张燊
杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司
摘要：伴随社会快速发展，改革开放进程的不断深入，我国经济建设方面得到了迅猛发展。根据车辆工程专业的培养计划，结合工程认证的要求，车辆工程虚拟仿真实验教学中心，通过自主研发、科研成果转化和联合开发等模式，设计了"地铁列车构造原理与虚拟拆装""地铁列车性能仿真""地铁列车电子与测试技术""地铁列车"及"地铁列车制造技术"等5个虚拟仿真实验教学平台。
关键词：车辆工程；虚拟仿真；实验教学体系
引言
在面向工业4.0可持续发展和高校新工科的战略引领下，虚拟现实技术作为新的发展方向颇受关注，虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向。通过建设基于虚拟现实技术的共享优质教学实验资源，提高高校学生创新精神和实践能力，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果，培养了学生的"工程意识和系统集成"的思想。
1车辆工程虚拟仿真实验教学体系内涵
1.1基本概况
车辆工程虚拟仿真实验教学中心成立于2012年，是在校级地铁列车虚拟仿真实验室(建于2005年)基础上，依托于"国家级工程训练中心(工业中心)"和"车辆工程国家级工程实践教育中心""混合动力车辆技术国家地方联合工程研究中心""江苏省道路载运工具新技术应用重点实验室""车辆工程国家级特色专业"和国家首批"卓越工程师计划"专业建设点等教学科研平台，逐步发展而成。中心具有一支教学水平高、科研能力强、实验技术能力过硬的实验教学队伍。其中，实验项目建设骨干教师23人，实验指导教师24人，信息化建设维护人员5人，企业技术人员10人，校内外兼职人员6人。中心通过自主研发、科研成果转化和联合开发等模式，构建了"地铁列车构造原理与虚拟拆装""地铁列车性能仿真""地铁列车电子与测试技术""新能源汽车"及"地铁列车制造技术"等5大虚拟仿真实验教学平台，主要服务于"车辆工程""机械设计制造及其自动化""热能与动力工程"等专业。
1.2建设理念
我校着力打造"高阶性""创新性""挑战度"的金品课程，努力培养一批批创新型车辆专业人才，培养创新型专业人才需要从最根本的教育上进行改革，目前，虚拟仿真"金课"作为一种新的教育生产力，是推进"智能+教育"的创新一招，因此虚拟仿真教学体系需要更完善的实践教学体系及先进的虚拟实验教学平台。目前实体实验总是受场地、成本、安全等外在因素以及技术不够完善等内在因素的制约，而虚拟仿真实验平台本着从实验本身出发，基本解决了实体实验的不足，打造开放型、网络化、多层次、综合性平台，着力解决目前青理工学子身上所存在的实践能力薄弱、创新意识缺乏等突出问题，及时跟随理工大学目前所实行内涵式发展的步伐，也缓解了我校目前师资工程能力薄弱、缺乏实践锻炼的突出问题。
1.3中心特色
(1)践行工程教育专业认证理念。建立了以毕业要求为导向、虚实深度融合、涵盖车辆工程专业"结构-理论-设计-测试"主干课程的先进实验教学体系。深入分析虚拟仿真实验对基础理论课程和专业课程知识学习的支撑作用，以及虚拟仿真实验与实体实验的互补性，按照"拓宽基储淡化专业、加强素质教育和创新能力培养"的思路来设计虚拟仿真实验，从而构建了虚实结合、能实不虚、以虚补实的车辆工程专业主干课程实验教体系，使学生既能接触到先进的实体实验，又能在虚拟仿真环境下开展自主性、探索性和研究型学习，同时也可以培养教师的创新意识，提高他们理论水平和工程实践能力。(2)建立科研成果转化为虚拟实验资源的快速通道。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆结合工程实践项目，运用工程化软件，既保证虚拟实验项目的先进性，又能锻炼学生的工程"实战"能力。将教师的科研成果及时转化为虚拟仿真实验资源，在中心网站上开设了教师和学生申请虚拟仿真实验开发项目的窗口，聘请了虚拟仿真软件后期加工制作专业技术人员，为教师和学生及时将科研成果转化为虚拟仿真实验项目提供相应的软件技术服务，采用工程化专业软件开发，与企业实际产品研发紧密联系，保证了虚拟实验项目与工程实践的无缝对接，对于锻炼学生的工程"实战"能力具有重要作用。(3)率先建立地铁列车虚拟仿真实验平台。不断融入电池、电机、电控等新知识，主动适应地铁列车产业对专业人才的新要求。针对地铁列车的产业关联性强、技术带动面大，尤其是动力电池、驱动电机、电子控制等核心技术急需大批高素质创新型人才的现状，近年来，中心充分吸收"新能源汽车优势学科""混合动力车辆技术国家地方联合工程研究中心""地铁列车驱动与智能控制重点实验室"的科研成果，并及时进行转化，逐步开发了单体电池材料设计与合成、动力电池性能仿真、驱动电机虚拟设计与优化、电动助力转向系统性能虚拟测试、制动能量回收系统控制虚拟测试等实验项目，率先建成了新能源汽车虚拟仿真实验平台，从而满足地铁列车产业发展对车辆工程专业人才的新要求。
2虚拟平台仿真教学设计
2.1地铁列车电子和测试技术虚拟仿真实验教学平台
地铁列车电子及其控制技术是现代汽车的不可缺少的部分。实体实验虽然能使学生观察到某些现象和结果，但缺乏对其控制过程和理论的理解。有限的实验时间、有限的专门实验装置，很难保证每位学生都实际接触到每种仪器的操作。通过虚实结合使学生对测试信号技术、控制技术、电子线路故障诊断等有更深入的认识。信号测试分析是工科学生工程能力的重要部分，现在的测试仪器虽然能较方便的采集到各种信号，但分析实验数据需要基础理论知识。虚拟实验解决了如信号采集、频谱分析、电池电化学工作原理等关键的基础实验内容。
2.2地铁列车虚拟仿真实验教学平台
地铁列车是世界地铁产业发展的必然方向，是解决全球石油能源危机、大气环境污染等难题的理想选择。对于我国而言，发展地铁列车是提高我国地铁产业竞争力、保障能源安全和发展低碳经济的重要途径。通过虚拟仿真实验，帮助车辆工程专业的本科生学习和掌握新能源汽车中的电池、电机及电控等关键部件的结构原理、设计和性能测试方法等基础知识，以满足地铁列车产业发展对车辆工程专业人才的新要求具有重要的意义。
2.3地铁列车制造技术虚拟仿真实验平台
当今地铁列车制造技术的发展将实现制造过程的计算机辅助设计、工艺计划、控制和管理，并采用自动化的生产系统，以使产品质量达到高度的一致性。这其中主要包括主要零部件的制造技术和车身制造装配等。通过虚拟仿真实验能使学生充分了解和掌握车身制造焊接技术，各典型零部件的制造加工等新技术、新工艺，毕业后能快速融入工作实践中。
结束语
虚拟仿真实验教学体系平台的构建为车辆工程相关专业人才的培养提供了新的模式和理念，能有效解决青理工目前工科学生实践能力与创新意识薄弱的突出问题，实现理论教学与工程实践训练的深度融合。提高了在校大学生创新精神和实践能力，为未来推动社会经济、科学的发展培养一批符合新工科建设的创新能力、实践能力、适应能力的综合性人才。
参考文献
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[2]江浩斌,潘公宇,杨晓峰等.车辆工程虚拟仿真实验教学体系与平台的构建[J].实验室研究与探索,2018,36(06):114-117.
[3]张立新,张继平,林总君.数控车削加工虚拟仿真教学平台研究[J].实验科学,2017,15(2):148-150,154.
论文作者:张燊
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
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