機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用研究

蔣翰成

摘要：基于機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)特點(diǎn)，傳統(tǒng)機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式下暴露出諸多弊端，嚴(yán)重制約了人才培養(yǎng)質(zhì)量。而通過(guò)虛擬仿真技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，可有效改變傳統(tǒng)教學(xué)模式下缺乏配套設(shè)備、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量?；诖?，筆者針對(duì)虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的具體應(yīng)用展開(kāi)了詳細(xì)的研究和分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;虛擬仿真教學(xué);環(huán)境建設(shè);具體應(yīng)用

0? 引言

機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)主要是對(duì)機(jī)械制造的各類(lèi)技術(shù)、形式進(jìn)行研究的學(xué)科，是為國(guó)家和社會(huì)提供相關(guān)的人才。但就目前我國(guó)職業(yè)院校在進(jìn)行機(jī)械制造人才培養(yǎng)的過(guò)程中，依然沿用傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行。但是在這種人才培養(yǎng)模式下，致使學(xué)生的實(shí)際操作能力低下，難以滿足當(dāng)前的社會(huì)需求。基于此，職業(yè)院校在進(jìn)行機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的過(guò)程中，必須要立足于機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，靈活運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化教學(xué)，不斷提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

1? 職業(yè)院校機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

對(duì)當(dāng)前職業(yè)院校機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀展開(kāi)分析，有助于對(duì)明確當(dāng)前機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式下存在的問(wèn)題，并據(jù)此明確利用虛擬技術(shù)進(jìn)行人才培養(yǎng)模式改革的必要性。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)前職業(yè)院校機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一、從招生的角度上來(lái)說(shuō)，目前，在國(guó)家擴(kuò)招政策的影響下，職業(yè)院校積極響應(yīng)國(guó)家的人才培養(yǎng)號(hào)召，積極擴(kuò)招、增加了學(xué)生的基數(shù)。在這種情況下，導(dǎo)致職業(yè)院校的教學(xué)資源出現(xiàn)了明顯的吃緊現(xiàn)象，例如：模具數(shù)量短缺、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地狹小、工藝耗材量比較大等。面對(duì)這一現(xiàn)狀，職業(yè)院校在進(jìn)行人才培養(yǎng)的過(guò)程中，為了強(qiáng)化人才培養(yǎng)質(zhì)量，常常在機(jī)械制造人才培養(yǎng)中出現(xiàn)極強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)壓力，甚至有的院校出現(xiàn)了壓縮學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課時(shí)，最大限度減少了學(xué)生的實(shí)操時(shí)間。在這種情況下，不僅導(dǎo)致機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量低下，也制約了學(xué)生的未來(lái)發(fā)展。

第二、從職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)廠房設(shè)備的角度上來(lái)說(shuō)。目前雖然大部分職業(yè)院校在人才培養(yǎng)的過(guò)程中，都建立了相關(guān)的實(shí)訓(xùn)基地。而在建立實(shí)訓(xùn)基地時(shí)，不僅僅需要大面積的場(chǎng)地、實(shí)訓(xùn)樓房、購(gòu)買(mǎi)相關(guān)的機(jī)械設(shè)備等，還應(yīng)配備相關(guān)的操作人員、管理人員等，而這些都需要投入大量的經(jīng)費(fèi)。尤其是在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地中，一些比較大型的設(shè)備，包括：減速器、軸承、機(jī)械手、離合器、制動(dòng)器等，在長(zhǎng)期操作的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)操作不當(dāng)、突發(fā)停電等多種因素，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在使用的過(guò)程中，出現(xiàn)損壞、磨耗等現(xiàn)象。如此一來(lái)，在很大程度上增加了成本，也制約了機(jī)械制作專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。

另一方面，當(dāng)前職業(yè)院校在進(jìn)行機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)培養(yǎng)的過(guò)程中，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工廠基本上都是某一單、某一工種展開(kāi)訓(xùn)模擬訓(xùn)練。但是在這一過(guò)程中，學(xué)生并未真實(shí)地參與到工廠的完整生產(chǎn)中，根本無(wú)法熟悉實(shí)際生產(chǎn)中每一個(gè)崗位的具體要求，難以在真實(shí)的工作環(huán)境中、工作氛圍中，強(qiáng)化自身的實(shí)踐技能。

第三、從師資的角度上來(lái)說(shuō)。目前，職業(yè)院校人才培養(yǎng)中，機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教師的綜合素養(yǎng)雖然得到了普遍性的提升，甚至出現(xiàn)了不少研究生到學(xué)校擔(dān)任這一專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)。但是這些具有高層次的教師將重點(diǎn)都集中在理論研究中，很少有教師在企業(yè)中工作。在這種情況下，職業(yè)院校機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教師，缺乏理論知識(shí)與工作經(jīng)驗(yàn)的融合，難以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量人才的需求。

第四、傳統(tǒng)數(shù)控仿真軟件應(yīng)用中存在缺陷。當(dāng)前，在職業(yè)院校的人才培養(yǎng)模式下，有些職業(yè)院校已經(jīng)開(kāi)始使用數(shù)控軟件開(kāi)展教學(xué)，例如：菲克、宇航等仿真軟件，已經(jīng)在人才培養(yǎng)中得到了一定的應(yīng)用。但是這些數(shù)控軟件僅僅能夠?qū)⒛＞叩拇蟾泡喞庸こ鰜?lái)，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的尺寸要求。在這種情況下，借助傳統(tǒng)數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用，難以促使學(xué)生在虛擬的操作中，感受到產(chǎn)品加工的精確性，甚至導(dǎo)致學(xué)生對(duì)其理解不夠深刻等[2]。

2? 虛擬仿真教學(xué)內(nèi)涵解析

虛擬仿真技術(shù)又被稱(chēng)之為VR技術(shù)，主要利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成一種模擬現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，虛擬仿真技術(shù)將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)等進(jìn)行了有效的綜合，在多維的信息空間上，給學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)虛擬的信息環(huán)境，分別從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等方面，給體驗(yàn)者營(yíng)造一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境，使得體驗(yàn)者在這一環(huán)境中產(chǎn)生聲臨其境的感覺(jué)，并獲得良好的認(rèn)知體驗(yàn)。

具體來(lái)說(shuō)，虛擬仿真技術(shù)具有三個(gè)顯著的特征：①沉浸感。虛擬技術(shù)主要是依據(jù)人類(lèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)逼真的三維立體圖像，使用者則主要借助一定的交互設(shè)備，將自己置身于虛擬的環(huán)境體驗(yàn)中，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，如同在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的3D技術(shù)、三維仿真技術(shù)不同，將使用者的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)與外界的環(huán)境分離開(kāi)來(lái)，促使其在更好地沉浸體驗(yàn)中，完成機(jī)械制作相關(guān)流程的學(xué)習(xí)中，最終達(dá)到相關(guān)知識(shí)的深度學(xué)習(xí);②構(gòu)想性。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，通過(guò)系統(tǒng)中的聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)傳感電子元件，以及相關(guān)的反應(yīng)裝置，體驗(yàn)者可在這一虛擬的環(huán)境中，同時(shí)獲得聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知的發(fā)展?；谶@一特點(diǎn)，在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)中，通過(guò)虛擬技術(shù)應(yīng)用，使得學(xué)生在具有構(gòu)想性的機(jī)械元件設(shè)計(jì)、機(jī)床操作的學(xué)習(xí)中，不斷提升學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的感知程度、認(rèn)知程度上，進(jìn)而促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，將抽象的概念進(jìn)行具體化，最促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維;③交互性。虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基本上都是通過(guò)人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)，在接近于真實(shí)的環(huán)境下，使用者靈活運(yùn)用電腦、VR眼鏡和數(shù)據(jù)手套等，實(shí)現(xiàn)信息的輸入、輸出，以及傳感設(shè)備進(jìn)行交互。計(jì)算機(jī)中的虛擬技術(shù)系統(tǒng)則可以結(jié)合使用者在使用過(guò)程中的多種姿勢(shì)，對(duì)圖像、聲音進(jìn)行調(diào)整。如此一來(lái)，用戶在虛擬技術(shù)的幫助下，即可對(duì)虛擬環(huán)境中的物體可操作程度進(jìn)行明確的反饋，并形成更加直接的感受[3]。

3? 機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用分析

虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用，促使了虛擬制造的這一詞匯的產(chǎn)生?；诖?，筆者從以下四個(gè)方面，對(duì)虛擬技術(shù)在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用展開(kāi)了研究：

第一、在虛擬概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)下，學(xué)生可靈活運(yùn)用VR技術(shù)按照?qǐng)D紙中的要求，設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的產(chǎn)品，包括：對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸、大小、性能、質(zhì)量等進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改，有效避免在傳統(tǒng)工廠操作中出現(xiàn)的原材料耗損等現(xiàn)象，有效避免了機(jī)械制造實(shí)訓(xùn)中出現(xiàn)的差錯(cuò)現(xiàn)象，節(jié)約了人力成本的開(kāi)支，全面提升了工作效率;同時(shí)，在虛擬仿真系統(tǒng)中，學(xué)生可以結(jié)合客戶的需求展開(kāi)模擬，并在虛擬的環(huán)境下，對(duì)不同產(chǎn)品的樣式進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改，給學(xué)生提供了更多的犯錯(cuò)機(jī)會(huì)、修改機(jī)會(huì)等，使得學(xué)生的設(shè)計(jì)思路更加清晰、更加明了。

第二、機(jī)械制造的虛擬設(shè)計(jì)。在虛擬技術(shù)環(huán)境下，學(xué)生可以對(duì)產(chǎn)品展開(kāi)觀察、操作和設(shè)計(jì)等。以CAD作圖教學(xué)為例，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，在這種虛擬的環(huán)境中，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品具有實(shí)物的特性，例如：重量、尺寸大小、材料性能、硬度、外部等。同時(shí)，借助虛擬技術(shù)還可以對(duì)模型的各個(gè)零部件進(jìn)行組建，并對(duì)各個(gè)零部件之間的間隙是否達(dá)標(biāo)進(jìn)行核查、對(duì)零部件的軸承對(duì)接是否存在差錯(cuò)、零部件的組裝是否正確、零部件外觀設(shè)計(jì)是否合理等。如此，有效避免了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，顯著提升了學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

第三、機(jī)械制造的虛擬制造。在具體的機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可以在虛擬的環(huán)境中，將相關(guān)的圖紙、工藝卡等準(zhǔn)備好，并結(jié)合具體的工單任務(wù)領(lǐng)料，對(duì)夾具進(jìn)行調(diào)試，上好刀具等，并對(duì)設(shè)備是否存在故障進(jìn)行檢查等。完成檢查之后，即可按照?qǐng)D紙上的要求，相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝等，逐漸進(jìn)入到正式的生產(chǎn)中。在正式的實(shí)踐操作中，要更加關(guān)注工件防護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)、對(duì)自身的操作流程進(jìn)行規(guī)范等。在生產(chǎn)流程結(jié)束之后，還應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)序手續(xù)進(jìn)行辦理，并在工序流程卡上做好相應(yīng)等級(jí)記錄。在虛擬的環(huán)境中，應(yīng)結(jié)合扮演的角色，承擔(dān)不同崗位中的職責(zé)，熟悉相關(guān)的機(jī)械制造流程等，最終促使學(xué)生在虛擬環(huán)境的學(xué)習(xí)中，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并獲得良好的知識(shí)遷移等。

第四、機(jī)械制造中的虛擬測(cè)試。在機(jī)械制造中，產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)之后，必須要對(duì)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，必須要保證其達(dá)標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，可通過(guò)虛擬技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的外形進(jìn)行觀察，對(duì)夾具的拼裝、界面的操作、人機(jī)交互性能、組合儀表等進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品組裝、產(chǎn)品試用中存在的問(wèn)題。以便于結(jié)合檢查結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改，并在此基礎(chǔ)上組建形成新的模型，確保產(chǎn)品的質(zhì)量能夠更好地符合客戶的需求[4]。

4? 機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境建設(shè)中應(yīng)用效果分析

在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)中，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，彰顯出顯著的應(yīng)用價(jià)值。具體來(lái)說(shuō)，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一、有效改善了職業(yè)院校機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)條件，降低了學(xué)校的實(shí)訓(xùn)成本。通過(guò)虛擬技術(shù)在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)中的具體應(yīng)用，最大限度降低了實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的成本投入，學(xué)校無(wú)需購(gòu)買(mǎi)機(jī)床等設(shè)備即可完成實(shí)訓(xùn)工作。另外，傳統(tǒng)職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)環(huán)境相對(duì)比較差，常常存在噪音、粉塵污染等現(xiàn)象，甚至還會(huì)存在一定的危險(xiǎn)性。而通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，則可最大限度改善實(shí)訓(xùn)條件，使得學(xué)生在虛擬技術(shù)平臺(tái)上，即可完成相關(guān)的學(xué)習(xí)。

第二、有助于改變傳統(tǒng)的教育模式，顯著提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。通過(guò)虛擬技術(shù)在機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用，學(xué)生無(wú)需在真實(shí)的場(chǎng)景中開(kāi)展學(xué)習(xí)，只需要通過(guò)VR設(shè)備，對(duì)相關(guān)演示視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，并結(jié)合具體的操作開(kāi)展操作即可。如此一來(lái)，不僅強(qiáng)化了實(shí)訓(xùn)的效果，也顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，全面提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

第三、有助于降低教學(xué)成本，及時(shí)更新教學(xué)技術(shù)和設(shè)備。在職業(yè)院校人才培養(yǎng)中，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，極大了降低了機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的教學(xué)成本，縮小了教學(xué)需求的空間。通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，職業(yè)院校只需要建立VR實(shí)訓(xùn)室即可，這種教學(xué)模式下的投入，與傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)投入相比，存在明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，VR實(shí)訓(xùn)室在進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程中，自身的成本也相對(duì)比較低，具有高效環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)[5]。

5? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于當(dāng)前機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中存在的問(wèn)題，將虛擬技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中，徹底轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)人才培養(yǎng)下存在的諸多弊端，并將其靈活運(yùn)用到機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中，最大限度提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量，使其更好地滿足當(dāng)前社會(huì)的人才需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小輝.結(jié)合虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)體系改革研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（09）：167-168.

[2]張德秋，王晶彥，孟祥華，周宇，孫鵬.新工科背景下土木工程專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].經(jīng)濟(jì)師，2020（08）：203-204.

[3]李晶，陳軍.機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用研究[J].數(shù)碼世界，2020（07）：193.

[4]孫青鋒.高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，36（06）：74-76.

[5]崔光珍，肖艷秋，王才東，吳超.虛擬仿真教學(xué)在機(jī)械原理課程中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2019（21）：71-72.