業(yè)紅玲 王琳

摘 要：針對(duì)應(yīng)用型本科院校對(duì)人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合汽車構(gòu)造教學(xué)中的不足，利用虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)汽車構(gòu)造課程教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生提供課堂教學(xué)資源，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：《汽車構(gòu)造》 虛擬仿真 教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（c）-0240-02

近年來中國(guó)汽車產(chǎn)銷量實(shí)現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，成為全球汽車行業(yè)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。在汽車工業(yè)快速發(fā)展及汽車產(chǎn)品自主研發(fā)能力快速提升的同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)汽車專業(yè)人才的需求也不斷增長(zhǎng)，一些汽車類專業(yè)如車輛工程、汽車服務(wù)工程、交通運(yùn)輸?shù)认嗬^在各類高校開設(shè)。

應(yīng)用型本科院校是以“實(shí)基礎(chǔ)、適口徑、重應(yīng)用、強(qiáng)素質(zhì)”[1]為目標(biāo)，重點(diǎn)在于“應(yīng)用”，將堅(jiān)實(shí)的理論應(yīng)用于實(shí)踐，加強(qiáng)實(shí)踐技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)面向社會(huì)、地方的高層次應(yīng)用型人才，滿足社會(huì)實(shí)際發(fā)展的需要。如各類汽車專業(yè)必開的一門專業(yè)基礎(chǔ)課《汽車構(gòu)造》。

《汽車構(gòu)造》是一門理論較為復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通常以汽車總體結(jié)構(gòu)的四大組成部分為主線，讓學(xué)生掌握汽車部分的結(jié)構(gòu)特性、組成和工作原理，同時(shí)使學(xué)生具有一定的分析研究能力和汽車拆裝的動(dòng)手能力。它是學(xué)生接觸的第一門與汽車專業(yè)緊密相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是銜接基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的紐帶，在整個(gè)汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系中占有舉足輕重的地位[2]。

然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，《汽車構(gòu)造》課程的教學(xué)現(xiàn)狀如下：（1）課時(shí)少，內(nèi)容多。《汽車構(gòu)造》課程最大的特點(diǎn)就是內(nèi)容廣泛、信息量大，同時(shí)還涉及了國(guó)內(nèi)外汽車上的一些新工藝、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。（2）教學(xué)效果差，教學(xué)效率低。在汽車結(jié)構(gòu)中有許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，由于教學(xué)資源缺乏，很難直觀地體現(xiàn)汽車零部件的構(gòu)造、外形、裝配和運(yùn)動(dòng)方式。（3）理實(shí)難以融合，實(shí)踐教學(xué)效果不明顯?！镀嚇?gòu)造》課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)由于受場(chǎng)地、師資、時(shí)間、環(huán)境、設(shè)備等限制，大部分學(xué)生處于盲目拆裝，很難與課堂內(nèi)容聯(lián)系在一起，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果不明顯，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生掌握分析汽車各個(gè)總成、零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理基本方法的目的。

綜上所述，在《汽車構(gòu)造》教學(xué)中，為提供大量實(shí)踐性和操作性的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)情境，幫助學(xué)生克服空間想象的障礙，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)，建立適用于應(yīng)用型本科高校的《汽車構(gòu)造》課程虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，以培養(yǎng)出面向工作環(huán)境實(shí)操能力和適應(yīng)能力較強(qiáng)的技術(shù)技能應(yīng)用型人才。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為：總體方案設(shè)計(jì)、三維交互模型制作、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試等四個(gè)階段。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足及技能實(shí)踐方式受場(chǎng)地、時(shí)間、環(huán)境、師資、設(shè)備等限制，且有些汽車總成比較笨重的缺陷，本仿真教學(xué)系統(tǒng)以普通計(jì)算機(jī)為操作平臺(tái)，以虛擬現(xiàn)實(shí)為技術(shù)核心，針對(duì)大眾1.8T帕薩特轎車實(shí)現(xiàn)每個(gè)零部件三維交互顯示，即可通過鼠標(biāo)操作仿真零部件進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等，也可實(shí)現(xiàn)帕薩特轎車重要總成的裝配、拆解過程；學(xué)生通過觀看動(dòng)畫演示了解汽車零部件的結(jié)構(gòu)、組成、形態(tài)和工作原理，了解汽車總成的裝配與拆解作業(yè)的方法、步驟，即該仿真教學(xué)系統(tǒng)能真實(shí)地反應(yīng)汽車零部件的結(jié)構(gòu)、組成、形態(tài)、工作原理以及裝配過程。因此，以“Pro/E建模-3ds Max渲染-Cult 3D交互-VC++系統(tǒng)集成”作為該仿真教學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2 三維交互模型制作

該虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)三維交互模型制作首先是利用游標(biāo)卡尺等工具測(cè)繪大眾1.8T帕薩特轎車所有零部件，運(yùn)用Pro/E按實(shí)際零部件大小、形狀、結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并通過3ds MAX對(duì)模型進(jìn)行了修改、渲染、貼圖、分解、組合、切割等處理，再利用人機(jī)交互軟件Cult3D對(duì)所有零部件進(jìn)行交互處理并顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)基本思想，可將軟件系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)，即帕薩特轎車仿真訓(xùn)練子系統(tǒng)、三維交互模型和拆裝模型庫(kù)、電子圖冊(cè)、維護(hù)保養(yǎng)，仿真教學(xué)系統(tǒng)組成如圖2所示。

3.2 軟件功能設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車構(gòu)造課程教學(xué)要求，帕薩特轎車仿真訓(xùn)練子系統(tǒng)又分為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和汽車電氣三個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括以下3個(gè)主要功能：汽車零件庫(kù)的調(diào)用與三維交互顯示即根據(jù)教學(xué)需要，可以調(diào)用全車仿真零部件，可以對(duì)任意一個(gè)零部件進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等三維交互顯示；這是本系統(tǒng)的重要功能之一；工作原理演示即通過三維仿真動(dòng)畫和平面動(dòng)畫相結(jié)合，對(duì)一些重要總成及零部件的工作原理進(jìn)行演示；拆裝訓(xùn)練模型庫(kù)的調(diào)用與仿真即調(diào)用全車拆裝訓(xùn)練仿真模型庫(kù)，對(duì)帕薩特轎車的重要總成進(jìn)行虛擬拆裝模擬訓(xùn)練，這也是本系統(tǒng)的重要功能之一。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試方法采用黑盒調(diào)試方法，使用手工調(diào)試該系統(tǒng)軟件進(jìn)行調(diào)試。結(jié)合被調(diào)試軟件的自身特點(diǎn)，調(diào)試內(nèi)容包括不同Windows平臺(tái)調(diào)試、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)調(diào)試、安裝性調(diào)試、人機(jī)交互界面調(diào)試和邊界調(diào)試等。此系統(tǒng)集成后分別在Windows XP、Windows 7和Windows 2003等操縱系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試，先后出現(xiàn)該系統(tǒng)的一些三維仿真模型在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)出現(xiàn)丟失，不能顯示，有一些AVI格式視頻文件不能播放，復(fù)雜三維交互模型加載時(shí)間較長(zhǎng)等問題，需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)試。通過軟件調(diào)試實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)零件庫(kù)的調(diào)用與三維交互顯示、拆裝訓(xùn)練模型庫(kù)的調(diào)用與仿真、零部件工作原理演示、維護(hù)保養(yǎng)以及新型汽油車電子圖冊(cè)的翻閱等功能。

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，此教學(xué)系統(tǒng)還可結(jié)合新技術(shù)、新工藝和新結(jié)構(gòu)不斷更新，為汽車構(gòu)造課程現(xiàn)代化教學(xué)提供有力的資源，同時(shí)通過該系統(tǒng)提供實(shí)踐性教學(xué)化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)、抽象為具體、復(fù)雜為簡(jiǎn)單，使學(xué)生真正掌握課程知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)出社會(huì)需要的高層次應(yīng)用技能型人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 董毅.構(gòu)建應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的探索[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（2）：57-61.

[2] 張為春.《汽車構(gòu)造》課程教學(xué)改革[J].科技信息， 2010（29）：601.