基于虛擬仿真技術(shù)的鈑金加工人才培養(yǎng)的探索

潘帥名，張 紅

（沈陽(yáng)航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

基于虛擬仿真技術(shù)的鈑金加工人才培養(yǎng)的探索

潘帥名，張 紅

（沈陽(yáng)航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的重要內(nèi)容。通過(guò)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合高職鈑金加工人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，提出了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空鈑金加工教學(xué)建設(shè)的思路，以及該項(xiàng)技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮的作用和能夠達(dá)到的教學(xué)效果。

高職教育；鈑金加工人才；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；人才培養(yǎng)

鈑金零件作為飛機(jī)制造中的主要零部件，對(duì)從業(yè)者加工技能的培養(yǎng)尤為重要。然而，開(kāi)設(shè)鈑金加工專(zhuān)業(yè)課程的院校較少，難以滿(mǎn)足人才需求，并且一些鈑金加工設(shè)備價(jià)格昂貴，導(dǎo)致一些高職院校在課程設(shè)置上缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)無(wú)法做到深刻理解。教學(xué)中引入“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”進(jìn)行輔助教學(xué)，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，可以更好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立人工構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境,用戶(hù)以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互作用、相互影響,極大擴(kuò)展了人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界,模擬和適應(yīng)世界的能力。[1]營(yíng)造虛擬現(xiàn)實(shí)的多媒體、人機(jī)交互及沉浸式的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠使學(xué)生們快速地融入教學(xué)場(chǎng)景，獲得更加直觀、生動(dòng)的教學(xué)效果，更高效地達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的。同時(shí)，在實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科上，可以在一定程度上替代教學(xué)設(shè)備，有效地節(jié)約辦學(xué)成本。在虛擬的環(huán)境中從事一些實(shí)訓(xùn)教學(xué)，還可以規(guī)避實(shí)訓(xùn)中存在的安全隱患。其尤為適合飛機(jī)鈑金制造的人才培養(yǎng)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)必要性

在國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》中提到：職業(yè)教育要提高信息化水平。構(gòu)建利用信息化手段擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面的有效機(jī)制，支持與專(zhuān)業(yè)課程配套的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。[2]因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的設(shè)立，在整合社會(huì)資源的同時(shí)，還可以提高教學(xué)能力，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展實(shí)踐領(lǐng)域，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

另外，市場(chǎng)對(duì)于航空鈑金制造人才的需求，也要求職業(yè)院校能夠做出快速反應(yīng)和制定合理的培養(yǎng)對(duì)策。根據(jù)波音公司對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的最新《當(dāng)前市場(chǎng)展望》報(bào)告，預(yù)測(cè)未來(lái)20年中國(guó)需要總價(jià)值約為9500億美元的飛機(jī)。[3]逐步成熟的市場(chǎng)對(duì)行業(yè)人才需求量正在加大。還有，以往的工廠實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)已經(jīng)難以滿(mǎn)足教學(xué)要求。在現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于工序高度集中以及制造裝備高度封閉，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)制造過(guò)程和裝備進(jìn)行解剖性認(rèn)識(shí)十分困難。企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)是根據(jù)市場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的，或者經(jīng)常出現(xiàn)某些難以預(yù)見(jiàn)的突發(fā)性事件，這些導(dǎo)致生產(chǎn)教學(xué)實(shí)習(xí)意外中斷的情況時(shí)有發(fā)生。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1．全方位立體化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)手段

虛擬仿真技術(shù)可以使學(xué)生有身臨其境的直觀感受，這也就輕而易舉地實(shí)現(xiàn)了職業(yè)教育中常常用到的情景教學(xué)法。另外，在這種沉浸式體驗(yàn)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供豐富的感知線(xiàn)索以及多通道（聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和觸覺(jué)等）的反饋[4]，不僅提高了學(xué)習(xí)效率而且使學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)記憶得更加扎實(shí)、牢靠，而且學(xué)生在使用該技術(shù)學(xué)習(xí)的狀態(tài)下，隔絕了外界干擾，學(xué)生充分“沉浸”在與學(xué)習(xí)內(nèi)容的交互過(guò)程中，更有助于學(xué)生集中注意力。

2．虛擬環(huán)境交互式體驗(yàn)

教師可從中得到互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)反饋信息，以便調(diào)整相關(guān)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度和深度，有效提高虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在鈑金加工教學(xué)中的應(yīng)用效果。學(xué)生還可以自由設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件，親自操作設(shè)備，這樣，每人結(jié)果各不相同，方便教師實(shí)時(shí)跟蹤、記錄、指導(dǎo)、評(píng)價(jià)。

3．減少教學(xué)中的風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)械生產(chǎn)加工十分強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)，就是說(shuō)學(xué)校在進(jìn)行類(lèi)似實(shí)驗(yàn)時(shí)，也要特別考慮安全問(wèn)題的影響。如大型落壓設(shè)備的生產(chǎn)加工以及實(shí)訓(xùn)操作，具有一定的危險(xiǎn)性，完全可以借助虛擬的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)獲得同樣的效果。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的意義

1．解決資金和場(chǎng)地問(wèn)題

在鈑金加工教學(xué)中，一些關(guān)鍵的工藝過(guò)程，如航空鈑金蒙皮拉形設(shè)備、橡皮液壓成形設(shè)備，造價(jià)高昂，設(shè)備尺寸龐大，要求配套設(shè)施繁瑣，生產(chǎn)準(zhǔn)備和加工復(fù)雜。這些情況都提高了對(duì)普通高職院校的資金和場(chǎng)地的要求，使實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)變得非常困難，學(xué)生的理解程度普遍較差，學(xué)生也就無(wú)法發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。

2．實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能

鈑金加工教學(xué)中一些實(shí)驗(yàn)參數(shù)無(wú)法改變或改變非常受限制，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以給學(xué)生充分的想象力發(fā)揮空間，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)的條件及參數(shù)，去發(fā)現(xiàn)和探索不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果包括更好的加工方案，制造出更優(yōu)良的產(chǎn)品，從而實(shí)施基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法或難以進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

3．更高效快速地掌握知識(shí)點(diǎn)

一些加工現(xiàn)象難以實(shí)施觀察、測(cè)量和表征，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則可較為容易。例如在鈑金的超塑性成形工藝方法中，要使用超塑性成形模具，而模具通常都是封閉的狀態(tài)，在整個(gè)加工過(guò)程中，學(xué)生無(wú)法對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行直觀的觀察，模具的動(dòng)作過(guò)程也只能憑想象完成。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室讓使用者可以全方位、多角度、無(wú)限制地觀察事物的空間結(jié)構(gòu)。

五、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

一要認(rèn)清虛擬實(shí)踐與實(shí)操實(shí)訓(xùn)的關(guān)系。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)，改善了實(shí)訓(xùn)環(huán)境，優(yōu)化了教學(xué)過(guò)程，而不能完全代替現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的操作。[5]在課程設(shè)計(jì)上，應(yīng)該本著“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則。

二要充分發(fā)揮“虛擬”與“實(shí)體”實(shí)驗(yàn)各自的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該充分發(fā)揮虛擬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相互融合。而需要手工成形，或者需要在機(jī)械設(shè)備加工前進(jìn)行部分手工成形的加工，還是應(yīng)該由實(shí)習(xí)教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)操作，將“虛擬”與“現(xiàn)實(shí)”有機(jī)的融合起來(lái)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

三要加強(qiáng)教學(xué)人才隊(duì)伍的建設(shè)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，離不開(kāi)高素質(zhì)高技能人才隊(duì)伍的支撐。目前高職院校普遍設(shè)有信息及相關(guān)專(zhuān)業(yè)，可以以此作為依托，培養(yǎng)虛擬仿真技術(shù)的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，也可以與軟件企業(yè)合作，共同開(kāi)發(fā)[6]，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容。

四要促進(jìn)教學(xué)改革的深入，擴(kuò)大共享范圍。積極在校內(nèi)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)及其他院校推廣應(yīng)用，建設(shè)有序開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)，提高資源的共享度與效益。這種共享既包括開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資的培訓(xùn)，也涵蓋對(duì)其他院校學(xué)生的教學(xué)資源共同利用。

[1]周忠,周頤,肖江劍.虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)綜述[J].中國(guó)科學(xué)(信息科學(xué)),2015(45):157-180.

[2]國(guó)務(wù)院.關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定:國(guó)發(fā)〔2014〕19號(hào)[A].

[3]波音公司.中國(guó)未來(lái)20年需要6330架新飛機(jī)[J].波音通訊,2015(38):18-19.

[4]劉德建,劉曉琳,張琰,等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育應(yīng)用的潛力、進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].開(kāi)放教育研究,2016(8):25-31.

[5]王金崗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育,2011(23):76-80.

[6]林徐潤(rùn),段虎.虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012(6):22-24.

Exploring the Training Method of Sheet Metal Processing Talents Based on Virtual Simulation Technology

PAN Shuai-ming，ZHANG Hong
(Shenyang Aeronautical Vocational College,Shenyang 110034,China)

Virtual simulation experiment teaching is the important content of educational information and experimental teaching construction.By analyzing the characteristics of virtual reality technology and combining with the teaching objectives of personnel training of sheet metal processing,this paper discusses the ideas on the teaching construction of aviation sheet metal processing,and the function of this technology in education and the teaching effect.

higher vocational education;sheet metal processing talents；virtual reality technology；talent training

G712

A

1009—7600（2017） 10—0082—02

2017-05-12

潘帥名（1983—），男，福建廈門(mén)人，講師；張紅（1970—），女，江蘇邳州人，高級(jí)工程師。

[責(zé)任編輯，撫順職院：陳 輝]