虚拟仿真案例分享 | 水泵全面性能测试虚拟仿真实验

工况，是指设备在和其动作有直接关系的条件下的工作状态。大型设施建设离不开其全工况下的测试实验，但实验环境模拟必须投入较为高昂的设备，涵盖较为全面的工作状态，成本大、难度高，且传统的测试手段主要依靠人工与手记，极为费时费力。

 本文介绍的水泵全面性能测试虚拟仿真实验，利用虚拟仿真等先进技术，尝试突破大型设备测试实验的教学瓶颈，为相关行业的应用提供了样本。

背景与痛点

在以南水北调为代表的调水工程、农业灌溉和排涝泵站、城市及农村饮用水工程、抽水蓄能电站工程中，作为核心设备的水泵起到了关键作用。据最新数据统计，我国已建成固定机电灌溉泵站约43.5万处，使用中的大、中、小型水泵达百万台套以上。

水泵的设计、生产、选型、应用、改进等相关工作的重要性因而不言而喻，而作为此类工作重要参考数据的水泵全面性能曲线，其对于把握与发挥水泵性能、分析与解决水泵运行问题有着，有着不可替代的作用。

水泵全面性能曲线是水泵全工况下的性能曲线，需要在水泵正转速、零转速、负转速运行条件下，分别测出不同流量/扬程所对应的扬程/流量、输入扭矩原始数据，再对这些实验数据进行处理后，才能进行绘制。

全工况包括正常和非正常工况，意味着相关实验环境必须提供各种运行条件，这对实体装置的建设要求非常严苛，建设投资和后续运行费用很高，占用场地大，设施复杂不易上手，完整的测绘周期也较长。这些都属于“三高四不”难题，制约着专业课程的教学与实验。

解决方案：原则与方针

针对上述情况，恒点与河海大学共同设计开发“水泵全面性能测试虚拟仿真实验”，利用虚拟仿真技术，模拟水泵运行的任意工况，并大大缩减重复测试数据的时间消耗，从而以较低的经费、时间投入开展实验课程。

本实验的设计避免陷入“以虚代实”的误区，而是坚持“以虚补实”的原则，通过虚拟仿真的模拟测试减少实体实验的经费与时间投入，更为直观地揭示运行原理，并以虚拟仿真教育独特的模式循序渐进，激发学员的兴趣、主动性，从整体上降低教学门槛。

解决方案：设计亮点

十四届全国人大二次会议民生主题记者会上，教育部部长怀进鹏表示，实现教育的高质量发展，发展数字教育不是选修课，而是必修课，要开辟教育发展新赛道、塑造教育发展新优势、提供更加优质教育的重要平台，建成不打烊、全天候、“超市式”的公共服务平台。

本项目采用VRC-Editor进行开发，VRC-Editor又称XR交互资源编辑器，是一款虚拟现实内容互动开发工具；通过该软件可以通过零代码形式进行虚拟仿真实验资源的开发，教师通过简单学习即可掌握软件使用，教师可在项目设计的基础上自行对课程进行后续建设，充分实现自己的教学想法，真正实现了教学设计的自由化及项目的持久性建设；同时也实现了高校教学改革和教学创新工作的快速推进及成本的降低。

课程既要适用于学习《水泵及水泵站》课程的大学学生，也要照顾想了解本实验的非专业人士。基于这种考虑，团队尽量在实验内容和过程的设计方面做到深入浅出、形象生动、操作方便，从而达到循循善诱、鼓励探索、学以致用的效果。

经过精心设计的本实验，可以帮助学习者掌握基本概念与物理原理、工程常识，实验设备及测试仪器的工作原理，理解和掌握水泵全面性能曲线变化规律，并活学活用解决生产中的实际问题。达到智慧教育的题中之义，以智慧的手段，让学习者全面提升核心素养。

当前，MOOL平台的各项功能仍在持续完善，恒点正在尝试将AI技术应用于引导、模拟、教学、评价等方面，通过更为精准还原的模拟丰富实验的内容与形态，建设更为科学全面的实验评价系统，以适应高素质新型人才的培养需求。