基于VR技术的物流管理虚拟仿真实验教学中心建设探索

实 验 技 术 与 管 理 第37卷 第8期 2020年8月
Experimental Technology and Management Vol.37 No.8 Aug. 2020
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
DOI: 10.16791/ki.sjg.2020.08.053
基于VR 技术的物流管理虚拟仿真实验
教学中心建设探索
黄永福，季六祥
（广东理工学院 经济管理学院，广东 肇庆 526114）
摘 要：将虚拟现实技术应用于专业实践教学之中，可实现节省投资成本、激发学生学习兴趣并创新实验教学。

该文通过引入案例，系统阐述了应用型本科院校物流管理虚拟仿真实验教学中心的建设思路与总体框架，从设计上满足专业教学、实验、科研、竞赛等多元化需求，提高学生专业实践能力，以达成高素质应用型人才培养目标，也为传统实验室的升级改造提供了有益借鉴。

关键词：VR 技术；物流管理；虚拟仿真；实验教学中心
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)08-0238-05
Exploration on construction of virtual simulation experiment teaching center of logistics management based on VR technology
HUANG Yongfu, JI Liuxiang
(School of Economics and Management, Guangdong Polytechnic College, Zhaoqing 526114, China)
Abstract: The application of virtual reality technology in professional practice teaching can save investment cost, stimulate students’ interest in learning and innovate experimental teaching. Through the introduction of cases, the construction ideas and overall framework of the virtual simulation experimental teaching center for logistics management of applied undergraduate colleges are systematically expounded upon, and the design meets the diversified needs of professional teaching, experiment, scientific research, and competition, which is conducive to improving the students’ professionalism in order to achieve the goal of training high-quality applied talents, which can provide useful reference for the upgrading of traditional laboratories.
Key words: VR technology; logistics management; virtual simulation; experimental teaching center
虚拟现实（virtual reality ，VR ）技术利用计算机系统的仿真能力生成一种模拟场景，使用户沉浸到该环境中[1-2]。

通过创建一种虚拟的客观场景，使得用户可以通过视觉、听觉、触觉、动作等方式与虚拟现实中的对象进行实时交互，由此获得犹如“身临其境”的感觉和体验，VR 技术结合了计算机技术、多媒体技术、传感器技术、仿真技术、人工智能等多领域技术，能够拓展人类感知能力，改变商业形态和服务模
收稿日期: 2020-02-22 修改日期: 2020-06-18
基金项目: 广东省教育科学规划项目（2017GXJK210）；广东理工
学院质量工程项目（SYJXZX2019001）
作者简介: 黄永福（1984—），男，广东肇庆，硕士，讲师，高级物流师，研究方向为供应链管理与智慧物流。

E-mail: huangyongfu666@ 通信作者: 季六祥（1957—），男，广东肇庆，硕士，教授，研究方向为大数据智能与云生态系统。

E-mail: jlx136********@
式，对教育、经济、科技、军事、生活等诸多领域带来深刻影响[3]。

应用型本科院校以培养应用型、实践型、复合型人才为主要目标，通过开设大量与社会行业企业需求对接的实践性课程，在解决企业生产实际问题的同时，不断提高学生的实践能力[4-5]。

本文以广东理工学院为例，着重探讨物流管理专业实践课程体系的构建，以实验室建设为优先，提供其体系支撑和条件保障。

但考虑到资金、场地、技术等方面原因，借助于VR 技术建立虚拟仿真实验教学中心，不失为最佳选择[6-8]。

1 VR 技术在物流管理专业实践教学中的应用
VR 技术在物流管理专业实践教学中应用的设备及功能见图1。

通过VR 设备借助于计算机软硬件系统，将现实中真实的运输与包装、仓储与配送、装卸
黄永福，等：基于VR技术的物流管理虚拟仿真实验教学中心建设探索239
搬运、流通加工、智能分拣等物流场景运用VR技术将其虚拟仿真到实验教学中心进行操作[9]。

随着VR 技术的不断发展，虚拟仿真的程度越来越逼真，这在很大程度上明显提高了虚拟仿真效果并为实践教学提供了可能。

由于资金、场地及技术受限，多数学生无法实际接触到更先进的物流设施和系统，通过引入VR 技术将其虚拟仿真到实验教学中心，使学生能够更全面地接触和使用最新最先进的物流设备和系统，有利于提高学生的专业实践能力[10]。

图1 VR技术在物流管理专业实践教学中应用的设备及功能
可实现的三大优势：一是节省投资成本，降低实验安全隐患。

与实体投资建设方式相比，采用VR技术建立虚拟仿真实验教学中心，将VR技术应用在物流管理专业实践教学中，用虚拟场景化方式搭建，其建设投资不到实体性建设的5%，占地不到10%。

同时，在常规实验条件下物流硬件设备在运行期间容易发生对学生造成伤害的安全事故及隐患，而采用VR 虚拟仿真方式进行物流作业操作基本不存在安全问题[11]。

二是激发学习兴趣，强化学生专业实践能力。

因原有的物流综合实训室的设备数量有限，且功能较为简单，难以满足学生独立操作的需要，这种单一练习也往往容易使学生失去学习的兴趣。

在引入VR技术的实验条件下，不仅可虚拟仿真各种物流先进设备和系统，而且功能强大，在沉浸式的学习环境中学生的学习兴趣浓厚[12]。

三是创新实验教学，提高专业课实践教学比重。

在原有教学方式下，专业课教师多以理论讲授为主，因缺少有效的实践教学条件，导致专业课实践教学比重偏低。

采用VR技术建立的虚拟仿真实验教学中心，能够促使教师将其承担的专业课程与VR技术相结合，既可充分利用系统提供的实验项目进行练习，也可开发创建更多的实验项目，有助于大幅提升专业课实践教学比重[13]。

2 物流管理虚拟仿真实验教学中心的功能设
计及特色
2.1 主要建设目标
物流管理虚拟仿真实验教学中心建设是基于物流管理专业教学、实验、科研、竞赛等各方面需求，与当前高速发展的物流产业紧密结合，以核心物流作业和物流业务流程为基础构建的专业化、现代化物流管理虚拟仿真实验教学中心旨在建成省内领先、实用性强、投资性价比高的现代物流工作过程实践教学基地。

该中心将成为物流管理及其相关专业建设与发展的重要基础，形成专业建设创新的突破口，能够为包括电子商务、国际贸易、标准化工程、市场营销等专业群所开设的相关物流类课程提供实验服务。

中心建成后，可承担的物流管理专业实验课程见表1，同时可开展多项物流管理专业实验项目（见表2）。

表1 物流管理专业实验课程
序号课程序号课程
1 物流管理11 连锁物流
2 采购管理12 冷链物流
3 运输与包装13 物流企业管理
4 仓储与配送14 物流客户管理
5 集装箱运输实务15 物流战略管理
6 物流装备与技术16 物流案例分析
7 第三方物流17 电商物流管理
8 供应链管理18 航空物流管理
9 物流成本管理19 物流方案设计
10 物流信息系统20 物流综合实验
表2物流管理专业实验项目
序号项目序号项目
1 物流设备认知21 连锁物流系统
2 立体仓库入库作业22 冷链物流系统
3 立体仓库出库作业23 生产物流系统
4 运输系统调度24 物流规划系统
5 包装设计规划25 电商物流系统
6 集装箱运输规划26 航空物流系统
7 智能物流装备系统27 储配方案设计
8 智能物流技术操作28 配送系统优化
9 第三方物流规划29 滑靴分拣系统
10 供应链方案设计30 垂直分拣系统
11 物流成本优化31 交叉带分拣系统
12 仓储管理系统32 轮式分流分拣系统
13 运输管理系统33 供应商开发
14 装卸搬运规划34 物流战略规划
15 “货到人”拣货系统35 智能工厂搭建
16 “人到货”拣货系统36 智能流水线操作
17 AGV牵引车37 成品仓库搭建
18 Kiva机器人38 原材料仓库搭建
19 阁楼货架系统39 物流客户开发系统
20 高密度储存系统40 物流客户管理系统
240 实验技术与管理
2.2系统功能模块
中心所构建的VR系统涵盖了电商物流系统模块、快递物流系统模块、企业生产物流系统模块、专业物流分拣系统模块、物流装备与技术系统模块、物流设计大赛系统模块等6个功能模块；具备现代电商物流基本功能和高级功能，现代快递物流基本功能和高级功能，先进企业生产物流基本功能，智能分拣策略研究功能，智能物流装备认知和设计研发功能，全自动化物流中心基本功能，智能仓储管理策略研究功能，物流业务方案规划设计功能，运输管理应用功能，自动化仓储、包装、分拣、配送等基本功能；能够支撑物流管理专业课程开设，对接当前的物流行业应用、物流装备技术系统，以及物流运作流程和各种物流技术；使学生从抽象变为直观与沉浸感受，快速接受所学的专业知识，提高专业实践能力[14-15]。

（1）电商物流系统模块。

主要利用VR技术虚拟仿真亚马逊“货到人”拣货系统（见图2）和传统“人到货”拣货系统（见图3）。

如亚马逊物流中心利用亚马逊Kiva机器人自动输送货物，在VR系统当中利用VR技术虚拟仿真整个物流过程，经过系统项目搭建及设置之后，VR虚拟仿真Kiva机器人（见图4）将货物自动输送到拣货人面前。

图2 “货到人”拣货系统
图3 “人到货”拣货系统
图4 VR虚拟仿真Kiva机器人
（2）快递物流系统模块。

利用VR技术虚拟仿真京东“亚洲一号”物流园采用的先进仓储与分拣技术。

包括AS/RS系统，其中自动化立体仓库系统采用高密度存储形式，能够充分利用存储空间；交叉带分拣机系统（高速自动化分拣系统）适用于中小件型的包裹分拣，配合全自动供包形式，大大提高了分拣效率；AGV系统（自动引导小车）能够与机器人、自动化立体仓库等联合作业；阁楼货架系统即一种高效利用空间的多层货架系统。

（3）企业生产物流系统模块。

利用VR技术虚拟仿真先进制造企业生产运作过程当中物流的处理过程，包括对当前典型智能工厂的岗位人员、智能装备、智能仓储、智能流水线、基础设施及整个输入、输出和转换过程进行虚拟仿真。

如人员岗位可虚拟仿真物流员、CNC操作员、PE工程师、机械设计师等；智能装备可虚拟仿真CNC、机器人、注塑机、磨床、钻床、铣床、线切床等智能制造设备，AGV牵引车、皮带输送机、链条输送机等物流设备，电气柜、配电箱等控制设备，扳手、斜口钳、螺丝刀等工具设备；智能仓储可虚拟仿真原材料仓、成品仓和外协仓；智能流水线可虚拟仿真流水生产线、工具箱和监管台等；基础设施则可虚拟仿真智能工厂建设、厂区电气系统、消防安全设施等。

（4）专业物流分拣系统模块。

利用VR技术虚拟仿真当前先进的分拣设施设备及系统。

包括滑靴分拣系统、轮式分流分拣系统、推板式分流分拣系统、垂直分拣系统等。

（5）物流装备与技术系统模块。

利用VR技术虚拟仿真各种物流装备及技术系统。

包括AGV牵引车、Kiva机器人、物流机械手、滚筒传送带（直线和曲线）、皮带传送带（直线和曲线）、链式传送带、链式提升传送机、推杆、阻边、滚筒式换向器、启止感应器、逆向感应器、曲面导流板、平面导流板、运输车、自动存储系统、滚筒式转向台、链式转向台、提升机、三相托盘转向器、三相滚筒转向器、托盘穿梭机、硬纸
黄永福，等：基于VR 技术的物流管理虚拟仿真实验教学中心建设探索 241
箱、单高欧式托盘、双高欧式托盘、单高托盘、双高托盘、敞口箱、板条箱、叉车、手动式提升推车、托盘搬运车、传输式平炉、工业货架等。

（6）物流设计大赛系统模块。

利用系统提供的多种物流场景和各类物流设备，学生能在仿真的物流运作环境系统中开展各种物流竞赛活动。

使学生直接面向物流生产第一线，更直观、快速地掌握现代物流管理岗位所需要的专业知识和技能。

在实验竞赛过程中既能掌握现代物流的实际管理运作，又能进行物流技术方案设计和分析，达到“以赛代训、以赛促教”。

2.3 总体规划与布局
中心是在原有物流实训室基础上进行改建，保留了有原有的入库、出库、移库、调库、装卸搬运、组托、理货、叉车、推高车、托盘、货架、包装、分拣等实训功能。

改建而成的物流管理虚拟仿真实验教学中心长22 m ，宽8.8 m ，室内面积193.6 m 2，包括配置1个教师工作台，8组学生实验台。

物流管理虚拟仿真实验教学中心的空间分布如图5所示，保证每个小组有足够的VR
虚拟操作空间。

在墙壁上每组设置有一个大吊挂屏幕，在天花顶部装有吊挂空调，在夏天天热的时候不会影响VR 操作，即使戴着VR 头盔也不会产生闷热感，让学生可以在一个良好的实验环境当中进行VR 实验。

图5 物流管理虚拟仿真实验教学中心空间分布
学生实验台以每6个学生为一个小组，配置1个VR 头盔、2个显示器，整个实验教学中心共8组学生实验台，可以同时安排48个学生进行实验操作。

小组中的每个成员分别在当前的实验项目当中承担不同的工作任务。

不同的小组所进行的实验项目可以是相同的，也可以是不同的。

同一个实验项目每个学生可以轮流承担不同的工作任务以达到对当前实验项目整个过程的训练。

学生还可以发挥自己创新思维，搭建不同的实验项目进行操作。

教师工作台设置在实验教学中心前端，教师可以借助于教师工作台进行教学控制。

教师工作台对面靠墙后端设置有大屏幕，教师在进行实验教学的过程当中，可以先把需要教学的内容投屏到大屏幕，方便学生观看。

A 课程教师实验操作或布置的项目不影响B 课程教师实验操作或布置项目，彼此之间可以保持相互独立性，方便教师教学。

2.4 物流管理虚拟仿真实验教学中心的特色及创新 2.4.1 主要特色
（1）基于岗位训练能力的提升。

以物流管理专业目标岗位为基础，注重学生专业素质和职业能力培养，实验内容覆盖本专业运输、仓储、配送、包装、采购、装卸搬运、国际物流、供应链等核心专业岗位群。

依据市场需求制定人才培养方案和实验项目设计，要求学生掌握的专业知识和技能都是企业所需，学生通过实验获得的实践能力将紧密联系企业现实需要。

（2）实现沉浸式的VR 场景体验。

包括提供电商物流、机场物流、港口物流、企业物流、配送中心、仓储中心等多种物流场景，学生利用VR 头盔、VR 手柄、键盘、鼠标等计算机设备和VR 系统能够沉浸在逼真的虚拟仿真场景中进行物流实验操作，更加形象直观地体验与熟悉物流作业。

（3）提供完备的专业物流设备库。

系统具有非常完备的专业物流设备库，涵盖上百种物流设备。

除了进行常规的叉车、堆垛机、运输车、托盘、货架、传送带、传送机、转向车等多种物流设备虚拟仿真外，还可进行非常规的物流机械手、AGV 搬运车、Kiva 机器人等高价值物流设备操作。

（4）满足高安全性与低成本性。

采用VR 技术进行虚拟仿真操作，对于一些大型的、笨重的、带高压电的、容易操作出错的物流设备，避免了真实操作时由于操作不当造成的安全隐患。

而一些昂贵的设备不仅缺少资金采购，而且还会产生高昂的维护成本，而采用VR 系统将大大降低采购成本和维护成本。

2.4.2 主要创新点
（1）VR 虚拟仿真属于高新技术创新。

将VR 技术应用到物流管理专业实验教学过程，是一种新颖的尝试，利用VR 虚拟仿真各种物流设施设备及系统，体现了物流实践教学的技术创新。

（2）驱动先进智慧物流应用场景创新。

VR 虚拟仿真能够实现硬件投资中难以建设的场景搭建，如航空物流场景、电商物流场景、快递物流场景、生产企业内部物流场景等。

同时可紧密联系现代物流中区块链、物联网、大数据、云计算、无人配送、智能仓储、智慧物流等最新发展方向及虚拟仿真最前沿的物流 科技。

242 实 验 技 术 与 管 理
（3）激发探索式学习方式创新。

系统可适应探索式学习创新要求，具有自主性、实践性、综合性和开放性特点。

在实验中创设物流配送、生产模拟、仓库规划等全新物流场景，学生通过实验独立发现问题、分析问题并解决问题，从而获得专业知识和锻炼专业能力，培养探索精神与创新能力。

（4）支持项目驱动式教学模式创新。

系统采用项目驱动式教学模式，项目贯穿于整个实验教学过程，从学生课前预习，教师课前备课，再到上课时师生间的无障碍沟通，最后到学生实验报告的输出与汇总分析，通过一系列实验项目的训练与完成，不断提高在专业实践方面的教学能力。

4 结语
将VR 虚拟仿真技术应用于物流管理专业实践教学中具有十分重要的现实与前瞻性意义，能够以其技术创新性和高性价比助力于应用型本科院校对高素质应用型物流管理专业人才的培养。

物流管理虚拟仿真实验教学中心建设是一项系统工程，涉及资金投入、调研论证、供应商选择、系统开发与功能模块构建、布局规划、场地施工、安装调试、实验课程开发、实验项目设计、实验指导教师配置等多个方面，需要作出通盘考虑和周密细致的规划设计，确保建成后的物流管理虚拟仿真实验教学中心能够满足专业实践教学的需要。

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