看着走、学生自己走”，教与学沿着楼梯台阶、在仿真辅助教学“扶手”帮助下螺旋式向上发展，完成各阶段的教学任务。
基于遵循螺旋式发展规律，采用仿真技术改造、创新各阶段教学方法，降低专业知识学习难度，帮助学生树立学习信心，最终使学生掌握劳动技能，满足社会需要，这种方法我们定义为阶段仿真教学法。该教学法的核心是：针对不同教学阶段，采取不同仿真技术，满足积累需要。
教法创新
（一）顺应职教本质规律
中职教育的学情特点、专业知识、技能目标、教学方法、社会需要等几个要素之间既紧密联系、又互相制约。近年来，我校电类专业教学由于有了仿真技术的介入，教法特征随知识、技能阶段发展而变化，有效地支持了教法灵活跟进，为学生提供了知识与技能循序渐进发展的台阶。详见下页表3。
（二）教法创新
阶段仿真教学法与专业知识、技能目标同步发展，详见图1。
仿真教学从最初的课堂原理演示计算机交互操作实时评价纠正虚拟场景漫游岗位角色扮演。仿真教学软件在教学过程的各阶段发挥着优于传统教学方法的辅助功能，成为最为接近配套的真实实验与实训的教学手段，教学方法实现软、硬配合，使教学过程更为丰富多彩。
外延结合
（一）与项目教学法结合
项目教学法的设计要素有情景、任务、组织、过程、资源、评价。引入仿真教学法时也应该沿用上述要素，在“电工仿真实训平台”开发过程中，设计情景要素时采用虚拟环境技术，插入视、声、光渲染技术，强化情景效果。
电动机控制电路接线实训，按照以下步骤完成：（1）针对“元件识别与检测”、“电路装置与调试”、“故障分析与排除”三个阶段建立元件、电路板、仪表、工具的3D模型；（2）根据任务和过程要求实现上述三个阶段的3D交互；（3）在完成3D交互功能的过程中实现实时评价功能；（4）身份识别与实时评价相连接；（5）实现组织分配功能。
（二）与教学重点、难点结合
仿真教学法具有对教材中心内容、主要线索的仿真制作技术优势，能够发挥突出教学重点、降低知识难度的作用，在人机交互控制操作中掌握、理解相关知识内容，对于巩固旧知学习新知起着决定性作用。将教学中难于理解或领会的内容作为仿真教学主攻方向，采用视频编辑技术实现“慢拍快播”或“快拍慢播”；Flash和3D交互技术分解合成；虚拟漫游技术引导学生体会与领悟，化解教学难点。对于“电工仿真实训平台”的交流接触器的工作原理和电路作用的教学重点内容，采用Flas和3D交互技术，结合几种控制电路接线安装，使学生一看就会、一做就成。
（三）与职业资格考核标准结合
“电工仿真实训平台”以初级维修电工证考核标准为制作依据，将电气系统线路及器件的安装、调试与维护，维修电工安全常识和基本技能，室内线路的安装，接地装置的安装与维修，常见变压器的检修与维护，各种常用电机的拆装与维修，常用低压电器及配电装置的安装与维修，电动机基本控制线路的安装与维修，常用机床电气线路的安装与维修，电子线路的安装与调试，电气控制线路设计，可编程控制器及其应用等维修电工操作技能考核内容纳入开发范围，使平台服务于在校学生参加初级维修电工证考试需要。
（四）与岗位实习结合
阶段仿真教学法的最终目标是培养岗位操作人才，因此，仿真实训软件应该有行业人员参与开发，这样制作出来的教学软件才能够保证专业知识、实训操作、岗位实习融为一体。例如，与“电工仿真实训平台”配套开发的“饲料工艺与设备”仿真实训教学软件是与饲料专业订单企业联合开发的，既体现饲料工艺原理，又突出岗位设备电机操作特点。与岗位实习结合的关键是：（1）结合企业岗位工艺原理。工艺技术原理、岗位的操作规程、工艺控制点，岗位工艺纪律与产品质量控制关系。（2）结合企业岗位设备操作。安全操作规程、安全生产和岗位责任制、安全生产监督检查制度、从业人员安全管理制度、岗位设备操作规程、交接班制度、设备故障处置制度、设备维护维修制度。
用仿真技术为电子、电工技术专业教学提供支持，做到教法与专业知识各阶段层层对应，环环相扣，使教与学同步发展。总结其核心内容有以下几点：阶段教学，教法有别；仿真技术，化解制约；循序渐进，层层符合；教学相长，创新改革。
参考文献：
电工技能与实训仿真篇2
高职学生在高中时学习的基础较差,抽象分析能力较弱,难以主动构建知识网络,而电气设备生产、监视、控制电能的过程逻辑性强并且比较抽象,而且电能的分析主要依靠数学手段,学生通过理论教学掌握知识点比较困难。项目教学、模块教学都是利用规范化、流程化、系统化的工程案例引导学生学习,实践教学就是现场工况的体现,对学生的吸引力更大,学生在教学过程中能更熟练掌握技能。
2传统实践教学的难点
实践教学分为校内实训与校外实习。校内实训是通过对设备的检修、安装、制作和调试,锻炼学生相应的技能,校外实习主要是让学生到企业中体验企业文化和参与生产。电力技术类专业的实践教学本身有难以克服的缺点,这使学生的实践教学效果达不到预期的目标。
2.1校内实训设备更新难
高职院校的校内实训设备主要来源是社会捐赠和自行购买。电力企业捐赠的设备大多是在技术改造中淘汰下来的设备,虽然能继续使用,但是比较陈旧,无法体现行业内的新技术与新工艺。设备生产厂家捐赠的是新式设备,但是由于电力系统自身的特点,如果没有一整套生产设备,单独的设备无法模拟全部工况,学生只能做最基本的试验和设备本体的拆装。例如微机保护装置,在没有一次设备配合的情况下,学生只能通过继电保护仪做静态试验,无法做整组试验和开机试验;在没有监控装置配合的情况下,无法模拟出开关量传递与远方控制。目前教学设施设备生产厂家,以批量生产为主要手段,对高职学校实际情况了解不多。高职学校需要的设备要注重技能的提高,而市场上现有产品基本以实验室实验为主。虽然大部分厂家提出以学校为服务对象的理念,但是他们忽视了学校是以企业为服务对象的终极目标。因此,他们的产品,是根据学校所设专业而生产的,谈不上新科技、新技术,更不能体现提高技能之目的。
2.2校外实习学生动手难
校外实习是学生与企业连接的重要纽带,学生通过跟班参与生产,了解典型的生产流程、掌握设备操作和提高自身技能,在电力企业中,学生的生产活动会受到各种限制。(1)运行中的一次设备电压较高,为保证安全距离,学生不能近距离观察设备;不是检修状态的一次设备不允许操作,误操作会引发严重的安全事故;没有职业资格证书的人员不能检修一次设备。(2)正常运行状态下,不允许操作二次设备;现场很少发生事故,学生观察不到事故状态下二次设备的动作,也就不会判断故障类型与排除故障。综上所述,学生在校外实习基地一般是跟随运行值班人员学习简单的记录工作,对提高技能没有太大帮助。
2.3实践难以形成真实的工作流程
学生在校内实习是操作不完全的试验项目,在校外实训无法完成整个工作流程。实践教学没有形成真实的工作流程,以此形成的知识系统是零散的、不系统的,这既不利于学生构筑知识结构也不利于他们以后的进一步深造。
3仿真实训的特点
仿真实训以仿真机(计算机)为硬件载体,用实时运行的动态数学模型代替真实工程的实际操作来进行实践教学。相比传统的实践教学有其自身的特点。
3.1更新方便
仿真实训的更新不需要更换硬件设备,只需要更新软件即可。同一套硬件设备上可以装设多种仿真软件,实现不同项目或专业的仿真训练。这样投资相对较小,可以与新技术与新工艺紧密结合。
3.2多工况操作
(1)仿真软件提供快门设定、工况冻结、成绩评定、操作记录、参数设定等特殊功能,便于教师实施各种新的教学与培训方法;(2)可以设定各种事故和极限运行状态,提高学生的分析能力和在复杂情况下的决策能力;(3)学生是学习的主体,可以根据自己的具体情况有选择地学习。例如自行设计,设计不同的开、停机方案,试验复杂控制方案,优化操作等;(4)学生在仿真机上进行事故训练不会发生人身危险也不会造成设备损坏。
3.3结合紧密技能证考试
电力技术类技能证一般都有实操部分考试,许多考试单位不具备条件,而利用仿真软件可以做的,例如电工进网作业许可考试中的倒闸操作就是利用仿真软件执行。
3.4需要实物实训配合
仿真实训有局限性,如果不与实物实训配合,不能培养学生的全面技能。(1)缺乏现场感,由于价格问题,当前的仿真实训系统难以实现过程的三维动态示警,无法产生真实的临境感受;(2)无法实现对电气设备的拆装技能和力度训练。
4结语
电工技能与实训仿真篇3
【国家核电技术公司】3月3日，国家核电技术公司2014年未来领导力训练营在京举办，来自公司总部和所属各单位的26名中层后备干部参加为期2个月的系统培养。本次培训班涵盖领导力提升、发展团队、管理创新、突破业绩、国际化战略、卓越经营和商学院学习等7模块课程。
【国电电力发展股份公司】3月3日至5日，国电电力发展股份公司组织开展人力资源信息化建设培训。经过3天的系统培训和考试，国电电力系统各基层单位50多名人力资源工作人员基本掌握了人力资源信息系统的运行操作和维护要领。
【国家核电技术公司】3月7日，国家核电技术公司2014年科技力青年人才培训一班在京结业，来自公司总部及所属单位共32人参加培训。培训班以领导力通用素质、科研管理和科技创新三个模块为主题。
【国家电网公司】3月9日，由国网宜宾供电公司和清大高科系统控制有限公司联合完成的“地区电网调控一体化仿真培训系统”项目成果评审会在成都举行，该项目在国内率先提出地区电网调控一体化仿真的技术路线和实现方法，并完成工程实践，圆满解决了“大运行”调控人员培训和反事故演习这一急迫课题。
【南方电网公司】3月10日，南方电网公司《2014-2016年班组长轮训工作方案》出台。方案提出，要以应知应会、安全管理、应急管理、客户服务、团队建设五大模块为主要内容，对全网班组长进行轮训；到2016年底，全网班组长轮训率要达到100%，班组长岗位胜任能力将全面提升。据悉，该公司人力资源部已按方案的要求着手班组长轮训教材开发、培训师资培养等工作。
【国网宁夏电力公司】3月12日，国网宁夏电力公司2014年第一期青年员工综合素质提升培训班开班。来自公司系统40名35岁以下青年员工参加了培训。据悉，今年该公司计划安排5期培训班，每期3天课程（25课时），培训师资由培训中心专职培训师、外聘培训师组成。
【中电联】近日，电力行业仿真培训指导教师管理办法（试行）出台。该办法旨在规范和加强电力行业仿真培训指导教师的管理，建设一支素质过硬、敬业精业、业务能力突出的仿真培训指导教师队伍，保证仿真培训质量。
【中国国电集团公司】3月17日，中国国电集团公司“学习贯彻系列讲话精神和党的十八届三中全会精神”集中培训班在京开班。培训的主要内容是关于实现中国梦的重要论述，关于贯彻群众路线、改进工作作风的重要讲话，关于国家安全与对外战略的重要讲话，十八届三中全会《决定》解读，关于国企改革的精神解读，世界能源与中国展望等。
【国网新疆电力公司】3月17日，国网新疆电力公司2014年处级领导干部轮训班开课。本次处级领导干部轮训班共设四期，对200余人进行培训。课程涵盖政治理论、形势分析、智能电网、财务管理、党风廉政建设、核心价值观等多方面内容。
【南方电网公司】3月17日至20日，南方电网公司第二期高端技术人才培训班举行。来自公司系统的各级技术专家、各单位专业技术带头人、科研主体相关负责人共45名学员进行了为期4天的学习。
【国投电力控股公司】3月18日至19日，国投电力控股股份有限公司举办首期内训师培训班。来自电力板块18家控股投资企业和电力本部各部门的35名内训师参加了培训。此次培训的重点是在专业老师的指导下，注重开发员工擅长领域的内训课程，进而总结提炼控股企业的最佳管理实践，以期推动企业标杆管理的整体提升。
【南方电网公司】3月18日至21日，南方电网公司总部主管轮训第一期学习班开班，来自总部23个部门和机构的30名主管参加了为期4天的封闭式学习。本次培训有针对性地设置了总部主管角色认知、公文写作、高效沟通与呈现技巧、计划管理等4门课程，并采取“教师讲授+教练辅导+学员研讨+实战演练”的教学方式。
【中电联】3月20日，中电联公布电力行业仿真培训基地2013年度检查结果。合格名单如下：火电基地：河北省电力职业技术培训中心、上海市电力公司培训中心、南京工程学院电力仿真与控制工程中心、沈阳工程学院仿真中心、湖北电力仿真培训中心、国电浙江北仑第一发电有限公司、山东省电力学校、徐州电力高级技工学校仿真中心、华北电力大学自动化系、云南电网公司电力教育中心、大唐国际发电股份有限公司仿真管理中心、中国电力投资集团公司上海技能培训中心、株洲华银火力发电有限公司仿真中心、国电镇江电力培训中心、辽宁省电力有限公司大连培训中心、唐山陡河电力实业总公司教育培训中心、威海广源电力仿真培训中心、辽电锦州培训中心发电仿真中心、东北电力大学电力运行仿真中心、华能北方联合电力有限责任公司仿真培训中心、内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司、神华神东电力有限责任公司教育培训中心、江西省电力公司培训中心、韶关发电厂、保定华仿科技股份有限公司、保定电力职业技术学院、华电国际电力股份有限公司仿真培训中心。变电基地：齐齐哈尔电力培训中心、贵州电网公司培训与评价中心、上海市电力公司培训中心、山东电力仿真中心、国网福建省电力公司管理培训中心、湖北电力仿真培训中心、广州供电局培训中心、江苏省电力公司生产技能培训中心、南京供电公司培训中心、山西电力仿真培训中心、河北省电力职业技术培训中心、重庆市电力公司教育培训中心、国网冀北电力有限公司管理培训中心、河南省电力公司技术技能培训中心、新疆电力教育培训中心仿真培训中心、云南电网公司电力教育中心、辽宁省电力有限公司大连培训中心、江西省电力公司培训中心、保定华仿科技股份有限公司、保定电力职业技术学院、北京电力公司培训中心。水电基地：东北电网有限公司丰满培训中心。燃汽轮机基地：上海闸电燃气轮机仿真机培训基地。调度基地：辽宁省电力公司大连培训中心。
【中电联】3月21日，中电联启动2014年电力行业仿真培训指导教师考试认证及复训认证工作。考试科目涵盖火电厂汽轮机运行仿真培训、火电厂锅炉运行仿真培训、火电厂电气运行仿真培训、火电厂集控运行仿真培训、变电站运行仿真培训、电网调度仿真培训、水电厂运行仿真培训。
【广西电网公司】3月21日，广西电网公司2014年干部系列培训讲座拉开序幕。培训涉及作风建设、领导执行力建设、企业文化建设等多方面。当天，公司以“干部作风建设”为题开展第一期干部系列培训讲座，由广西区党校张敦教授授课。培训讲座设置主会场和分会场，公司各部门、各单位干部员工共3900人参加了本次培训讲座。
电工技能与实训仿真篇4
关键词：输电线路；运行与检修；虚拟现实；仿真培训
输电线路运检工作的业务范围涵盖了超特高压交、直流所有电网的运行维护和检修，具有高智力、高技能、高风险等特点，对工作人员的理论素质和操作技能都有很高的要求，但是目前针对运检工作的各种培训方式都存在一定的缺陷，极大地限制了培训效果。为弥补传统培训的不足，本文提出了基于虚拟现实技术的输电线路运检的三维仿真培训系统。
近年来，虚拟现实技术逐步应用在电力培训中，如文献[1]提出了一种变电站仿真培训系统，文献[2]设计开发了有关电力安全的仿真培训系统，但是这些系统仅限于仿真软件的开发，交互性不强且培训模式单一，使得培训效果没有得到较大的提升。本文提出的培训系统既具有虚拟现实技术的全部特点，又提出了完整的培训模式。在实际培训中由理论知识到实际操作，由学习到考核，建立了完整的培训体系。培训人员可在循序渐进的学习过程中全面提升自身的理论素质和技能水平，大大增强了培训的效果。
一、系统特征及功能
1.系统特征
虚拟现实的应用范围非常广泛，包括科学可视化、设计与规划、教育与培训、遥感操作、艺术与娱乐等领域。[3]在输电线路运行与检修的培训中采用虚拟现实技术能为培训人员提供的视觉、听觉和触觉反馈，得到几近真实的感受，与现实教育培训基地或设施相比，输电线路运检三维仿真培训系统具有仿真性、可操作性、对应性的特征，能够在保证培训人员安全的前提下提升培训效果。具体特征如下：
（1）仿真性。仿真性是指培训系统实现了对输电线路运检的工作现场、工作流程及操作动作的全仿真。受训者在构造的输电线路虚拟场景中，通过自由变换虚拟场景的视角，可以浏览到输电线路的所有元件以及虚拟人物的动作细节，仿真了整个作业现场；通过体感设备，培训者可以做出动作与虚拟设备发生交互，从而仿真了作业中的实际操作。系统的培训效果与仿真性有直接关系，只有在如同真实的环境中进行实际操作才会使培训人员尽可能学习到作业的关键技术、危险点等。
（2）可操作性。可操作性是指仿真培训系统采用与实际工作中相对应的操作设备，这些设备为培训人员提供了接近真实的操作方式。[4]如受训者在培训系统中正在进行某项停电检修作业，作业中需要工器具时培训人员能够抓取虚拟的工器具，并使用工器具对虚拟设备进行操作。可操作性是虚拟培训系统实际运用的必备特性，培训人员可以主动地在虚拟的输电线路工作环境中进行作业，通过对感受到的信息进行思考和分析，形成自己想要的动作或策略，通过操作设备反馈给系统，实现与系统的交互和控制。[5]
（3）对应性。对应性是指培训系统是有针对性的培训：一是培训方式对应实际工作，现在输电线路运检三维仿真培训系统中按照不同的电压等级、不同的作业项目进行输电线路运检工作的讲解，具体作业项目如运行工作中的线路定期巡视、测量工作中接地电阻测量、停电检修工作中500kV停电清扫污秽绝缘子、带电作业中500kV带电更换单片绝缘子。二是培训对象对应不同人员的自身状况，对不同基础、能力和培训状况的学员开展针对性的培训。
2.系统功能
输电线路运行与检修三维仿真培训系统的主要功能模块的划分如图1所示。主要包括基础分析、仿真训练、考核评价、培训管理。培训是一种由理论知识到实际操作、从学习到考核的循序渐进的过程。
（1）基础分析。基础分析借助输电线路的三维仿真场景，将典型500kV线路的组成包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置等进行一一展现及介绍，让学员在进实操培训前，学习掌握到输电线路基础知识。
（2）仿真训练。仿真训练主要帮助培训人员提升操作技能，是通过具体的作业项目进行培训的，如测量工作中接地电阻测量。培训人员通过控制设备与虚拟场景进行交互，掌握作业流程、作业关键点以及危险点等。此时可进行单人操作练习，也可以利用网络技术进行多人的协同作业，在仿真作业的同时，培训人员可以随时进行资料查询，包含作业指导书、各项规程标准等资料。
（3）考核评价。考核评价的目的是在阶段性培训后对学员的学习情况进行评定，包括理论考试和实操考试。理论考试主要包含作业指导书、电力安全作业规程、工器具使用等基本内容；实操考试是在仿真训练的基础上开发的考试模式，对学员的各项操作进行考核，评估学员的实操水平。
（4）培训管理。培训管理的目的是保证仿真培训工作的有序开展，贯穿于整个培训过程。培训管理主要功能包括：账号管理、考核评定和资料管理。各项功能由管理员控制，主要用于建立学员学习档案，管理学员信息和成绩，方便教师设置考试科目、考试内容，管理员也可以随时编辑，补充资料查询功能模块的内容。
二、系统开发与实现的关键技术
虚拟场景是构建输电线路运检三维仿真培训系统的基础，一个逼真的三维模型场景能对使用者构成强大的视觉冲击，所建立的场景越真实培训效果愈好。本系统利用3dsMAX平台进行输电线路各元件模型的构造，主要采用层次建模法，即先设计出模型的各种零部件，然后进行整体装配。同时，通过3dsMAX的材质和贴图系统、灯光系统等提高三维模型的真实度。
虚拟场景要想引人注目，必须是动态可交互的。[6]本文基于Quest3D搭建整个仿真系统的底层平台，将所建立的三维模型导入到Quest3D中，利用Quest3D开发各项功能模块实现培训系统的交互功能。在功能模块的开发中需要解决各项具体问题，如碰撞检测问题就是检测不同模型是否发生了碰撞，就像现实中两实体之间是不会发生交叉重叠的一样，在虚拟场景中两三维模型之间也不能发生穿透的现象。[7]在平台中采用层次包围盒方法进行实时碰撞检测，其基本思想是通过建立对象的包围盒层次来逐渐逼近对象的几何模型，从而用体积略大而形状简单的包围盒代替复杂的几何对象参加碰撞检测，通过包围盒间的相交测试快速地排除不相交的基本几何元素，以减少相交测试的次数。[8]利用Quest3D进行实时检测的精确性及响应速度完全满足于本系统。通过解决碰撞问题系统将大大增加真实感。最终表现如图2所示，图中展现的是在500kV带电更换单片绝缘子的作业项目中，等电位电工进入等电位的动作。
三、结语
将虚拟现实技术应用到输电线路运检的三维仿真培训方法突破了传统教学方法的局限，具有实用性、互动性、娱乐性等特点，是虚拟现实技术在电力培训上的具体应用。通过完成对三维模型建模、场景搭建、碰撞检测等等问题的处理，建立输电线路运检三维培训系统，其高度仿真性、操作性以及对应性的特点提高了培训的效果，但是目前限于计算机软、硬件技术水平，虚拟现实系统还只能达到部分真实感的程度。随着技术的不断发展以及电力行业对安全的重视程度，虚拟现实技术在该领域的应用会将更加深入，仿真培训方式也将逐步成为输电线路运检三维仿真培训的重要手段。
参考文献：
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电工技能与实训仿真篇5
关键词：仿真机；集控运行；教学
作者简介：杨宏民（1968-），男，河南偃师人，郑州电力高等专科学校动力系，副教授；孙为民（1966-），男，河南登封人，郑州电力高等专科学校动力系，副教授。（河南郑州450004）
基金项目：本文系河南省教育科学规划课题“仿真机在火电厂集控运行专业教学中的应用与实践”的研究成果。
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）36-0128-01
火电厂集控运行专业是为火力发电厂培养具有火电机组集控运行、控制、调节能力的人才，对应的是电力生产的一线核心岗位，对技术要求极高。由于火电企业的特殊性，很小的差错都有可能会给企业和社会带来很大的影响和严重的经济损失，因此刚从业的职工要经过几年的锻炼才能胜任集控运行岗位，在校学生更不可能得到现场动手操作实习的机会，现场实习也只是体验现场工作过程，相对效果较差。
仿真机组的出现给集控运行专业学生学习提供了较好的实践机会，它通过数学模型提供实时运行数据，计算机屏幕显示和现场一样的操作系统画面，并能和现场一样进行操作，演示与真实情况相同的各种运行状态，可满足各种的教学培训要求。为此，以仿真机组为中心建立实训教学体系成为火电厂集控运行专业实现理论与实践一体化的教学的必然。
一、仿真机在火电厂集控运行专业教学中存在的问题
仿真机组可演示火力发电厂运行过程中的各种工况，包括启动、正常运行、停机和事故情况下的状态。对电厂职工来说通常有两个主要作用，即启动运行过程中每一个环节的操作训练和机组各种事故处理训练。在教学中对学生来说，除以上作用外，通过仿真机还可解决理论教学问题，使理论和实践结合起来实现理实一体化教学。
近年来火电厂集控运行专业从教学过程看，仿真实训可以通过逼真的现场操作环境模拟，理论联系实际，使学生可以在比较短的时间内全面掌握电厂生产流程、各系统的工作特性、规范的操作过程等，学习效率高，学习效果好。接受过仿真机系统学习的学生对专业知识的理解明显加深，能比较全面地掌握机、炉、控等运行知识。但还存在一定的问题，使得仿真机组的作用没能充分发挥，主要有：学生多，机位少，上机时间段；理论教学与仿真机结合较少，理论与实践融合不够；仿真机运行工况不能满足教学要求；仿真机与电厂实际运行结合不够；教师专业实践能力和仿真机能力有待进一步提高等。
二、火电厂集控运行专业仿真机教学平台开发
1.仿真机及软硬件的开发
仿真机仅仅是一种硬件平台，要发挥它的作用应经过用户充分开发。目前郑州电力高等专科学校（以下简称“我校”）已建成135MW、200MW、300MW、600MW四套仿真机组，1000MW机组仿真机组正在建设中。仿真机为集控运行专业教学提供了非常好的硬件平台，但教学中发现仿真机组运行平台仅能够满足单纯实训课程实践教学的需要，很难满足理实一体化教学要求。教学过程中需要的仿真运行状态没有，教师只能通过系统图讲解，仿真机当系统图用，并没有发挥它真正的作用。为了充分发挥仿真机组的作用，在现有火电机组仿真机组软硬件基础上进一步开发出了可供教学、技能鉴定、技能比赛的软件平台，为企业集控值班员及集控专业理实一体化教学服务。具体完成项目有：根据仿真机具体情况编写了300MW及600MW主要运行操作步骤；开发了300MW及600MW火电机组各种运行工况形成标准工况，做到随时调用，随时操作，随时运行，满足理论课程融合实际操作的要求；开发火电机组重要操作形成标准鉴定题库，供考评考核用；结合仿真机开发火电机组事故处理题库，形成标准，满足机、炉、电、控各专业课程事故处理部分教学要求，也可用于考评及竞赛。
以仿真机为中心建立理实一体化教室，结合仿真机及开发设计出的满足教学要求的各种仿真运行状态，在教学时学生可以随时操作，随时看到状态参数的实际变化过程，可以练习操作，也可以帮助理解课本知识。实现教学过程真正和实际结合，教学过程就是机组运行过程，每一个重要的现场操作过程都可以在课堂上实现，极大提高了课堂教学效果。
2.建立仿真机辅助学习网站系统
火电机组仿真软件价格较高，且一套软件最多仅支持20个左右的客户端。学生人数多，用于实习训练的仿真机数量偏少，上机时间较短，教学中往往2～3个学生同时使用一台客户机，教学资源远远无法满足教学要求。为此设计一个仿真实训的辅助学习网站，在网站中提供发电厂的相关管理制度，设备的真实图片、视频和动画，机组的运行规程和操作票，火电机组仿真操作画面和部分操作流程的动画演示。网站的建立可以方便学生熟悉发电厂的生产过程、制度标准，通过网络学习机组冷态启动过程中主要操作步骤的方法、主要设备相关知识，并可以进行模拟操作练习。
三、仿真机在火电厂集控运行专业教学中的应用
1.仿真机与专业核心课程结合实现理实一体化教学
通过仿真机平台的建设使火电厂集控运行专业主要核心课程实现一体化教学成为可能，原有的理论课程泵与风机、发电厂电气设备及运行、汽轮机设备及运行、锅炉设备及运行、热力发电厂、单元机组集控运行的系统与运行部分内容均可与仿真机结合进行，取消利用仿真机的单独实训课程电气运行实训、电站汽轮机运行实训、电站锅炉运行实训，把实训和相应理论课程融合，利用仿真机可把原来仿真实训课程分为单元机组冷态启动实训、单元机组运行调节实训及事故处理实训，这样更有针对性。
2.仿真机引入课堂教学，加强学生对设备及设备原理的理解
火电厂集控运行专业是对有很多设备组成的火力发电厂系统运行过程的控制和调节，对从业人员的基本理论及判断分析能力要求很高，要有足够的理论水平，才能完成调节操作，教学重点在于学生对系统流程、设备配置及设备特点的熟悉程度，和对机组运行过程中操作步骤原理的理解，解决为什么的问题，操作熟练工还远远满足不了现场的需要。因此火电厂集控运行专业教学中利用仿真机从基本原理出发模拟某类型、某容量机组的主要设备和系统，并配置简化的供学员学习和掌握基本原理的台屏或可以进行操作和显示操作结果参数的CRT画面，或兼有台屏和CRT画面，用以培训在校学生，使其从直观上学习和掌握电厂设备和系统特性、物理过程、介质流程及故障的原因和结果，加深学生对设备及设备原理的理解。
3.利用仿真机对学生进行考核
为了达到火电厂集控运行专业学生教学目的，在熟悉火电厂运行操作步骤的基础上，强调火力发电厂机组的运行调节。因此教学评价重点在于学生对火力发电厂系统流程、设备配置及设备特点的熟悉程度，和对机组运行中操作步骤原理的理解。这些都可以利用仿真机对学生进行考核。
4.利用仿真机进行技能鉴定
利用仿真机我校已经建立了火电厂集控运行专业对应的多个职业资格技能鉴定站和职业技能培训基地，主要有锅炉运行值班员、汽轮机运行值班员、集控运行值班员等，一方面可使充分发挥自身的专业优势，开展对在岗职工的职业技能培训；同时也可以为本专业毕业生实现持多证走向就业岗位创造条件。
5.利用仿真机提高教师水平
结合火力发电厂集控运行专业特点，加强仿真培训是快速提高教师实践水平的捷径。学校要定期安排教师仿真培训，提高教师对现场运行参数变化的感觉，增强操作熟练程度，积累对机组调节控制经验，训练对机组事故的判断分析及处理能力，以弥补现场机组运行时间不足的问题。现在各大型火力发电厂也都有相应的仿真机组，可安排教师到企业进行仿真培训，了解企业的培训重点，完善提高教学水平。
6.利用仿真机与现场实际结合，提高专业实习效果
学校与企业合作，建立校外实习实训基地，为了提高集控专业学生现场实习效果，在企业实训基地安装建设仿真机教室，学生在实习期间看到的机组运行工况，可以到仿真机进行操作练习，也可以通过仿真机实现与现场同步运行过程。
四、结束语
仿真机为火电厂集控运行专业提供了重要的实践实训教学平台，对增加学生现场设备的熟悉程度，提高学生操作技能，加深学生机组运行理论的理解能力都有不可替代的作用。仿真机只是一种硬件平台，要经过用户充分开发并与集控运行专业课程紧密结合才能充分发挥其作用。
参考文献：
电工技能与实训仿真篇6
关键词：变电站三维仿真系统仿真场景
中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00
在电力系统的输送配电过程中，变电所是其重要环节，适用于调整电压的场所。其运行操作随着变电站系统不断发展，其自动化进程也趋于复杂，也使得对工作人员业务熟练程度及技术水平的要求越来越高。在系统实际运行中，因变电站系统具有特殊性，难以对工作人员开展培训工作。现如今仿真培训系统主要有两种：软件仿真与物理仿真模式。软件仿真主要是对现场录像、实体图片、平面接线图与数据图表等进行仿真，其过程沉浸感较为缺乏。物理仿真主要是依靠于专业设备，但其又具备可移植性较差、系统庞杂与实施时成本略高的缺点。目前，在变电站的仿真培训系统中最为常用的就是三维虚拟变电站的仿真系统，因其具有灵活多变的培训方式，且造价较为低廉，在运行上也较为便捷，在三维虚拟的变电站仿真系统中培训，其培训过程存在较强沉浸感与真实感。此外，虚拟现实仿真技术的实现不仅需对电气设备几何模型进行建模，建模中还需加入对变电站周围环境的仿真模拟。
1国内外对三维变电站仿真系统的研究现状
在电力系统中，电厂仿真培训首先对仿真培训系统进行了运用，变电站的仿真培训也因电网调度的仿真培训而逐渐展开。计算机技术的应用与发展，促使变电站的仿真培训系统也逐渐发展起来，其发展进程由于变电站中自动化水平的提高而起到了推动作用。
20世纪60年代～70年代左右，电力系统仿真培训系统兴起并在火电厂中被应用，之后随着发展其范围扩增至变电站及电网的培训中。早期的火电培训仿真机投入使用于日本及英国与美国，最具代表性的为日本的关西电力公司“变配电的技术培训中心”的建立。我国首套火电仿机组的研发建立时间为1982年，变电站及电网仿真培训系统直至80年代末期才开始建立。我国首套DTS为东北电网仿真系统，研制时间为1990年。早期应用的变电站的仿真系统由于其运行操作较为简便，变电站的数量增大，但容量较小，再加上自动化的水平过低，从而导致其应用的效率不高。
2三维变电站的仿真系统研究成果
通过研究三维建模、计算机图形与仿真场景生成这三种技术，从而使渲染和生成三维仿真场景、环境与变电站设备的建模及二维场景保存与绘制得到实现。三维场景图漫游与渲染、场景图由二维向三维的转变通过OSG技术都得以实现。通过研究应用系统子模型，三维变电站的仿真场景实现优化，具体研究如下。
2.1变电站中其设备建模的实现
电压互感器、变压器、隔离开关及电路器等组成了变电站设备。用三维方式将变电站设备的仿真场景进行表示。通过对三维建模技术研究，变电站的设备建模是使用，的模型文件是通过的插件将其以IVE三维格式导出，在OSG的编程中可方便调用。
2.2绘制二维变电站的场景图
变电站周围的建筑环境与其各设备表示为二维图元，图元的编辑操作与其绘制使利用MFC所封装各类的绘图函数来进行的。读写操作是通过二维图形文件的格式研究，在设计中将二维场景图的文件格式与文件存储设置成自定义来实现的。
2.3生成三维变电站的场景图
通过研究现有仿真的生成技术，三维变电站其场景图的设计是通过OSG技术来实现的，在这一过程中还对变电站的场景图由二维向三维转换得以实现，由此证明，生成三维变电站的场景图是以其二维场景图为基础的。
2.4渲染三维变电站的仿真场景
渲染三维变电站的仿真场景实现是利用OSG技术，在此过程中还实现了场景的碰撞检测与漫游等。通过研究粒子系统，使其仿真场景天气模拟得以实现（如雪与雾及雨、风等），使模拟效果更为逼真。
3什么是三维仿真场景
通过对现实环境形象的三维模拟技术，在虚拟场景中，用户可对于其中的信息进行查询与预览，还可对虚拟物体进行场景交互的操纵，使用户在使用过程中仿佛身临其境，无需处于真实环境中即可有相同效果的感受。三维的仿真场景涉及多门学科，如人工智能、现实虚拟及计算机的图形学等，在人机工程的工作环境、培训及教育等仿真领域中被广泛应用，除此之外，该技术还应用于规划领域、动画的制作领域、建筑领域、产品的展示领域及园林领域等。
4三维仿真场景结构
仿真场景应用于虚拟现实中，一般为是用来描述场景图。三维场景的元素存储就是场景图，在场景中对所有物体与物体相互间的关系有保存作用。本身场景图就属于一种层次结构，其空间的数据集所使用的是自上而下树状结构图，以此为组织形式来达到渲染效率得到提升的目的。
诸多类型不同的节点构成了场景图，物体是由节点表示的。根节点是全部三维的仿真场景图，场景图位于树形结构顶端；场景图最底端为叶节点，物体在场景中实际的几何信息包含其中，叶节点场景效、光源、实体及地形等基本单元构成；组节点位于根节点下一层，包括的控制信息为物体的外观渲染状态及其几何信息，每个组节点与根节点都对子成员拥有零个或者多个（注：组节点为零个子成员，则不对其进行任何的操作），组节点中场景几何体的排列是通过OSG的程序进行的。在此种层次的结构中各节点可准确将其环境中的父子关系与其位置进行描述，在场景图生成前，各图层数据都要分别建模。如图1所示，各节点间与场景图层次结构位置关系。
图1各节点间与场景图层次结构位置关系
场景图中所包括的节点其功能是不同的，比如说，开关节点对其子节点的设置作用是可用或不可用，LOD细节的层次节点，其不同子节点的距离调用是依据观察者对其作出的观察决定的，变换节点可对其几何体坐标根据子节点的改变来对其状态进行更换。所有的节点类都有相同的基类，又各具不同的功能方法，场景图的继承机制，可为节点提供多样性。
5三维仿真技术
通过对计算机技术的使用，生成一个具备触觉、听觉及视觉等包含多种感知、虚拟且逼真的环境，用户可通过虚拟环境中虚拟对象与外设装置的相互作用来体会，此种技术就是三维仿真技术。其技术包括粒子的系统模拟、碰撞检测及包围盒技术。
5.1粒子系统
粒子系统在三维的计算机图形学中，是对某些特定模糊的现象进行模拟的技术。在此系统中，粒子模拟过程通过OSG实现了较为复杂的过程，比如雨天特效、雪天特效及雾天特效等。粒子行为在粒子系统中的控制是通过对其空间的扭曲实现的，对粒子流施加仿真特效的影响，如风力、阻力及重力等，可对天气现象在三维场景中被有效的模拟出来，从而使视觉效果更为逼真。
5.2碰撞检测
碰撞检测随着分布交互及虚拟现实等技术发展，已成为该领域中的热点研究对象。在虚拟的环境中，培训者沉浸感随碰撞检测精度越高而越强，促进虚拟环境中真实性的提高。虚拟场景仿真场景渲染率与实时性受实时碰撞的影响很大，所以，在该领域中，碰撞的检测技术也是难点之一。需要碰撞检测解决的核心问题就是虚拟场景中漫游实时性的保证、算法效率的提高及相交测试中对象数目的减少，碰撞检测基本任务就是确定物体之间（多个或两个）是否有穿透或者接触。碰撞检测的算法有空间分解法与层次包围盒法。这两种算法加速碰撞检测都是通过相交测试的几何数目减少为基本思想的。
5.3包围盒技术
包围盒技术在计算机几何领域与计算机图形学中，在虚拟场景将几何体（简单且规则）对象进行包围，简化其计算方法，以此促进几何运算效率的提高。
5.3.1碰撞检测
判断两个包围盒或者物体包围盒和检测线是否有相交，无相交，物体间则无碰撞发生；相交，则有碰撞发生。
物体在场景中的构建是以实体为依据的，一般几何体为不规则，但物体包围盒的几何体一般都是规则的，因此碰撞检测不对物体本身直接使用，碰撞检测的检测效率提高是通过物体包围盒直接碰撞进行的。
5.3.2光线渲染与跟踪
包线盒用于光线跟踪时，其功能为相交检测，用于渲染算法，则是检测视体。如包线盒与视体或者光线无相交，则盒内物体不相交。物体列表可通过相交检测来获得，如果场景中物体在列表中显示，就说明被栅格化或者渲染。
6结语
三维变电站的仿真场景生成系统，可使其开发周期有效缩短，避免重复性的开发工作，利于开发成本的降低。此外，该仿真场景的实现，不仅提供了高效且安全的培训平台，也促使变电站工作人员对其各部分有了更为深刻的了解，从而使其业务能力与操作技能得到提高。
参考文献
[1]赵晓冬，孙大伟，王斌，等.330kV变电站仿真系统的设计和实现研究[J].电源技术应用，2013（1）.