基于3DVIA的計算機輔助教學系統(tǒng)的研究

王迪 孫立強 朱紅波 李凡 高翔

摘 要：結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場以3DVIA為虛擬仿真平臺開發(fā)一套齒輪泵的計算機輔助教學系統(tǒng)。利用Solidworks軟件建模并裝配，并將模型導入到3DVIA平臺上，與工業(yè)現(xiàn)場維修技師共同開發(fā)人機互動輔助教學系統(tǒng)。通過虛擬操作可以更加清晰齒輪泵的工作原理、零部件結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系及拆卸流程。使用虛擬拆裝讓枯燥的現(xiàn)場拆裝更加高效、趣味、生動、形象，減少了技術(shù)改造時間也增加了企業(yè)員工的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：3DVIA;齒輪泵;實踐教學;虛擬拆裝

中圖分類號：TP 391 文獻標識碼：A

齒輪泵是一種容積式泵，它以結(jié)構(gòu)緊湊、自吸性好、工作可靠、適合輸送粘稠性液體，廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場各大型機組的潤滑系統(tǒng)。日常檢修包括：檢查軸封，必要時更換密封元件;調(diào)整壓蓋間隙或修理機械密封;檢查清洗入口過濾器;檢查及修理齒輪副、齒輪軸、端蓋;檢查及修理軸承、聯(lián)軸器、殼體和填料壓蓋等。由于現(xiàn)場檢修人員要經(jīng)常對齒輪泵進行拆裝，以達到對該設(shè)備的日常檢測和維修，但由于現(xiàn)場的工作環(huán)境惡劣，齒輪泵內(nèi)部往往都是粘稠的油污，特別對于新員工來說，無法了解其裝配關(guān)系，也對其頻繁拆裝產(chǎn)生了厭煩，更不愿意用大量時間去研究技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新。充分利用計算機信息技術(shù)進行交流互動是計算機輔助教學系統(tǒng)重要應用，其主要利用計算機的人機互動對話，通過對圖像、文字、聲音、動畫等多種媒體技術(shù)進行教學的呈現(xiàn)和傳遞。[1]在計算機輔助教學系統(tǒng)下，每一位員工都可以在虛擬環(huán)境中對該設(shè)備進行虛擬拆裝，這些手動操作和視覺畫面深刻的印象在腦海中，加深學習內(nèi)容理解，增強了實踐活動的主動性、趣味性。

1 虛擬展示設(shè)計

隨著現(xiàn)代科技信息技術(shù)的發(fā)展，借助計算機輔助教學模式已成為必然趨勢，三維虛擬展示以其獨有的魅力將取代傳統(tǒng)二維展示。三維虛擬展示以計算機媒體為依托，對產(chǎn)品展示具有全面性、高效性、開放性和體驗性等特征。[2]在計算機輔助教學系統(tǒng)下，通過展示齒輪泵的3D模型，并且通過設(shè)置截面剖視圖、局部透明度，視頻動畫來清晰了解設(shè)備的裝配關(guān)系及工作原理。結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場齒輪泵的拆裝作業(yè)指導書，讓員工對其3D模型在虛擬環(huán)境中進行拆裝，對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及拆裝流程有更深刻的認識，最終達到較高的學習效率和較好學習效果。如齒輪泵簡圖如圖1所示，主要由泵體、安全閥體、軸承、機械密封、主動軸、從動軸、主動齒輪、從動齒輪、浮板、前后泵蓋、對輪、底座等幾部分組成。在進行虛擬展示時可以對齒輪泵進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行可視化設(shè)置如圖2所示，通過虛擬展示可以從視覺上獲取所需要的各種信息。

2 虛擬拆裝設(shè)計

虛擬拆裝充分調(diào)動了人的腦感與視覺，具有極強的真實性和交互性，允許每一位員工根據(jù)自己不同的視角設(shè)計出不同拆裝方案，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場真實拆裝對比分析，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行糾正，拆卸順序及步驟一目了然。例如圖3、圖4分別為拆卸的齒輪泵對輪、齒輪泵前泵蓋，根據(jù)自己的個性設(shè)置，在虛擬拆裝過程中可以對設(shè)備進行移動、旋轉(zhuǎn)、放大和縮小等操作，同時也可以對以往的步驟進行更改和回放。通過虛擬拆裝操作過程增強了員工的理解和創(chuàng)新能力，提高了計算機操作能力和當前信息化知識儲備能力，激發(fā)員工的求知欲和參與科研實踐開發(fā)的熱情，當前一些行業(yè)技能大賽也逐漸從實體操作向著虛擬產(chǎn)品數(shù)字化操作方面過渡。

3 結(jié)論

通過計算機輔助教學系統(tǒng)對齒輪泵進行3D建模并虛擬設(shè)置，使枯燥的動手拆裝變?yōu)樘摂M拆裝，讓員工更清晰了解設(shè)備的裝配關(guān)系及工作原理，通過對計算機操作就可對模型進行渲染、標識、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、拆解、組裝等工作，完成個性化設(shè)置工作任務，提高計算機操作水平和設(shè)備結(jié)構(gòu)的認知效率，使傳遞的知識更加豐富。

參考文獻：

[1]張俊蘭，劉雪玲.目前高校多媒體CAI教學模式淺析[J].山西高等學校社會科學學報，2002（04）：92-93.

[2]王軍良，解宇鵬，王仲勛，宮晨亮，蔣曉東，胡瑋.基于SolidWorks Composer的齒輪泵虛擬設(shè)計與展示[J].佛山科學技術(shù)學院學報（自然科學版），2018，36（06）：42-47.