基于車身修復工作崗位VR 虛擬課堂設(shè)計＊

曾 鑫，丁新橋，楊時川

（武漢軟件工程職業(yè)學院，湖北 武漢430205）

汽車車身修復是汽車車身維修技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生主要的就業(yè)崗位，也是從事汽車維修、汽車保險等職業(yè)崗位應(yīng)該掌握的專業(yè)技能。汽車車身修復課程的教學和學習對教學設(shè)備、實踐場地和教師實際工作經(jīng)驗要求高，實踐教學中的耗材成本很高，同時對操作安全要求也很嚴格。鑒于此情況，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，運用VR 虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)教學設(shè)備，能有效解決教學難題。在開發(fā)的車身修復VR 虛擬實訓系統(tǒng)平臺中，針對車身修復實際崗位的具體實踐操作，設(shè)計開發(fā)出基于車身修復工作崗位VR 虛擬課堂，將教與學有機結(jié)合起來[1]。

1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

車身修復VR 虛擬實訓系統(tǒng)平臺中的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，CPU 采用ARM Cortex-M0 處理器，外部設(shè)備主要包括USB HUB 控制器、SOC、睡眠模塊、正交編碼器、中矩器、降壓轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、UART、SSI、通用定時器、I2S、I2C、CCP、高精度振蕩器、軸陀螺儀和加速度儀等。多媒體（音視頻）資源采用獨立聲卡，選用WM5102 音頻編碼器、5.1 環(huán)繞立體聲輸出（3.5 mm 插座）、1×3.5 mm MIC/LineIn 輸入和S/PDIF 5.1 Channel 數(shù)字音頻接口。系統(tǒng)顯示采用2 160×1 200 AMOLED，視頻采用HDMI 1080 p高清數(shù)字視頻輸出，標準VGA 輸出，支持液晶顯示器顯示，支持TV-OUT 輸出接口和攝像頭接口。

車身修復VR 虛擬實訓系統(tǒng)平臺中可以使用C++、C#、JAVA 程序開發(fā)，適合大多數(shù)3D 虛擬現(xiàn)實軟件或者開發(fā)平臺，例如UNITY3D、VIRTOOLS、MULTIGEN VEGA、WTK、OSG、VRPN 等。

2 虛擬課堂

車身修復VR 虛擬課堂是指運用VR 技術(shù)手段，構(gòu)建車身修復虛擬實訓場景，學生通過VR 穿戴設(shè)備、操作車身修復VR 實訓平臺設(shè)備，文字、聲音和模擬真實的實踐操作，實現(xiàn)知識點的學習、技能點的訓練，通過過關(guān)游戲式的練習達到學習的目的。

在虛擬課堂中，學生可以進入模擬再現(xiàn)的真實工作場景，實現(xiàn)工作崗位、勞保穿戴及工具設(shè)備的選擇和使用，在學習時可以通過教師微課視頻講解學習知識點，通過教師實操示范操作視頻掌握技能點，通過評測反饋系統(tǒng)回放、評價操作的規(guī)范性和正確性，實時掌握自己的不足和操作的錯誤點[2]。

車身修復VR 虛擬課堂主要針對車身修復常用的CO2氣體保護焊、電阻點焊、車身外形修復和車身測量與校正四個具體崗位進行設(shè)計和開發(fā)。

3 CO2氣體保護焊崗位虛擬課堂

CO2氣體保護焊崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以真實專業(yè)環(huán)境1∶1三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含扳手、抹布、記號筆、大力鉗、鈑金修復錘、焊嘴防堵膏、CO2氣體保護焊機等專業(yè)所需工具設(shè)備，虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（字幕、聲音、3D 動畫）。

工藝學習：平焊、立焊、橫焊、仰焊、塞焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習模式：學生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同實訓板材（0.6 mm、0.8 mm），平焊、立焊、橫焊、仰焊、塞焊以及工具設(shè)備的虛擬實訓。學生通過此練習，學習到設(shè)備工具的使用方法，了解工藝流程。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導和評分。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學員操作信息，測評效果真實。

4 電阻點焊崗位虛擬課堂

電阻點焊崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以本校真實專業(yè)環(huán)境1∶1 三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含抹布、劃針、大力鉗、鈑金修復錘、鋼板尺、電阻點焊機等崗位所需設(shè)備的三維虛擬化模擬操作。虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，包括設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（文字、聲音、3D 動畫）。

工藝學習：劃線、板件固定、試焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習模式：學生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同的實訓板材。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導和評分，視頻回放。

流程設(shè)置：勞保穿戴；檢查設(shè)備，并打開所有設(shè)備；模擬板件除塵，并使用劃針、劃規(guī)、鋼板尺劃線；將模擬板件對齊固定，用大力鉗夾緊一邊，另一邊固定在焊接臺架上；在模擬件旁邊，夾2 塊試焊片；在工作服穿戴好的基礎(chǔ)上，佩戴點焊專用透明面罩和焊接手套；電阻電焊機調(diào)節(jié)好后，在試焊片上試焊；在工件上點焊，焊接時，要跳開焊，即每兩點之間要隔一個焊點；一邊點焊完成后，將板件取下校正；大力鉗夾緊后再次固定到臺架上完成點焊；將板件取下，用樣沖在板件的焊點上打上樣沖眼；將板件固定在臺虎鉗上，用焊點去除鉆去除A、B 板間上焊點，鉆之前要試鉆試焊片上的焊點；再用氣動鋸沿先前畫好的線，將A 板件一分為二；使用焊點去除鉆去除B、C 板件上的焊點；用氣動鋸沿先前畫好的線，將B 板件一分為二；用沙帶打磨機修磨A、B 切割時的邊緣毛刺，C 板件上鉆孔時殘留鐵屑；校正板件，先將B 板件上切割下來的板料重新與B 板件連接，用大力鉗夾緊固定在焊架上；用橫焊連續(xù)焊將B 板件兩塊板件連接；取下板件校平，將A 板件鋸下部分安裝上，用大力鉗夾緊固定在焊架上；先將A 板件兩塊板用定位焊，焊幾個點固定??；用塞焊將板件分離時的孔焊上，塞焊之前，要試塞試焊片上的孔。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學員操作信息，測評效果真實。

5 外形修復崗位虛擬課堂

外形修復崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以本校真實專業(yè)環(huán)境1∶1 三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含扳手、剪絲鉗、大力鉗、鈑金修復錘、吹稱槍、鋼板尺、外形修復機等設(shè)備三維虛擬化模擬操作，虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，包括設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（文字、聲音、3D 動畫）。

工藝學習：劃線、板件固定、試焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習模式：學生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同實訓板材。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導和評分，視頻回放。

流程設(shè)置：查看受損車門，制訂維修方案；勞保穿戴，并檢查設(shè)備；將墊鐵放在車門背面，將塌陷的筋線先修出70%，再將門板大面用墊鐵也修復出80%；將墊鐵在車門板背面墊著，正面用鈑金錘敲擊高點；由墊鐵在受損區(qū)域墊著，用鈑金錘敲擊在門板正面破壞時受影響區(qū)域；重復，用墊鐵在背面頂，鈑金錘在正面敲，至修復完成90%；用鋼板尺配合記號筆在受損區(qū)域畫線，確定打磨范圍；除塵設(shè)備打開（可以是吸塵器）；雙動打磨機安裝60 號砂紙先沿劃線區(qū)域打磨外輪廓，再大范圍打磨內(nèi)部；打開車身修復機調(diào)至合適檔位，選擇好電流后，開始試焊；試焊完成后，先在筋線上焊一條波浪絲或墊片，將筋線先修復出來；換上三角墊片，以點拉方式修復平面；在整體修復達到98%時，使用雙動打磨機換80 目砂紙，磨掉焊點；使用墊鐵配合鈑金錘將拉的過高部分修平；查看有無崩彈，將修復機調(diào)至收火模式，使用碳棒收火，收火時要使用吹塵槍降溫，并使用抹布擦拭；再用鈑金錘精修一遍，打磨機精磨后提交。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學員操作信息，測評效果真實。

6 車身測量與校正崗位虛擬課堂

以全國職業(yè)院校技能大賽車身修復（鈑金）虛擬賽場工作場景、工作崗位打造三維可視化虛擬比賽現(xiàn)場。3D 場景包括賽歐實訓車架、大梁校正儀、電子測量系統(tǒng)、防護眼鏡、安全帽（硬質(zhì)）、棉紗手套、工具架等。

場景設(shè)置：虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解課程及演示，含字幕、語音、本課堂所需設(shè)備工具3D 功能及原理演示講解；學生可以按照軟件固定設(shè)置的流程學習，也可以自主選擇知識點學習。

模塊設(shè)置方面，國賽車身電子測量和校正虛擬操作具體流程設(shè)置為：勞保穿戴，并開機；打開軟件，建立工單、選擇車型；選擇兩對基準點，建立基準面；按軟件提示選擇測量頭；組合測量頭，并使用專用工具安裝測量頭至基準點（視屏中安裝了兩隊基準點，一對測量點）；安裝傳感器；根據(jù)測量數(shù)據(jù)填寫紙質(zhì)工單；將一對測量點拆卸并安裝至另一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；松開安全裝置，滑動拉塔并安裝；安裝拉塔鎖緊裝置；打開油閥、打開總控制開關(guān)；連接油管；將拉塔的鐵鏈捋順；連接鐵鏈和黃色拉緊帶，并連接安全繩；用控制手柄進行拉伸，并觀測實時數(shù)據(jù)；拆卸鐵鏈并連接車輛另一側(cè)大梁；用控制手柄進行拉伸，并觀測實時數(shù)據(jù)；拆卸鐵鏈、安全繩，換色拉緊帶、油管，松掉拉塔安全裝置并歸位；拆卸傳感器和測量頭。

7 AR 代碼編寫

以下是以外形修復崗位虛擬課堂中汽車門板修復崗位虛擬課堂為例介紹AR 代碼編寫，以下兩段代碼主要是虛擬課堂場景加載和資源文件加載的內(nèi)容：

namespace GameFramework.Resource

{

///

public sealed class

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs :GameFrameworkEventArgs

{

///

///資源對象。public

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs(object resource)

{

Resource=resource;

}

///

public object Resource

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------namespace GameFramework.Scene

{

///

public sealed class

LoadSceneDependencyAssetEventArgs :

GameFrameworkEventArgs

{

///

/// 場景資源名稱。

/// 被加載的依賴資源名稱。

///當前已加載依賴資源數(shù)量。

///總共加載依賴資源數(shù)量。

/// 用戶自定義數(shù)據(jù)。

public LoadSceneDependencyAssetEventArgs(string sceneAssetName ， string dependencyAssetName ， int loadedCount， int totalCount， object userData)

{

SceneAssetName=sceneAssetName;

DependencyAssetName =dependencyAssetName;

LoadedCount=loadedCount;

TotalCount=totalCount;

UserData=userData;

}

///

public string SceneAssetName

{

get;

private set;

}

///

public string DependencyAssetName

{

get;

private set;

}

///

public int LoadedCount

{

get;

private set;

}

///

public int TotalCount

{

get;

private set;

}

///

public object UserData

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------

8 結(jié)語

現(xiàn)代教育信息化手段不斷更新，VR、AR 等技術(shù)手段快速應(yīng)用到實際教學中，對教學造成很大的變化，針對專業(yè)的特別是偏重技能方面的課程學習，我們需要針對相應(yīng)的技術(shù)手段，結(jié)合課程實際崗位技能要求，深入研究課程設(shè)計的細節(jié)內(nèi)容，這樣才能將先進的信息化教學手段有效運用到實際課程教學中。