XK挖掘机仿真操作实训系统可行性报告Word文件下载.docx

1、职业院校培养的人才在数量与质量上都不能满足社会需要，造成目前技能型人才缺乏、特别是高技能人才严重短缺，许多地方年薪数万招聘高级技工和近两年高校毕业生就业困难而职业院校毕业生紧俏现象，说明了技能型人才缺乏的程度。大力发展职业教育已成为教育发展的当务之急。2002年8月，国务院“关于大力推进职业教育改革与发展的决定”出台，标志着政府开始重视职业教育发展，将职业教育作为我国教育工作的重要内容，教育部门加大了对职业教育的投入，职业院校提高办学规模、办学水平，增加师资、场地、设备等基础设施。XX年11月国务院又发布了“关于大力发展职业教育的决定”，进一步指明了职业教育发展方向。在刚刚举行的全国职教工作会

2、议上，温家宝总理出席并做重要讲话，肯定了职业教育在教育体系中的重要作用，指出职教与普教、高教具有同等重要位置。“十一五”期间中央将投入100亿发展职教，重点支持实训基地建设。并鼓励社会力量投入职业教育，提高办学水平和质量。实训基地是职业教育培养技能型人才的重要手段，体现职业教育的特点和水平，大力发展实训基地是当前发展职教的重要途径，大力气推进实训基地建设，可以提高院校教学水平，提高学生就业能力，完善职教体系，培养社会急需的合格人才，实现院校不断发展壮大。因此，实训基地建设成为当前职教工作的重中之重。本项目响应国家职业教育发展政策，为国家实训基地建设提供探索。在工程机械专业的实训基地中使用的实训

3、设备，大多造价高，且有危险性，而且运作成本也比较高。本项目运用计算机虚拟仿真技术，研制开发“XK挖掘机仿真操作实训系统”，作为工程机械专业的辅助实训教学装置和手段，开辟了实训设备的崭新形式，将为国家实训基地建设作出新的尝试和探索。二、国内外现状和发展趋势（一）目前国内外技术、产品发展现状目前国外职业教育以实训为主，职业教育水平高，最有代表性的是德国的职业教育，以实训为主，将先进的自动化设备引入学校与教学，学生通过在设备上进行操作训练，很快掌握工作内容和所需技能，并能在工作中发挥作用。国内仿真软件技术起步较晚，但比较迅速，到目前为止，已经出现很多种类，不同用途设计的仿真软件。但由于内容的不同，不

4、能满足目前职业教育中挖掘机教学的要求。该项目以计算机仿真技术为主，结合智能电气控制技术、嵌入式开发技术组合于一体，具有集软、硬件技术以及控制技术等应用软件技术的多功能教学系统。该项目属国内首创，填补了国内空白。该项目的实施依靠科学的运行模式，推进国家工程机械类人才培训工程，提升工程机械工程技术人员的素质，进一步推动社会生产力的发展。（二）项目单位目前研发应用情况我公司多年从事职业教育相关专业的软、硬件开发，在产品开发上有丰富的技术经验，能够把握教学软件的发展方向。公司先后开发了可编程控制器（PLC）实验教学平台、数控机床仿真软件、实验室多媒体系统、XK-2001型电气智能实验教学系统、行业仿真

5、软件、综合模拟仿真控制系统、工厂自动化控制系统的模拟仿真等用于教学的多个软硬件产品，并将电子、电工、机电、自动化等专业的培训项目、课题有机地结合在一起，编制了系列配套实用操作软件。公司在教学实训产品开发方面积累了丰富的经验，在技术上已处于国内领先水平，锻炼出了一批具有较高技术水平与丰富经验的技术人员。在行业内建立了一定的知名度，已拥有了一批稳定的客户资源。公司与清华大学、山东大学等16所国内知名大学与研究院所建立了密切联系；与清华大学联建“自动化控制理论研究室”，与山东大学联建“虚拟现实研究室”、“计算机信息化管理研究室”，与青岛理工大学联建“嵌入式系统研究室”，可以获得有力的软硬件技术支持。

6、三、现有研究基础、特色和优势（一）现阶段已达到的主要技术指标项目已开发完成挖掘机仿真操作实训系统的部分功能（1）完成了项目的需求分析与实训设备标准。（2）软性系统完成了挖掘机空动作操作、挖掘机的上下车训练、挖掘机的上下坡控制、挖掘机道路清理训练。（3）硬件系统完成了实训台的研发。（二）项目创新点及在人才、资源和产业方面的特色优势1、项目的创新点（1）采用计算机仿真，多媒体互动等现代化信息技术手段，通过操作、模拟、仿真三个层面，实现挖掘机仿真操作实训的一体化教学，从模拟操作向数字化操作转变，解决理论、实验、实习和实际应用脱节问题；（2）该系统是一个综合性、系统性、经济性的教育平台，可替代原来真实

7、的挖掘机进行独立的挖掘机实训操作；（3）软件开发思想先进，采用现今流行的网络游戏的开发思路，将复杂的场景、大型机械设备通过虚拟仿真手段在实验室得以实现；（4）软件开发手段先进，将3DMax、Dot Net等高级语言编程技术、虚拟现实技术相结合，实现三维虚拟仿真的再次突破；（5）计算机仿真内容的超前、先进性，该系统不仅有对传统的经典控制，更体现先进控制思想，将模糊控制，CIMS技术、神经元网络、专家系统纳入系统中，开拓学员视野；（6）先进的教学模式：操作、模拟、仿真三个层次进行实验教学；软件与硬件紧密结合；采用多媒体手段进行实验教学；根据学员不同水平及岗位需求展开模块式教学；实验教学与工厂的无缝

8、连接，按工厂的操作规程进行；（7）该系统智能化程度高，功能强大，配置标准规范，实用性强，界面直观，便于操作，运行可靠。可用于职业教育学校学生培训、高等院校专业培训及企业职工培训和远程教学；（8）该系统具有高度兼容性与开放性。用户可以在系统中嵌入其他软件或与其他软件同时使用，并可利用系统提供各种开发工具进行二次开发，还可以丰富系统模块或在系统中嵌入其他用同种开发工具开发的模块。2、企业实施该项目的优势（1）产品优势该系统采用计算机仿真、多媒体互动等现代化信息技术手段，建立了一个综合性、系统性、经济性的教育平台，可在一定程度上替代原来真实的挖掘机进行独立的挖掘机实训操作。系统通过操作、模拟、仿真三

9、个层面，实现挖掘机仿真操作实训的一体化教学，从模拟操作向数字化操作转变，解决理论、实验、实习和实际应用脱节问题。系统软件开发手段先进，将3DMax、Dot Net等高级语言编程技术、虚拟现实技术相结合，实现三维虚拟仿真的再次突破。（2）企业优势A、技术优势。公司建有市级企业技术中心和省级工程技术研究中心，专业化开发体系，先后承担过多项国家级计划，获得过省、市级科技进步奖，有一定技术实力，能保证项目正常实施。与清华大学联建“自动化控制理论研究室”，与山东大学联建“计算机信息化管理研究室”，与青岛理工大学联建“嵌入式系统研究室”，可以获得有力的软硬件技术支持。B、推广优势。公司是国内职业教育装备行

10、业的重点企业，有完善的销售与服务体系，在北京、沈阳、西安、南京、武汉、广州建立了6个办事处，销售及技术支持人员120多人，分别负责区域内各省的企业宣传、产品推广和技术服务工作，在各省内以地区为单位设有销售代理或专职销售人员，并已与全国6000多所院校建立固定的联系，先后为全国500多所院校提供了技术与产品服务，产品在国内行业中市场占有率达8.5%。可以利用公司的销售网络在全国职业院校和高校中进行推广。同时，公司是劳动部中国职业教育和职工培训协会的理事单位，并共建了教学装备开发中心，与协会关系密切。劳动部中国职业教育和职工培训协会是国家组织和协调各行业企业职工教育和培训的部门，全国工业500强和

11、各行业的主要企业都是协会会员单位。该系统可以利用劳动部中国职业教育和职工培训协会的网络，联系全国各行业的主要企业进行推广。C、管理优势。公司以科学的管理方法，采用OEC管理模式，本着活力、规范、竞争、奉献、完善、发展的精神，以计划周密、运作迅速、总结完善的作风，创造一个和谐愉快的工作环境，提供一个发展空间，开发、研制、生产、经营一流的产品，创建员工与公司共荣的文化氛围。设置管理机构扁平，使内部信息沟通流畅。四、应用或产业化前景、市场需求（一）应用领域本体系为各类职业学院、中等职业学校及技工学校挖掘机专业的设置、教程改革；（二）产业关联度分析1、对职业教育实训基地建设的推动促进作用。该系统根据先

12、进性、应用性、实践性原则，认真制订实训方案，实训基地仪器设备的配置标准体现科学、合理的原则，严格按照专业课程的实验、进行实训项目配置，并在很大程度上改革了实践实训内容和教学方法，在探索实训模式、优化教学与训练过程等方面起到了很好示范作用，从而对实训基地建设项目在全国范围内的进展起到了很大的推动作用。2、对培训产业的带动作用。本系统为挖掘机技术应用人才的培养培训提供一整套完备成熟的软硬件结合模式方案，有利于职业院校、技工学校及其他培训单位对学生和其他培训学员实现快速、高效、稳定的培训，达到提升学员专业素质及就业所需整体素质的目的，为培训市场挖掘奠定良好的基础，有力地拉动培训产业的深度开发。3、对

13、职业教育发展的推动作用本体系是在对企业人才需求进行大量调研的前提下进行的，调研过程中听取企业对技能人才的需求，特别是走访毕业生对教学改革的意见，因此该成果的提出，对职业院校 、技工学校针对企业行业需求，进行专业设置、课程建设及教材改革和师资培训，对学生开展目标明确的对口培养培训，提高学校培养人才的效率，使企业和人才之间如何实现有效地匹配，提高企业生产效率，提高人才利用率，实现职业教育的宗旨。因此对职业教育进而加快国家工业化进程做出贡献。（三）市场分析1、市场需求分析（1）“重高教轻职教思想”造成职教设备落后，制约职教发展，设备急需更新换代。由于历史原因，过去几十年，国家重高教发展轻职教的发展，

14、造成职业教育教学设备落后，落后的教学设备制约了职教的发展，设备急需更新换代，因此，职教设备存在大量的市场需求。（2）中央财政资金注入，激发职教设备市场XX年全国职教工作会议上，温总理指出，要重视职业教育的发展，特别是重点支持实训基地的建设。根据国务院下发通知，教育部和财政部针对职业教育实训条件这一薄弱环节，“决定采用中央财政资金引导的方式，加快推动各地职业教育实训基地建设，” “中央财政专项资金主要用于实训基地设备更新和购置。”“将重点扶持建设数控技术、汽车维修技术、计算机应用与软件技术、电工电子技术、建筑技术等5个领域。”职业教育也引起了各级政府部门的重视，造成了良好的社会环境优势。中央财政

15、资金的注入、引导，要求各职业院校加大对职教实训设备的投入，激发了职教市场。（3）学校合并，对职教设备需求量增加近年来，职教事业蓬勃发展，社会对高级技能人才的大量需求，促使国家对教育资源进行整合，大量职业学校合校，升格为高等职业技术学院，实验装备水平随之要求加强，从而扩大了市场资源。2、市场容量据统计，全国现有各类职业技术院校、技工学校17000多所。“十一五”期间仅中央财政用于职业教育投资为100亿元，主要用于实训基地建设，可以带动地方与学校投资500亿元以上，行业需求巨大。随着时代的发展，高级技术应用广泛，高技能人才严重短缺，迫切需要高技能人才的培养和培训。可将该项目可应用于机械类高技能人才

16、培训的培训中心约有1000个左右，也有广阔的市场。因此，该产品预计在近几年内职业院校与企业需求量巨大，有广阔的市场前景。五、研究内容与预期目标（一）项目的主要内容本项目的研发和生产分为软件研发、硬件研发、硬件生产三部分，主要是软件方面的开发。（1）软件部分包括：挖掘机空动作操作、挖掘机的上下车训练、挖掘机的上下坡控制、挖掘机道路清理训练、挖掘机装车操作练习、挖掘机挖土甩方练习、挖掘机填熔岩操作、挖掘机框架肢解操作、挖掘机找平操作、挖掘机填埋深坑操作、挖掘机电锤操作。软件开发方案为：采用3DMAX、VRML、Dot Net等软件，与自动化控制软件相结合，通过编程语言将对动画的操作转换成自动化设备

17、控制指令，并将设备的状态传回动画演示，实现虚拟动画与硬件设备的互连互动。达到生动形象的效果，激发学生的学习兴趣。（2）硬件研发、生产：为了仿真系统更加逼真，挖掘机的操作控制系统我们部分部件直接采用挖掘机的配件，其他部分需要自己研发，主要是自己研发的部分与挖掘机部件的信号传输和接口的配合。其开发方案为：根据挖掘机的实际需求，选配多种型号的既适用于实验教学又适用于工厂实际需要的实用设备，注重实用性、先进性、可靠性、经济性、综合性、创新性。挖掘机的操作控制系统部分已开发完成，能够满足教学训练要求。（3）硬件生产：硬件生产零部件中，直接采用挖掘机的部件，由外部购进，公司自行组装；自己研发的部分，由公司

18、自行生产。在章丘建有产业化基地，硬件部分可满足项目要求。（二）项目总体方案项目开发周期27个月，预计投资总额413万元。项目完成时实现年销售收入1416万元，实现年利税182万元；完成产品的开发与应用，技术指标达到计划要求，技术水平达到国内领先水平。（三）项目进度项目建设时间：XX年10月XX年12月，建设周期为27个月。项目建设共分3个阶段：第一阶段：XX年10月XX年11月，主要任务为完成挖掘机技术人员的需求研究报告和挖掘机实训设备标准的研究报告。第二阶段：XX年11月XX年12月，主要任务为项目的软硬件开发和项目的初步推广。第三阶段 XX年1月XX年12月，主要任务为完善项目的开发内容和

19、技术升级，同时进行项目的全面推广。（四）拟达到的主要技术和经济指标、水平1、技术指标（1）利用Virual Studio.Net 平台，使用C语言结合directX SDK完成3D环境的模拟和人机交互。（2）通过底层控制引擎的实现，采用大量的3d图形技术，利用directX图形渲染技巧，实现对多重元素纹理，带alpha通道的透明、半透明贴图的渲染，和整个3D场景的渲染。（3）使用3DMAX进行3D建模，设计蒙皮骨骼动画，实现挖掘机和作业环境的模拟。使用线性过滤（line filting）实现行抗锯齿（line antialiasing）效果。（4）通过对灰度图逐点象素的控制，实现沙堆视觉效果。

20、利用粒子系统模拟了沙子掉落的效果。使用d3dsound buffer，实现混合音效。（5）利用层级递进的检测模式，实现多层碰撞检测效果。实现人工智能的操作技能评估系统，根据用户操作，自动实现考核测试并给出考核结果。利用现有的加密算法实现嵌入式加密，实现对系统的保护。（6）根据挖掘机操作培训的要求，实现对硬件操作技能的评估打分系统。2、经济指标项目完成时实现年销售收入1416万元，实现年利税182万元，技术水平达到国内领先水平。六、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解（一）项目研发的技术路线研发技术路线分为软件开发和硬件研发二部分。1、软件部分包括：基础操作、实训操作、考核操作。基础操作研发路

21、线为：依据挖掘机的操作技术规程与前期的调研数据，利用.NET技术与DirectX开发包中的Direct3D组件创建三维虚拟空间，将在3DMAX中做好的模型导入三维空间，实现模型的控制运动。最先完成的是挖掘机空操作项目，在挖掘机空操作项目的基础上加入了障碍物碰撞检测技术和空间倾斜技术实现挖掘机上下坡项目，再加入控制像素点技术实现挖掘机找平项目，最后利用多重碰撞检测技术实现挖掘机上下车项目。实训操作研发路线为：邀请专业的挖掘机培训人员，依据挖掘机在施工现场的真实工作状态，除利用.NET技术与DirectX开发包中的Direct3D组件外还用到了DirectX开发包中的粒子库和像素点技术、随机矩阵，

22、模拟出8个不同的工作项目。其中挖掘机拆支架操作项目和挖掘机清理道路项目用到了随机矩阵技术，挖掘机破夯操作项目、挖掘机范例装车项目、挖掘机填堵熔岩项目、挖掘机填埋深坑项目、挖掘机挖沟操作项目、挖掘机挖土甩方操作项目用到了粒子库和像素点技术。考核操作研发路线为：根据挖掘机专业培训人员的要求，对8项实训操作制定了考核标准，利用.NET技术与DirectX相关技术，实现了在三维空间中显示二维文字的技术。考核项目有挖掘机拆支架操作考核项目、挖掘机破夯操作考核项目、挖掘机范例装车考核项目、挖掘机清理道路考核项目、挖掘机填堵熔岩考核项目、挖掘机填埋深坑考核项目、挖掘机挖沟操作考核项目、挖掘机挖土甩方操作考核

23、项目。2、硬件研发包括：挖掘机行车控制器的研发、左右先导阀以及先导阀与控制器数据信号通讯的研发、行车控制器与电脑的数据通讯和交互、核心信号控制部件的研发。其技术路线为：根据教学实验要求和挖掘机实际需求，研发既适用于实验教学又适用于挖掘机实训实际需要的实用设备，注重实用性、先进性、可靠性、经济性、综合性、创新性。（二）生产场地、公用工程、辅助设施等方面已具备的条件和需新增加的基本建设内容本项目建设实施地点分为两处进行：一是研发及实验；二是生产基地。研发地点位于济南市高新开发区环保科技园E座，该科技园地处济南市高新开发区内，与济南市国际会展中心毗邻，附近还有多处省级科研机构，是山东省重点科技产业基

24、地。园区基础设施齐全，有丰富的人才与技术资源，便于进行科技产业发展。公司总部现有办公、研发面积1230平方米，主要用于项目开发，可满足本项目需求。生产基地位于济南市章丘明水开发区生产基地内，占地面积21000平方米，规划建筑面积12300平方米。生产厂房三座，建筑面积8100平方米。现有厂房内有空闲面积，约为2700平方米。本项目新增生产设施拟布置其中，经测算，可满足本项目产业化需要。（三） “三废”排放、处理的措施和职业危害因素分析及采取的保护措施方案1、环境保护（1）污染源及污染物概述本项目的生产属于电子零部件的组装，生产中没有污染源。（2）项目污染治理方案本项目生产过程不产生污染， 仅在

25、产品组装时产生少量的电线头及边角废料，由专人收集，送往物资回收部门综合利用。另外，办公区内有少量生活污水，经化粪池处理后，达标排放。（3）绿化美化环境厂区绿化是环境保护的重要措施之一，也是工厂文明建设的重要标志，是工厂规划设计中不可缺少的组成部分。本项目将充分利用原有条件，选配良好的树种和植物，对厂区进行绿化。绿化的重点以厂前区、道路两旁和建筑物周围等空地为主，采取乔、灌木和乔灌木与绿篱搭配；草坪与花卉相间的形式美化厂区平面，并利用绿化植物改善环境，为职工创造优美舒适的生产生活条件，促进企业生产发展。2、劳动安全卫生（1）生产设备均制定安全操作规程，使工人做到有章可循，同时按规定配备必要的安全

26、防护用品，所有危险区域均设有危险标志和防护措施。（2）实验室内装有空调，保证室内的温度、湿度要求和空气清新。（3）对产生的电线头及边角废料等，设专人及时清理，保证生产环境清洁卫生。（四）特殊行业许可证报批情况本产品不属于国际规定的特殊行业。（五）本项目推广应用计划和保障措施1、项目推广计划：（1）XX年10月XX年9月进行项目的研发与生产，同时，通过人员推销、展会等形式进行产品的初步推广。（2）XX年10月XX年8月，充分借助政府部门和媒体力量进行市场开拓。利用政府政策，在教育与培训等行业的专业杂志宣传产品，积极参加各种展会，集中开拓局部市场。（3）XX年3月以后，利用公司完善的销售与服务体系

27、，在全国职业院校和高校中进行产业化推广。（4）加强公共关系，重点处理好与政府、客户、媒体的关系。处理好与外部政府部门关系、充分借助政府部门力量进行市场开拓，做好借势发展。利用政策与政府支持集中开拓局部市场。拉近与媒体关系，处理好与已经有一定联系的国内主要媒体的关系。借助已有客户资源开拓当地市场。（5）项目销售渠道采用坚持发挥政府优势，结合公司自主运作，有效利用会议推广形式。销售的形式有召开会议、人员推销、参加会议、客户介绍、设立代理五种主要形式。利用系统化优势进行捆绑销售。（6）宣传策略。宣传重点仍以产品为主，将教育与培训等行业的专业杂志作为主要媒体，宣传方式从介绍政府推广逐步向直接进行产品宣

28、传转变。强化附加产品价值，包括政府政策、资金支持、软件免费升级、多种服务手段与网络等。2、存在风险（1）技术开发风险。本项目生产的产品为高新技术产品，可能遭受软硬件技术进步引起的技术落后的风险。（2）人力资源风险。技术研发人才的不规范流动易导致项目开发周期的不正常推迟，甚至会导致项目的失败，这是软件行业一个非常普遍、也是非常头痛的问题。这个问题在本项目研发中，也不可避免的会出现。（3）同行业竞争风险。由于教学产品具有广阔的市场前景和发展潜力，且经济效益可观，存在着巨大的商机，使得许多教学设备领域的各设备供应商看好这一行业。但由于存在较高的技术壁垒，使得厂商的进入十分困难，主要原因：一是很多教学

29、设备生产厂家由于难以掌握软件技术，难以进入软件行业。二是由于是软硬件结合的产品，对技术人员的专业及知识面要求较高，属于特殊的应用基础软件产品，与纯软件产品又有极大的区别，因而，纯软企业一时也无法进入该市场。如著名的洪恩软件。另外，国内同类产品大都以实验验证为主，侧重实物教学，功能单一，无系统教学仿真，不具有技术优势。因此，相对而言，同行业竞争风险较小。3、保障措施（1）购置高性能的实验仪器设备和生产设备，根据设备及技术的更新换代情况进行技术升级，尽量减少由于技术进步造成的损耗。（2）聘请我国相关产业的专家、高校的知名软件权威教授为公司的顾问，另外，成立技术研发中心，培植公司自己的技术力量，致力于产品的技术研发，保证技术的先进性、稳定性。（3）把软件产品市场收益直接与研发人员收入挂钩；实行科技人员持股、参与分红等激励政策，以及对特殊贡献的研发骨干奖励公寓住房等政策，吸引人才，保持公司的技术资源优势；创造条件实行期权制度，把研发、管理和市场骨干列入期权制度的实施对象。（4）与研发骨干签订