工況，是指設(shè)備在和其動(dòng)作有直接關(guān)系的條件下的工作狀態(tài)。大型設(shè)施建設(shè)離不開(kāi)其全工況下的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬必須投入較為高昂的設(shè)備，涵蓋較為全面的工作狀態(tài)，成本大、難度高，且傳統(tǒng)的測(cè)試手段主要依靠人工與手記，極為費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

 本文介紹的水泵全面性能測(cè)試虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，利用虛擬仿真等先進(jìn)技術(shù)，嘗試突破大型設(shè)備測(cè)試實(shí)驗(yàn)的教學(xué)瓶頸，為相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用提供了樣本。

背景與痛點(diǎn)

在以南水北調(diào)為代表的調(diào)水工程、農(nóng)業(yè)灌溉和排澇泵站、城市及農(nóng)村飲用水工程、抽水蓄能電站工程中，作為核心設(shè)備的水泵起到了關(guān)鍵作用。據(jù)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成固定機(jī)電灌溉泵站約43.5萬(wàn)處，使用中的大、中、小型水泵達(dá)百萬(wàn)臺(tái)套以上。

水泵的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、選型、應(yīng)用、改進(jìn)等相關(guān)工作的重要性因而不言而喻，而作為此類工作重要參考數(shù)據(jù)的水泵全面性能曲線，其對(duì)于把握與發(fā)揮水泵性能、分析與解決水泵運(yùn)行問(wèn)題有著，有著不可替代的作用。

水泵全面性能曲線是水泵全工況下的性能曲線，需要在水泵正轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速、負(fù)轉(zhuǎn)速運(yùn)行條件下，分別測(cè)出不同流量/揚(yáng)程所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程/流量、輸入扭矩原始數(shù)據(jù)，再對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，才能進(jìn)行繪制。

全工況包括正常和非正常工況，意味著相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)境必須提供各種運(yùn)行條件，這對(duì)實(shí)體裝置的建設(shè)要求非常嚴(yán)苛，建設(shè)投資和后續(xù)運(yùn)行費(fèi)用很高，占用場(chǎng)地大，設(shè)施復(fù)雜不易上手，完整的測(cè)繪周期也較長(zhǎng)。這些都屬于“三高四不”難題，制約著專業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。

解決方案：原則與方針

針對(duì)上述情況，恒點(diǎn)與河海大學(xué)共同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)“水泵全面性能測(cè)試虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，利用虛擬仿真技術(shù)，模擬水泵運(yùn)行的任意工況，并大大縮減重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)間消耗，從而以較低的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間投入開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程。

本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)避免陷入“以虛代實(shí)”的誤區(qū)，而是堅(jiān)持“以虛補(bǔ)實(shí)”的原則，通過(guò)虛擬仿真的模擬測(cè)試減少實(shí)體實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)與時(shí)間投入，更為直觀地揭示運(yùn)行原理，并以虛擬仿真教育獨(dú)特的模式循序漸進(jìn)，激發(fā)學(xué)員的興趣、主動(dòng)性，從整體上降低教學(xué)門(mén)檻。

解決方案：設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

十四屆全國(guó)人大二次會(huì)議民生主題記者會(huì)上，教育部部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬表示，實(shí)現(xiàn)教育的高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)展數(shù)字教育不是選修課，而是必修課，要開(kāi)辟教育發(fā)展新賽道、塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢(shì)、提供更加優(yōu)質(zhì)教育的重要平臺(tái)，建成不打烊、全天候、“超市式”的公共服務(wù)平臺(tái)。

本項(xiàng)目采用VRC-Editor進(jìn)行開(kāi)發(fā)，VRC-Editor又稱XR交互資源編輯器，是一款虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容互動(dòng)開(kāi)發(fā)工具；通過(guò)該軟件可以通過(guò)零代碼形式進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源的開(kāi)發(fā)，教師通過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)即可掌握軟件使用，教師可在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上自行對(duì)課程進(jìn)行后續(xù)建設(shè)，充分實(shí)現(xiàn)自己的教學(xué)想法，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)設(shè)計(jì)的自由化及項(xiàng)目的持久性建設(shè)；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高校教學(xué)改革和教學(xué)創(chuàng)新工作的快速推進(jìn)及成本的降低。

課程既要適用于學(xué)習(xí)《水泵及水泵站》課程的大學(xué)學(xué)生，也要照顧想了解本實(shí)驗(yàn)的非專業(yè)人士?；谶@種考慮，團(tuán)隊(duì)盡量在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過(guò)程的設(shè)計(jì)方面做到深入淺出、形象生動(dòng)、操作方便，從而達(dá)到循循善誘、鼓勵(lì)探索、學(xué)以致用的效果。

經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的本實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)習(xí)者掌握基本概念與物理原理、工程常識(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器的工作原理，理解和掌握水泵全面性能曲線變化規(guī)律，并活學(xué)活用解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。達(dá)到智慧教育的題中之義，以智慧的手段，讓學(xué)習(xí)者全面提升核心素養(yǎng)。

當(dāng)前，MOOL平臺(tái)的各項(xiàng)功能仍在持續(xù)完善，恒點(diǎn)正在嘗試將AI技術(shù)應(yīng)用于引導(dǎo)、模擬、教學(xué)、評(píng)價(jià)等方面，通過(guò)更為精準(zhǔn)還原的模擬豐富實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與形態(tài)，建設(shè)更為科學(xué)全面的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以適應(yīng)高素質(zhì)新型人才的培養(yǎng)需求。