面向裝備制造的虛擬仿真（VR）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系建設(shè)

何勰緋

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為了更好地服務(wù)“中國(guó)制造2025”，達(dá)到教學(xué)資源共享目的，擴(kuò)展學(xué)員知識(shí)范圍，通過(guò)將虛擬仿真VR技術(shù)應(yīng)用到裝備制造專業(yè)的實(shí)踐課程體系中，實(shí)現(xiàn)大型布局式教學(xué)，不僅可以提高課程的教學(xué)質(zhì)量，還可以降低教學(xué)成本，提高裝備制造專業(yè)實(shí)踐中的安全性，成功吸引學(xué)員對(duì)裝配制造專業(yè)教學(xué)的興趣。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真;裝備制造;課程體系

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）52-0086-02

一、虛擬仿真（VR）概述

虛擬仿真技術(shù)又稱Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR技術(shù)。它是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)能力，集傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)以及仿真技術(shù)等多門學(xué)科技術(shù)于一體的新技術(shù)，并通過(guò)傳感器等電子設(shè)備的輔助，對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行的虛擬構(gòu)造，形成一種虛擬場(chǎng)景，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)將虛擬仿真技術(shù)模擬的環(huán)境場(chǎng)景，為用戶提供一種在視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及動(dòng)作方面的感官感受體驗(yàn)。VR仿真技術(shù)已經(jīng)成功地融入經(jīng)濟(jì)、教育、醫(yī)療、軍事以及生活等相關(guān)的領(lǐng)域中。

二、虛擬仿真（VR）技術(shù)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程中應(yīng)用的意義

裝備制造領(lǐng)域行業(yè)是國(guó)家和社會(huì)建設(shè)與發(fā)展的基石，它可以為其他領(lǐng)域行業(yè)提供相應(yīng)的技術(shù)和裝備服務(wù)，屬于經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)與發(fā)展中最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)位置。

裝備制造類專業(yè)的實(shí)踐課程是學(xué)員對(duì)知識(shí)和操作能力的重要教育環(huán)節(jié)，通過(guò)專業(yè)課程的實(shí)踐操作讓學(xué)生提前了解和熟悉裝備制造行業(yè)的實(shí)際情況，做好相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，但是裝備制造專業(yè)，如機(jī)電工程、化工工程等專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)成本較高，并且機(jī)械設(shè)備的操作安全隱患也是需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。通過(guò)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3D建模技術(shù)、Unity 3D實(shí)訓(xùn)、機(jī)械基礎(chǔ)以及Solidworks工程設(shè)計(jì)等多門跨專業(yè)學(xué)科融合在一起的虛擬仿真VR技術(shù)，將專業(yè)教學(xué)實(shí)例融入裝備制造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系教學(xué)中，成功地降低了教學(xué)成本，避免學(xué)生操作大型設(shè)備出現(xiàn)失誤產(chǎn)生的安全隱患問(wèn)題。在裝備制造專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中引進(jìn)虛擬仿真VR技術(shù)，可以比較便捷和靈活地設(shè)計(jì)多元化實(shí)踐操作內(nèi)容，根據(jù)學(xué)員的自身?xiàng)l件和知識(shí)面，設(shè)計(jì)相應(yīng)的裝備制造專業(yè)實(shí)踐方案，不僅可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以讓學(xué)生獨(dú)自思考學(xué)習(xí)，更能提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

三、虛擬仿真（VR）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系建設(shè)

（一）虛擬仿真（VR）技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)架建設(shè)

裝備制造專業(yè)中，主要是以機(jī)械類專業(yè)為主，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造機(jī)器自動(dòng)化、機(jī)電工程等。通過(guò)對(duì)上述幾個(gè)專業(yè)在實(shí)踐操作教學(xué)中的相關(guān)特點(diǎn)，結(jié)合虛擬仿真（VR）技術(shù)，構(gòu)建裝備制造虛擬仿真（VR）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由專業(yè)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)、學(xué)科基礎(chǔ)程序虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)以及高職院校機(jī)械創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)三部分組成。

在該系統(tǒng)平臺(tái)中，通過(guò)高職院校機(jī)械創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)，主要對(duì)初級(jí)階段的學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)和競(jìng)賽類項(xiàng)目進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)到迎合學(xué)生興趣愛(ài)好的目的。學(xué)科基礎(chǔ)程序虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)主要針對(duì)大類學(xué)科基礎(chǔ)課程的虛擬仿真學(xué)習(xí)。專業(yè)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)主要針對(duì)大力培養(yǎng)高階段人才必修課程的虛擬仿真教學(xué)。這三種系統(tǒng)平臺(tái)相互交叉影響、相互聯(lián)系，可以滿足各階段學(xué)員的虛擬仿真（VR）技術(shù)功能需求。這三種系統(tǒng)平臺(tái)在不同專業(yè)課程的需求下，又可以進(jìn)行各種功能模塊的區(qū)分，并由相應(yīng)的教師對(duì)各種功能模塊進(jìn)行搭建、管理、使用和維護(hù)等方面的操作。

（二）高職院校機(jī)械創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)

高職院校機(jī)械創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)的使用對(duì)象主要是低階段學(xué)生，用于學(xué)生的課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目計(jì)劃培訓(xùn)，也可以面向?qū)W生的課外課程實(shí)踐操作培訓(xùn)，通過(guò)開展項(xiàng)目計(jì)劃的學(xué)習(xí)，讓學(xué)員在真正進(jìn)入實(shí)踐操作前，先采用虛擬結(jié)合的教學(xué)辦法，提前在設(shè)計(jì)實(shí)踐前通過(guò)虛擬仿真技術(shù)了解相關(guān)的正確實(shí)踐操作方式，提高學(xué)生對(duì)裝備制造業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)和制造能力，并提高實(shí)踐操作中的安全性。如學(xué)員通過(guò)在Solid Works三維制圖軟件設(shè)計(jì)并繪制裝備制造的所需生產(chǎn)制造的相關(guān)零部件模型圖，然后通過(guò)虛擬仿真操作將這些機(jī)械零部件進(jìn)行裝配組裝制造，裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)各零部件的設(shè)計(jì)制造問(wèn)題，并找出對(duì)應(yīng)的解決方案，提前了解裝備制造業(yè)零部件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要重點(diǎn)關(guān)注或注意的事項(xiàng)，減少實(shí)踐操作中的浪費(fèi)并保障實(shí)踐中的安全性。

（三）學(xué)科基礎(chǔ)程序虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)

學(xué)科基礎(chǔ)程序虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)主要是針對(duì)實(shí)踐中高成本、高消耗以及比較大型的基礎(chǔ)學(xué)科課程虛擬仿真教學(xué)，在裝備制造專業(yè)中主要是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造、制造數(shù)字化以及先進(jìn)自動(dòng)化制造等虛擬仿真技術(shù)模塊進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)，可以高效地處理裝備設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、試驗(yàn)以及管理中需要使用的大型昂貴的設(shè)備成本，在試驗(yàn)中也可以降低損耗，并在特殊環(huán)境中具有的危險(xiǎn)性項(xiàng)目試驗(yàn)也可以起到提高安全性的保護(hù)作用。

（四）專業(yè)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)

專業(yè)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)主要是針對(duì)特殊的操作環(huán)境以及需要特定的空間需求的制造專業(yè)的課程虛擬仿真技術(shù)教學(xué)模塊。這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)主要由廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)仿真中心自主研發(fā)的機(jī)械加工虛擬仿真系統(tǒng)、機(jī)械安裝和拆卸虛擬仿真系統(tǒng)、多功能手電筒虛擬仿真系統(tǒng)、激光焊接機(jī)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、綜合布線虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、摩托車燈罩模具拆卸虛擬仿真系統(tǒng)以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛擬仿真系統(tǒng)等功能模塊組成。學(xué)生通過(guò)專業(yè)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)，提前設(shè)計(jì)好相關(guān)的實(shí)踐操作流程和安全注意事項(xiàng)，了解裝備制造生產(chǎn)過(guò)程的方式和過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，將其轉(zhuǎn)化成學(xué)生自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在虛擬仿真實(shí)踐中鼓勵(lì)學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)中試錯(cuò)和犯錯(cuò)，讓學(xué)生明白試錯(cuò)后出現(xiàn)的狀況以及誤操作中的安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到降低學(xué)生在真實(shí)實(shí)踐操作中走彎路和誤操作概率，有效地提高真實(shí)實(shí)踐操作的教學(xué)質(zhì)量和安全性，并成功降低實(shí)際實(shí)踐中的教學(xué)成本，提高教學(xué)資源的使用率。

四、結(jié)語(yǔ)

本文從虛擬仿真（VR）技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)的三大功能模塊建設(shè)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述和介紹，對(duì)虛擬仿真技術(shù)在新時(shí)代創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中具有的開創(chuàng)新潮流的意義，分析其重要性和必要性，并對(duì)該系統(tǒng)平臺(tái)下各項(xiàng)具體的專業(yè)課程等相關(guān)信息進(jìn)行小模塊功能的區(qū)分，不僅可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程的試驗(yàn)操作，還可以滿足大專業(yè)方向的培養(yǎng)要求，也便于系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)行、維護(hù)以及管理工作，提高了裝備制造領(lǐng)域?qū)I(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量，并加速了虛擬仿真（VR）技術(shù)在教學(xué)教育領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。但是，虛擬仿真（VR）技術(shù)現(xiàn)階段目前處于高速起步階段，有無(wú)法模擬復(fù)雜的裝備制造實(shí)踐過(guò)程的問(wèn)題，尤其是在視覺(jué)和觸覺(jué)方面，無(wú)法完整模擬真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐環(huán)境。同時(shí)，在仿真實(shí)踐操作中，虛擬仿真（VR）技術(shù)系統(tǒng)因中心計(jì)算處理器、服務(wù)器等硬件設(shè)施在處理數(shù)據(jù)、分析運(yùn)算方面，對(duì)信息數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算缺乏高精準(zhǔn)性、及時(shí)性以及可靠性等，導(dǎo)致虛擬仿真實(shí)踐操作中出現(xiàn)卡屏、卡頓以及延遲等現(xiàn)象，無(wú)法滿足身臨其境在裝備制造生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)踐中，沒(méi)有達(dá)到真正實(shí)踐操作的效果。因此，還需要不斷地加強(qiáng)對(duì)虛擬仿真（VR）技術(shù)系統(tǒng)的硬件開發(fā)設(shè)計(jì)，才能真正達(dá)到裝備制造專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)目的。

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◎編輯 司 楠