基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)控維修軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

李焱 李桂云

摘要：基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)控維修軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，本文以VUNM數(shù)控機(jī)床調(diào)試維修軟件為例結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)與數(shù)控教學(xué)的特點，探討了數(shù)控維修軟件在教學(xué)中的應(yīng)用方向與實踐方法，以及需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；數(shù)控維修；教學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0234-02

一、引言

隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，對于以微處理器為基礎(chǔ)，以大規(guī)模集成電路為標(biāo)志的數(shù)控機(jī)床使用頻率也不斷上升，隨之而來的是數(shù)控機(jī)床故障現(xiàn)象不斷增多，維修力量不足是影響數(shù)控機(jī)床利用率和完好率的主要因素。但是培養(yǎng)數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的人員涉及到的知識面較廣，應(yīng)具有較扎實的機(jī)械、電氣以及液壓與氣動知識并具備數(shù)控編程與操作能力，對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成和各部件之間的工作原理要有清楚的認(rèn)識。在傳統(tǒng)數(shù)控維修教學(xué)中，由于資金和實訓(xùn)條件的限制，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的困難。因此在教學(xué)中引入以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控維修軟件至關(guān)重要。

二、數(shù)控維修軟件的主要功能模塊介紹及應(yīng)用

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的數(shù)控維修軟件以先進(jìn)的三維可視化編程技術(shù)開發(fā)，主要服務(wù)于“數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)”等相關(guān)專業(yè)教學(xué)、“數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工”技能培訓(xùn)之中，功能模塊豐富全面，可操作性強(qiáng)。本文以北京斐克科技有限公司研發(fā)的VUNM數(shù)控機(jī)床調(diào)試維修軟件為例，主要介紹此類軟件的主要功能模塊在教學(xué)中的應(yīng)用。

1.理論教學(xué)課件功能模塊。數(shù)控機(jī)床的控制方式、反饋元器件、伺服系統(tǒng)工作原理等內(nèi)容比較抽象，往往學(xué)生比較難于理解和想象，該模塊利用課件形式進(jìn)行講解比較形象和直觀，教師可以直接利用該模塊完成教學(xué)。如圖1所示，光柵尺課件演示，并配以文字解說。

2.機(jī)械裝配、調(diào)試功能模塊。VUNM數(shù)控維修軟件建立了三軸立式加工中心、平床身車床、斜床身車床三種機(jī)床結(jié)構(gòu)模型，主要可以完成機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識、虛擬拆裝、各部件的功能介紹、仿真模擬實際機(jī)床機(jī)械調(diào)試的方法以及常用測量工具的使用等，如圖2所示，系統(tǒng)左側(cè)分別為數(shù)控機(jī)床的拆裝設(shè)置的零部件和工具庫，右側(cè)為安裝過程的提示信息，提供了一個良好的虛擬拆裝實訓(xùn)環(huán)境。

3.電氣裝調(diào)功能模塊。在該功能模塊中，可以幫助學(xué)生訓(xùn)練識別電氣原理圖，以單項任務(wù)作為實訓(xùn)內(nèi)容，將原理圖上的電氣符號與電氣元件實物以及擺放位置相互關(guān)聯(lián)，在操作過程中有一定的相應(yīng)提示。在完成虛擬線路電氣連接后，完成虛擬上電調(diào)試，如圖3、4所示。

軟件提供常見的電氣元器件、電氣接線等故障設(shè)置，教師可以根據(jù)實際情況設(shè)置故障，由學(xué)生進(jìn)行故障診斷與排查，運用虛擬萬用表檢測電壓等數(shù)據(jù)，消除故障后上傳給老師進(jìn)行檢查。

5.智能考核系統(tǒng)功能模塊。VUNM數(shù)控維修軟件還提供了無紙化考核功能，題型豐富，教師任意組題，發(fā)送給學(xué)生，完成后上傳服務(wù)器自動判分。

三、數(shù)控維修軟件的特點

1.輔助理論教學(xué)?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的數(shù)控維修軟件通過計算機(jī)建立虛擬機(jī)床三維模型，學(xué)生可以對模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以三維動畫形式顯示數(shù)控機(jī)床不同部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)原理，并在相應(yīng)位置進(jìn)行文字解說。數(shù)控維修理論教學(xué)配合數(shù)控維修軟件的使用，有助于學(xué)生對知識的理解和掌握，很大程度上緩解了理論教學(xué)的難度。

2.實現(xiàn)“課證融合”。課證融合是將課程與職業(yè)資格證書結(jié)合的教學(xué)模式，通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能直接參加相關(guān)職業(yè)證書的考試。如“VUNM數(shù)控機(jī)床調(diào)試維修教學(xué)軟件”是以培養(yǎng)優(yōu)秀的數(shù)控設(shè)備維護(hù)維修人才為目標(biāo)的仿真教學(xué)軟件，主要服務(wù)于數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的教學(xué)，同時為“數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工”職業(yè)資格各級別相關(guān)專業(yè)技能培訓(xùn)所用。

3.節(jié)約了教育成本。在傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生數(shù)量較多而機(jī)床數(shù)目不足，經(jīng)常出現(xiàn)“僧多粥少”的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真軟件后，只需設(shè)置一個常規(guī)配置的機(jī)房，在軟件中所用機(jī)床的型號和種類也可以適時更新和調(diào)整。在教學(xué)過程中，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中教師在機(jī)床前示范，學(xué)生聽課里三層外三層的現(xiàn)象，學(xué)生每人一臺計算機(jī)進(jìn)行操作，提高了教學(xué)質(zhì)量的同時節(jié)約了教育成本。

四、數(shù)控維修軟件在教學(xué)中應(yīng)注意的問題

1.結(jié)合學(xué)校實際條件。選擇的數(shù)控維修軟件功能應(yīng)與校內(nèi)實際機(jī)床功能進(jìn)行比較和分析，明確差異，盡量做到軟件教學(xué)與機(jī)床教學(xué)結(jié)合緊密，避免型號、功能的混亂。

2.軟件教學(xué)過程中嚴(yán)格按照實際操作規(guī)范要求進(jìn)行，即使是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的軟件操作也不能不負(fù)責(zé)任地進(jìn)行野蠻隨意操作，養(yǎng)成不良的習(xí)慣。

3.教學(xué)做一體化的課程設(shè)計。利用虛擬維修軟件學(xué)習(xí)與實際機(jī)床的操作時間的比例要合理，安排軟件學(xué)習(xí)在先，熟悉操作過程后進(jìn)行實際機(jī)床操作，比例分配：軟件學(xué)習(xí)與實際操作為4：6。

綜上所述，利用數(shù)控維修軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中師生之間的關(guān)系，逐步形成了師生之間溝通交互的學(xué)習(xí)機(jī)制。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)下構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境教師可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行知識學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計，而學(xué)生也可以根據(jù)自己的需求自由支配學(xué)習(xí)與實踐的內(nèi)容和進(jìn)度。在這樣的虛擬環(huán)境下，視覺效果以及學(xué)習(xí)的互動性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，這正是職業(yè)教學(xué)所追求的。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳金嬌，劉樹青.虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011，（1）：75-77.

[2]王衛(wèi)東，李海清.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)控維修軟件開發(fā)與教學(xué)中的應(yīng)用[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，（4）：31-34.

[3]王平安，林慶平.職業(yè)教育改革與三維互動數(shù)字化教學(xué)[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2011，（26）：58-66.

[4]劉怡.職業(yè)教育和虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報，2008，（5）：23-25.