構(gòu)建大型設(shè)備虛實(shí)融合教學(xué)環(huán)境的幾點(diǎn)思考

沈亮遠(yuǎn)

摘要：大型機(jī)電綜合設(shè)備集機(jī)、液、氣、電于一體，實(shí)現(xiàn)了一體化計(jì)算機(jī)工業(yè)總線自動(dòng)控制，內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作使用較為復(fù)雜，技能要求高，本文針對(duì)大型設(shè)備進(jìn)課堂、內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作技能等教學(xué)中存在的難題，綜合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)、機(jī)電一體化模擬技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探討構(gòu)建大型設(shè)備虛實(shí)融合教學(xué)環(huán)境，為技能型人才培養(yǎng)提供條件支撐。

關(guān)鍵詞：職業(yè)技術(shù)教育;大型設(shè)備教學(xué);虛實(shí)融合;教學(xué)環(huán)境

引言

職業(yè)技術(shù)教育是以專業(yè)崗位職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，注重學(xué)員實(shí)踐技能的培養(yǎng)，隨著各種新技術(shù)、新設(shè)備的快速發(fā)展，新的技能崗位對(duì)學(xué)員實(shí)踐技能的要求越來越高的要求，特別是大型機(jī)電綜合設(shè)備集機(jī)、液、氣、電于一體，實(shí)現(xiàn)了一體化計(jì)算機(jī)工業(yè)總線自動(dòng)控制，內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作使用較為復(fù)雜，技能要求高。而想要學(xué)員盡快的適應(yīng)崗位，培養(yǎng)實(shí)際崗位能力，離不開崗位實(shí)際環(huán)境。而對(duì)于大型設(shè)備的教學(xué)一是體型大，難以進(jìn)入課堂，二是不能隨意拆解，不能實(shí)裝展示內(nèi)部構(gòu)造，三是系統(tǒng)原理錯(cuò)綜復(fù)雜，難以梳理來龍去脈，四是操作步驟繁雜、培訓(xùn)人員多、不能頻繁操作，對(duì)于其崗位能力培養(yǎng)提出了很大難度。為此，努力構(gòu)建逼真的工作環(huán)境，作為教學(xué)環(huán)境，將大型裝備“搬”進(jìn)課堂。隨著仿真技術(shù)的提升，各種模擬設(shè)備、仿真設(shè)備、虛擬場(chǎng)景應(yīng)運(yùn)而生，構(gòu)建虛實(shí)融合的教學(xué)環(huán)境，必將成為支撐大型設(shè)備教學(xué)的主渠道。

一、將內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)造通過虛實(shí)融合直觀呈現(xiàn)出來

內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)造一般采用制作縮比模型，實(shí)物展示內(nèi)部構(gòu)造，如內(nèi)不復(fù)雜，按照之際尺寸比例加工制作，成本較高，往往為降低成本，而簡(jiǎn)化構(gòu)造，從而造成失真，形成錯(cuò)誤的引導(dǎo)形成錯(cuò)誤的教學(xué)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，采用結(jié)構(gòu)建模，3D打印出來，能夠真實(shí)展現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是3D打印技術(shù)的限制，打印尺寸受限，特別是具有復(fù)雜機(jī)構(gòu)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造，受到很大限制，成本顯著上升，再者某些機(jī)構(gòu)需要在完整組件狀態(tài)才能運(yùn)行，這樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然看不到。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等原理的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成三維空間，構(gòu)建逼真的三維模型，用戶可以通過一些設(shè)備與現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互，完成再虛擬環(huán)境下“鉆進(jìn)”設(shè)備內(nèi)部認(rèn)知內(nèi)部構(gòu)造、“拆裝”設(shè)備認(rèn)知組成結(jié)構(gòu)、“運(yùn)行”機(jī)構(gòu)認(rèn)知各構(gòu)造之間的連接傳動(dòng)關(guān)系等任務(wù)，身臨其中獲得實(shí)感體驗(yàn)，真正認(rèn)知復(fù)雜內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu)原理。

二、將抽象的系統(tǒng)原理通過虛實(shí)融合仿真演示出來

大型機(jī)電綜合設(shè)備集機(jī)、液、氣、電于一體，實(shí)現(xiàn)了一體化計(jì)算機(jī)工業(yè)總線自動(dòng)控制，系統(tǒng)原理錯(cuò)綜復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來非常抽象，是設(shè)備教學(xué)的一大難點(diǎn)。為了將抽象的系統(tǒng)原理形象演示出來，目前通常采用多媒體動(dòng)畫演示的方法手段，但由于多媒體動(dòng)畫軟件的限制，為便于學(xué)習(xí)一般采用系統(tǒng)原理圖上作動(dòng)態(tài)演示，由于原理圖與實(shí)裝上的控制管路線路大相徑庭，這樣往往會(huì)造成學(xué)懂了原理到實(shí)際設(shè)備面前無所適從，甚至哪個(gè)器件在哪個(gè)位置都找不到，當(dāng)然有的在設(shè)備內(nèi)部也看不到，更不用說在實(shí)際設(shè)備上理清來龍去脈了。

充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合，在多媒體技術(shù)演示的基礎(chǔ)上，充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將機(jī)構(gòu)、液路、氣路、電路在虛擬的環(huán)境中按設(shè)備的實(shí)際布局展開來，能夠真實(shí)展示實(shí)際控制鏈路走向。利用仿真技術(shù)將系統(tǒng)原理中的參數(shù)力、壓力、流量、電壓、電流等數(shù)據(jù)仿真出來，不但能形象展示系統(tǒng)原理走向，而且能仿真參數(shù)數(shù)據(jù)，讓原理真起來。

三、將繁雜的操作運(yùn)行通過虛實(shí)融合交互模擬出來

大型設(shè)備操作步驟繁雜、培訓(xùn)人員多、不能頻繁操作，對(duì)于其崗位能力培養(yǎng)提出了很大難度。充分融合機(jī)電一體化技術(shù)、增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建虛實(shí)融合模擬交互的綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。機(jī)電一體化技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服控制技術(shù)，一方面對(duì)真實(shí)設(shè)備的模擬，對(duì)受訓(xùn)者實(shí)操體驗(yàn)性強(qiáng)，另一方面通過針對(duì)性的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)了教學(xué)實(shí)訓(xùn)功能，完成模擬操作、原理展示、考核評(píng)估等功能。能夠?qū)崿F(xiàn)模擬多練，減少裝備損耗，然而模擬設(shè)備畢竟是模擬，與實(shí)裝的真實(shí)使用情景相差較大，通常完成基本技能的訓(xùn)練。而面臨現(xiàn)實(shí)使用環(huán)境不同出現(xiàn)的問題，學(xué)員也將無法正確處置。比如天氣環(huán)境、潮濕、溫度、噪聲、工作時(shí)長(zhǎng)、人為干擾、設(shè)備器件故障性能等，因此充分利用增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，仿真逼真的經(jīng)常遇到的現(xiàn)實(shí)使用情景。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種物品互動(dòng)，產(chǎn)生信息流，解決跨時(shí)空的問題，綜合各種信息營(yíng)造更真實(shí)的使用情景。增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了現(xiàn)實(shí)感知的技術(shù)，將虛擬設(shè)備、場(chǎng)景、各信息疊加，增強(qiáng)實(shí)感，再采用虛實(shí)融合技術(shù)，綜合人的動(dòng)作傳感信息、環(huán)境探測(cè)信息以及現(xiàn)實(shí)特情境數(shù)據(jù)庫信息以及仿真原理數(shù)據(jù)、機(jī)電一體化模擬設(shè)備信息等在虛擬環(huán)境中綜合構(gòu)建，形成逼真的實(shí)際使用情景，讓受訓(xùn)者以實(shí)際工作崗位的工作環(huán)境，虛擬深練，完成操作互動(dòng)，理論實(shí)踐結(jié)合、故障排除、特情處置等活動(dòng)，最后形成實(shí)際的崗位能力。

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