VR技术在物流工程专业实践教学中的应用研究.doc

VR技术在物流工程专业实践教学中的应用研究 许 婧 （中南林业科技大学 涉外学院 湖南 长沙 410004）摘 要：物流工程专业旨在为企事业培养具备物流系统规划设计、运营管理及相关能力的复合型应用人才，要求学生具有较强的实践能力，但物流系统极其复杂且投入很大，高校不可能完全按照企业提供一个真实的实践环境，这样学生就很难接触和理解核心环节，从而使得教学效果大打折扣。为了解决这一矛盾，本文尝试引进VR技术并研究其在物流工程专业实践教学中的应用，帮助教师提高教学效果，培养学生的实践能力。关键词：虚拟现实；物流工程；实践教学Application research on VR in practice teaching of logistics engineering Xu Jing( Swan College,Central South University of Forestry and Technology , ChangSha 410004 )Abstract: Logistics engineering aims to develop application talents which have the logistics system planning and design, operating management and relevant ability, students are required to have strong ability of practice, but the logistics system is extremely complex and input is large, the university cant completely according to the enterprise to provide a real practice environment, so students can be hard to contact and understand the core link, so as to make the teaching effect lower. In order to solve this contradiction, this paper tries to introduce VR technology and study its application in logistics engineering practice teaching, help teachers to improve teaching effect, improve the students practical ability.Key words: VR; Logistics engineering; practical teaching近年来，物流在我国得到大力发展，社会对物流人才的需求急剧增长，尤其是高端的物流系统规划设计人才，但我国高校培养的物流专业人才并不能适应社会需要。这主要是因为物流是一个极其复杂的系统，实践性很强，投入大，而高校限于资金、场地等因素，很难提供一个系统、真实的实践环境，这样学生动手操作的机会就很少，不能真正接触到物流的核心业务，也很难深刻地理解整个物流流程，对物流的认识缺乏系统性，实践能力差，更谈不上进行物流系统的规划设计了。而VR技术正好弥补了这个缺陷，它通过虚拟仿真可以构建一个逼真的物流环境，使学生犹如身临其境，从而提高学习兴趣，增强实践能力。 目前，有关VR技术在实践教学中的应用研究不少。如林琳对VR在建筑设计教学中的应用进行了研究1 ；赵鹏程在公安实践教学和培训中引入了VR技术2；王凯英和廖明军探讨了VR在土木工程教学中的应用3等，都取得了不错的效果，但有关VR在物流工程实践教学中的应用研究还比较少，本文将就此进行探讨。1 VR技术概述1.1 概念VR（Virtual Reality）即虚拟现实，又称为灵境，兴起于20 世纪末4。它实际上是一个计算机系统，结合了多媒体、传感和仿真技术，通过建模创建一个虚拟的现实世界，用户可以通过视、听、触等方式跟虚拟世界中的对象进行交互，就仿佛身临其境一样。1.2 特征沉浸性、交互性和构想性是虚拟现实系统的三个基本特征。沉浸性是指用户完全沉浸在虚拟环境中，借助头盔、手套等外部设备实现自然交互。交互性是指用户可以使用键盘、鼠标等交互设备来控制虚拟物体，不再是被动的接收者。构想性是指VR系统能激发用户的创造性，用户可以根据自己的构想来创建虚拟系统。1.3 分类 目前比较常见的虚拟现实系统大致上分为三类：桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统5。 桌面虚拟现实系统又叫窗口VR，用户通过计算机屏幕来观察虚拟环境，对设备要求低，沉浸感较差，但成本较低，主要用于教学演示，本文研究中的VR系统主要是指这类系统。 沉浸式虚拟现实系统则是一种理想的VR系统，对设备要求很高，价格昂贵。用户通过佩戴一些外部设备（如图1所示的VR眼镜、数字手套、操纵手柄等）进入一个虚拟环境中，产生极强的沉浸感，如同身临其境2。图 1虚拟现实设备 分布式虚拟现实系统结合了网络技术，通过网络将不同地方的用户联结起来，共享同一个虚拟环境。也就是说，通过分布式VR系统，多个用户可以同一时间异地协同交互作业。 2 VR技术在物流工程专业实践教学的应用 现代物流系统是一个极其复杂的高科技系统，不仅包括各类现代设备，还包含了先进的信息管理系统，涉及面广，环节众多，融合了机械、自动化、计算机、管理等多个学科，实践性非常强，因而实践教学对于物流工程专业而言就格外重要。但传统的实践教学模式限于资金、场地、技术等各方面的原因，效果并不理想。自VR技术问世以来，已经在多个领域广泛应用并且取得了不错的效果，下面我们就来探讨一下VR技术在物流工程专业实践教学的应用。2.1 VR在物流设施设备实践教学的应用 物流设施设备是物流系统设计的基础，现代物流设施设备种类繁多，大多价格昂贵，而且更新速度非常快。传统的教学模式通常采用图片、视频等让学生认识各类设施设备，有条件的学校会购买一部分设备供学生操作或者带学生去企业参观实习。在这种模式下，学生实际操作的机会非常少，对设施设备的认识理解不深，而且学校的教学成本很高，风险也很大（比如购买的设备需要维护，还要面临很快被淘汰的风险；带学生外出实习要考虑学生的安全问题等）。应用VR技术可以在电脑上创建各种设施设备的模型，通过鼠标、键盘、VR眼镜等外设来操纵虚拟设备，跟现实世界操作设备相差无几。当现实设备更新时只需要重新建模即可，非常方便，不用维护也不用担心设备过时造成资源浪费。学生也不受时间、空间的限制，闲暇时都可以操作而且可以反复多次操作，同时模型是立体的，非常逼真，极大地提高了学生的学习兴趣。例如在港口物流中经常用到的起重机，价格非常昂贵，动辄上百万，学校不可能购买一台起重机让学生实际操作。即使去企业实习，由于驾驶的难度和危险性，企业也很可能不会让学生动手操作。但如果没有实际操作过，就很难理解它的构造和工作原理。借助VR技术，这些问题就都迎刃而解了，通过建模，学生不仅可以全方位观察起重机，也可以对其进行拆装，还可以驾驶而且十分安全，既加深了对设备的理解，同时又提高了实际操作能力。2.2 VR在仓储实践教学的应用仓储是物流最主要的功能，也是整个物流成本中占比最重的一部分，因此，仓储系统设计的好坏直接影响到整个物流系统的运行效率和成本。而仓储系统作业环节繁琐，内容也比较枯燥。目前，大多数高校是通过仓储管理软件WMS来开展实践教学的，对学生理解仓储作业流程有一定的帮助，但学生是被动接收，对整个系统的认识不够立体，而且仓储作业随着环境的变化不断发生变化，应用WMS软件很难进行系统优化并实时看到优化结果。而在VR环境下，不仅能生动形象地看到整个流程，还能方便地进行系统优化。学生也可以亲自操作各个环节，进行各岗位的角色扮演，以交互的方式模拟入库、拣选、包装、出库、补货等作业流程。大家玩过游戏模拟人生吧，那是VR在游戏的一个典型应用。在游戏里，你可以按照自己的想法生活，吃饭、睡觉、工作、交朋友，跟现实生活非常地贴近。同样地，在仓储实践教学中应用VR技术，也能达到类似的效果。例如下图是长风网开发的一个仓库模拟系统，操作者可以全方位观察整个仓库，可以自由行走，可以根据指令出入库、拣货、理货，还可以展开竞赛，以游戏的方式教学，能够极大地激发学生的学习热情，自主学习，深刻地理解仓储系统作业流程，锻炼实践技能。 图 2虚拟仓库系统类似地，还可以在生产物流系统、运输系统、供应链管理系统中应用VR技术，帮助学生更好地理解其运作流程，培养相关岗位操作技能。2.3 VR在物流系统规划设计的应用物流工程专业最终的培养目标是要培养物流规划设计人才，在掌握物流设备和业务流程、运营管理的基础上进行系统的规划布局和设计。由于物流系统的复杂性，高校在进行系统规划设计实践教学时，往往感到一筹莫展。比如物流园区的规划，它涉及众多的设备、人员配置、园区的布局以及工艺流程设计，非常复杂，设计难度很大。传统的做法是沙盘模拟，但投资很大，场地不够，很难顾及所有细节，而且建成后很难修改，整个设计是静态的，发现问题也难以实时优化。即使采用了3dmax建模，也只是在一定程度上实现了三维动画效果，并不能实时交互，也不能及时有效地发现设计的问题并进行系统优化。VR技术正好弥补了这个缺陷，其良好的交互性使得设计结果变得可预知，其虚拟性使得空间不受限制，教师可以根据设计要求，任意增加设备、人员，设计方案的修改非常方便并能够实时进行仿真，多种设计方案可自由切换，设计者能真切地体会各方案的优劣，这是传统的实践教学不能比拟的。3 物流工程专业实践教学应用VR技术的关键由于物流系统是一个非常复杂的动态系统，尽管VR技术非常先进，目前市场上的VR仿真软件功能也越来越完善，但将VR用于物流工程的实践教学还是有一定的难度。最核心的问题在于建模，尤其是动态建模。物流系统的各个环节是彼此动态联系的，如何构建一个动态的运行场景是VR建模中的一个难点，这就要求教师有很强的建模能力，能够根据教学要求建立相应的模型，包括实体建模和动态流程建模。可以采取同国内外知名的VR软件公司合作来开发适应的VR实践教学平台，这样可以节省开发时间，降低建模难度，有利于在物流工程实践教学中推广VR。4 结论在物流工程专业实践教学中应用VR技术，根据教学任务建设虚拟设备、虚拟沙盘、虚拟系统，对物流设备、业务流程、系统规划等物流实践内容进行交互式教学，寓教于乐，不仅节约了大量成本，避免了以往实训中的危险，而且有利于激发学生学习热情，学生由传统的被动接收学习转化为主动研究学习，能大大提高实践教学效果。通过与国内外知名VR软件公司合作开发适应的物流虚拟仿真实训平台，降低建模难度，可使VR技术在高校物流实践教学中的应用变得切实可行。参考文献1林琳虚拟现实技术