项目名称：xk-挖掘机仿真操作实训系统
领    域：信息技术
起止时间：2007年10月1日——2009年12月31日
一、立项的背景和意义
（一）项目简介
为落实2005年11月国务院“关于大力发展职业教育的决定”和全国职业教育工作会议精神，“十一五”期间，中央财政为职业教育投资100亿，重点用于支持实训基地建设，充实教学设备。为此，我公司研制开发 “挖掘机仿真操作实训系统”。本系统为各类职业学院、中等职业学校及技工学校提供挖掘机专业的设置、教程改革；实训基地建设设备配备选择提供参考依据，为各职业院校及技工学校提供一个学习方法，并研发理论教学、实验、实训、实习，及企业职工培训和社会再就业培训的软硬件设备。也适用于挖掘机驾驶培训学校进行学员培训。
（二）技术来源与研发形式
项目采取企业自主研发模式。经过充分的市场调查和市场分析之后，发现该项目有广阔的市场前景，公司提出实施该项目。而且，公司拥有实施该项目的核心技术和自主生产能力，能够保证项目的顺利进行。
(三)项目背景和意义
职业教育承担着为社会培养数以千万计的高技能人才和数以亿计的高素质劳动者的重任，一段时期受重高教、轻职教思想影响，使职业教育处于落后状态。特别是近几年随着高等教育的大发展，职业教育的不协调性更加明显。职教投入少，院校底子薄，在办学规模、师资力量、教学资源、教学方法、教学水平等方面都亟待提高。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。2005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。
经过充分的市场调查和市场分析之后，发现该项目有广阔的市场前景，公司提出实施该项目。而且，公司拥有实施该项目的核心技术和自主生产能力，能够保证项目的顺利进行。

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。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“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；实训基地建设设备配备选择提供参考依据，为各职业院校及技工学校提供一个学习方法，并研发理论教学、实验、实训、实习，及企业职工培训和社会再就业培训的软硬件设备。也适用于挖掘机驾驶培训学校进行学员培训。
（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，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
2005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