通用生物工艺线路设计虚拟仿真试验平台大型仪器购置论证报告.docx

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通用生物工艺线路设计虚拟仿真试验平台大型仪器购置论证报告

大型仪器设备购置论证报告

仪器设备名称

通用生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台

项目名称

生物学实验教学中心重点建设项目

项目负责人

马伯军

填表日期

2018年3月8日

实验室管理处制

填表说明

1．单价10万元及以上仪器设备的申购均需填写此表，并与申购计划一起上报有关部门。

2．所在学院（部门）组织3—7人单数技术专家进行论证，并通知项目经费管理、设备管理等部门参加论证。

申请单一来源采购的需3人以上单数非本校专家参加论证；未列入全省统一论证进口产品范围的进口产品需5人以上单数非本校专家参加论证。

3．论证会由专家组组长主持，主要程序为：

申购人报告、现场考察、专家质询与讨论、专家组形成论证意见并签名。

4．专家论证同意，经学院（部门）、项目经费管理部门签字并盖章后，报本科教学部（实验室管理处）网上公示一周无异议后实施。

5．此表一式1份（如设备为进口设备，请提交2份）。

设备名称

中文

通用生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台

英文

规格型号

LYT1.0v

申购数量

1

现行单价

人民币

390000

美元

购置经费

来源

生物学省重点示范中心建设经费

运行经费来源

生物学省重点示范中心建设经费

主要技术指标与功能

1、系统总体要求

“通用生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台”分教师端和学生端2个部分。

教师端平台主要为生物工艺线路设计虚拟仿真实验编辑器，教师只需要在编辑器中画出对应的生物工艺线路就可以直接发布生成对应的三维虚拟仿真工艺实验流程。

将发布好的三维虚拟仿真软件部署到服务器上以后，学生可以通过网页进行各种生物工艺的虚拟仿真实验学习。

要求平台具有通用性，平台内有各种基础通用组件，用户可以如搭积木般，拼接出自己想要的虚拟仿真工艺流程。

软件要有五层架构：

工艺流程—工艺阶段—单元操作—基本步骤—基本库。

基本库包括设备库、原料库、操作条件库、产出物库、动画库等。

基本步骤可以添加任意的输入和输出。

多个基本步骤可以组合成单元操作；多个基本操作可以组成工艺阶段；多个工艺阶段又可以组成工艺流程。

整个工艺流程就是一个虚拟仿真资源软件，整个系统也能够自我增长。

2、系统技术架构及版本要求

系统包含教师端和学生端：

（1）教师端虚拟实验编辑器：

具有客户端版exe。

（2）学生端：

采用网络版

其中对网络版的要求为：

采用B/S架构，unity3D5.0以上引擎开发，软件后台数据库支持mysql、sqlserver等市面常见数据库的导入、关联和数据同步；支持win7、win10在内的64位主流操作系统；支持TCP/IP协议，同时在线人数100人以内为最佳，可以进行学习进度统计、学习成绩统计，虚拟实验中有知识点的考核和交互。

操作通过键盘+鼠标的方式来实现，要能较好地体现虚拟实验教学过程中的人机交互功能。

3、系统兼容性要求

（1）采用通用、开放的协议、数据格式、数据库类型，以保证系统的开放性，方便系统的扩展和升级；服务器支持在windowsserver2008、2012及以上操作系统，客户端支持win7及win10及以上64位系统，独立显卡、4G以上内存、单主机网络一般在百兆带宽以上。

符合E-learning体系平台，资源文件须支持B/S架构，遵循http协议，采用LOM模型、Scrom标准，兼容DubinCore标准。

（2）支持软件中的学习进度统计表、学习成绩统计，实验中相关知识点的考察和交互表等相关数据的导入和关联，支持相关学习数据导出到本地。

4.生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台制作内容要求

（1）建立工艺流程-工艺阶段-单元操作-基本步骤-基本库五级架构，前四级可以由低级封装到高级，互相嵌套与封装，可以由高级模块查看低级模块。

（2）基本模块支持创建、编辑、删除、复制、粘贴、拖拽、重命名等功能。

（3）3d虚拟一套基本生物工艺设备库。

（4）创建的基本模块可以保存到服务器、支持下载上传建好的模块脚本。

（5）可以通过编辑器兼容2-6条已有的工艺流程线。

1个工艺流程设计包括多个工艺阶段，1个工艺阶段包括了多个单元操作，1个单元操作包含多个基本步骤，基本步骤是组成工艺流程的最小单位，每一个基本步骤与设备和动画是一一对应的。

基本嵌套结构如下：

基本步骤可以定义输入参数、操作条件、输出产物、算法数据，基本步骤可能有多个上一关联步骤和下一关联步骤，结构图如下所示：

注：

原料、设备仪器或者其他条件与单元动画模型要求一一对应

四层嵌套结构的新建效果图如下：

基本步骤：

双击基本步骤可以重命名，有弹出窗口可以设置输入参数、操作条件、输出产物、算法数据，参数设置完成后，可以创建新步骤。

如下图所示：

5.系统性能要求

（1）稳定性：

系统出厂前采用回归测试、功能测试、压力测试、负载测试、性能测试、易用性测试、安装与反安装测试、回复测试、安全性测试、兼容性测试、内存泄漏测试、比较测试Alpha测试和Beta测试。

要求系统能够长时间运行稳定，具有较高的系统稳定性，不出现死机、蓝屏等现象。

（2）安全性：

必须保证系统的安全性，有效解决安全漏洞问题，同时要具有对开发中发现的安全漏洞有进一步的改进和完善的功能，以确保系统安全、可靠，不具有、不传播恶性、破坏性、攻击性的程序代码，自身不易受到外部恶性程序攻击，不具有明显漏洞。

在数据库备份、数据库恢复方面要能支持包括数据库日志备份、事务备份、数据库自动备份、灾难恢复等多种方法；系统层面的安全特性可以通过系统错误捕获、日志功能实现。

（3）流畅性：

确保系统展示时过程流畅，平滑连续，响应及时，可以采用多视角切换方式，展示其结构。

（4）易用性和友好性：

系统内嵌提醒帮助机制，在各个子界面中，设计文本提示框等信息，系统设置帮助文档，浮动帮助文字。

软件采用面向对象设计，操作者通过对话框、菜单等简便的操作，能够对软件进行应用；UI界面设计：

菜单栏、工具栏、视图窗口、属性窗口、模型库窗口、对话框、WEB浏览等设计合理，满足虚拟实验管理和操作的需要。

6.系统扩展性要求

（1）系统应采用模块化封装设计，满足未来系统功能扩展需要。

创建可添加模式，教师根据实际需求可对软件内容随时进行添加补充。

可以很方便的在后期添加图片、视频、音频。

（2）系统所有功能模块都遵循一套完整而健全的协议，该协议不仅将系统的各模块紧密地融合为一体，而且方便单个功能模块的添加、升级，同时能十分有效地与其他系统进行兼容和数据交换，以实现数据的充分共享。

7.系统设计规范

（1）GB8566-88《计算机软件开发规范》

（2）GB8567-88《计算机软件产品开发文件编制指南》

（3）GB9385-88《计算机软件需求说明编制指南》

（4）GB9386-88《计算机软件测试文件编制规范》

（5）GB/T28035-2011《软件系统验收规范》

8.项目素材制作规范要求

（1）模型制作规范系统中模型、材质、纹理等文件必须规范命名及分层、分类管理，命名中不可有中文名称，不能重名，易于识别，仿真度高；单个max文件里如有多个物体，需将多个物体打组（单个物体无需打组），静态辅助物体需要attach成一个物体；材质球命名与物体名称一致，材质球的ID号和物体的ID号必须一致；模型制作既要保证逼真的质量又要控制好三角面的数量，单个模型的面数不得少于200000面；模型的中心点在模型的中心位置。

（2）贴图材质规范：

模型材质要进行烘焙处理，以生成带有阴影、高光、反射等效果的贴图；所有模型采用实物贴图，并做优化处理，要色彩协调、明暗和冷暖统一，贴图格式为.DDS，进行法线贴图处理来达到最佳的视觉效果；一个物件给一张贴图，颜色贴图不要放在凹凸通道里，一张贴图要占满整个画布，不能出现浪费贴图空间的情况，场景中连续贴图不能看到有明显的缝隙；UV展开要均匀舒展，避免拉伸，最大化提高UV的利用率；材质大小长宽像素为2的次方倍数，贴图大小最大不超过2048×2048；同种贴图必须是一个材质球。

（3）场景制作规范：

场景制作：

无分辨率限制，能够支持1920×1200以上分辨率的三维视景，1:

1实物大小显示，可对场景模型进行实时顶点优化和动态加载LOD设置调整，根据视觉效果调整优化比例，减少数据量，提高运行效率，帧速率25帧以上；场景布置：

基本物件在制作过程中严禁有缩放，有旋转的物体应保留旋转信息，不要镜像物体。

（4）音视频及文字制作规范：

声音：

场景音效、声音解说要求制作逼真，采用专业的普通话进行配音；

视频：

在场景对象上可嵌入外部视频文件，视频文件格式支持不少于AVI、WMV、MPA、MPG、MP3格式。

要实现视频流的预读取功能，以保证视频播放流畅；

系统内嵌提醒帮助机制，在各个子界面中，采用场景对象方式，设计文本提示框等信息，系统设置帮助文档，浮动帮助文字。

用房情况

地点

面积

辅助设施配备

是否

需改建

落实

情况

管理和使用技术人员配备

姓名

职称

专管

或兼管

是否

使用过

熟练

程度

是否

需培训

邓刚

副教授

专管

否

否

是

金杨

实验师

专管

否

否

是

辛德东

讲师

兼管

否

否

是

主要用途和适用学科范围

主要用途：

师生可在网上模拟生物工艺生产及分离纯化的各个流程，通过虚、实结合，达到理想的教学效果。

适用学科范围：

生物技术专业，生物科学专业，环境科学专业，应用化学专业。

购置必要性

1.与我校专业的相关性：

该虚拟仿真实验平台包含了我校相关专业实践性课程的“发酵工程实验”、“生物工程下游技术”、“生物工艺实训”等实验内容，尤其是从2017年新确定生物技术制药方向、应用化学制药方向后，需要增加更多工艺类实验项目。

而这些实验课程项目往往开设成本高，一条工艺线路就需要有较大的实验空间，完成一个实验项目耗时长，重复性差，学生往往无法全程参与，相关环节“只能看，不能操作”，还存在一定危险性。

而在实习与实训环节中，由于工艺类面向的企业对于卫生、环境及安全性要求高，导致工艺类专业学生实习实践的困难。

基于虚拟仿真教学资源具有更新升级方便，教学时间和空间灵活，并且可以避免真实实验或操作可能带来的各种困难等优势，开发虚拟仿真实验平台，提供学生网上操作与学习的环境，且该平台具有通用性，具备设计实验的功能，可以随着教学项目的更新不断增加模块，并且既可以用于生物类工艺项目的实验教学，也能用于化学类工艺项目的实验教学合。

2.与当前教育信息化接轨：

当前云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术逐步广泛应用，信息技术对教育的革命性影响日趋明显。

教育部《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》中指出，信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式，要加强高校数字校园建设与应用。

本平台正是在这个信息化教育的大背景下，利用先进网络和信息技术，推进信息技术与高等教育实验教学的融合，解决综合性工艺大实验耗时长，重复性差，学生无法全程参与，仪器设备少，有一定危险性等困难，通过虚、实结合，达到理想的教学效果。

3.传统虚拟仿真软件局限性：

目前国内高校已有的发酵工艺虚拟仿真软件，都是针对某一产品的固定流程线路格式，不能修改与编辑，不能与其他工艺生产线路通用，当部分虚拟资源需要修改或者工艺线路发生改变时，整个虚拟仿真软件面临着修改甚至过时的风险，当需要开发另一产品生产线路时，需要重新建设虚拟仿真工艺线路，由于实际生产中工艺线路数量很多，建设大量虚拟仿真工艺线路成本就很高，也不现实。

“通用生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台”具有通用性，平台内有各种基础通用组件，用户可以如搭积木般，拼接出自己想要的虚拟仿真工艺流程的设计，通过参数设置，点击编辑器中的生成，就能自动生成一个三维的该工艺的虚拟仿真软件。

学生通过网上设计与操作，可以实现创新性的学习方式。

本校是否有同类设备、数量及不能共享的理由

无

安装场地满足条件（水、电、气等是否齐全）、安全保护措施落实情况、是否涉及放射源物品和剧毒品等危险性材料

本项目不需要另外的实验场地，不涉及危险性材料。

国内外同类设备、品牌、规格、性能、技术指标、特色、附件、价格、售后服务、应用支持等的比较

国内相关虚拟仿真项目基本是包含某一实验项目流程的基本步骤，而本项目的设计不针对单一的实验项目，是一个通用平台，用户可以如搭积木般，拼接出自己想要的虚拟仿真工艺流程的设计。

使用效益预测及风险分析

使用效益预测包括但不限于以下几个方面：

预计项目建设完成投用后，可减少同类实验项目硬件投入，学生可通过虚拟仿真软件进行课前预习，自主设计工艺流程及网上反复练习操作。

本项目可能存在以下风险：

1.进度风险：

导致项目工期拖延的风险。

该风险主要取决计划合理性及供需双方的配合程度等。

2.成本风险：

导致项目费用（其中包括人工成本）超支的风险。

开放共享实施方案和是否同意纳入学校共享平台

向相关专业学生提供网络平台开放，网络平台预约制，学生可进入项目实验平台进行虚拟实验操作，还可自由设计实验项目、实验流程、完成自己感兴趣的实验内容。

并希望可以逐步向兄弟院校以及其他合作单位开放相关资源。

同意纳入学校共享平台。

项目负责人签字：

专

家

论

证

意

见

2018年3月13日，浙江师范大学组织专家对“通用生物工艺线路设计虚拟仿真实验平台”虚拟仿真项目进行了论证。

专家组听取了项目组的调研报告，查阅了相关资料，经讨论形成意见如下：

虚拟仿真项目的建设符合教育信息化的指导思想与理念和“教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设”的精神，该平台的设计有一定的创新性，不仅能满足学生实验前的预习，实现教学实验的虚实结合，而且学生能在平台上自由设计实验项目、实验流程、完成自己感兴趣的实验内容，可以在网上开展多个相关工艺的综合性实验项目，解决实验耗时长，重复性差，学生无法全程参与，相关环节“只能看，不能操作”等问题。

该平台的建成，还可以为生物学示范中心申报国家级虚拟仿真项目作先导与基础。

本项目所设定的技术指标、技术流程与功能合理，建议学校投入建设。

组长签字：

年月日

专

家

组

成

员

姓名

职称或职务

单位

签名

崔瑾

教授

南京农业大学

沈振国

教授

南京农业大学

赵明文

教授

南京农业大学

所

在

学

院

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日

项

目

经

费

管

理

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日

设

备

管

理

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日