孫秀春

摘 要：虛擬現(xiàn)實焊接設備是利用電腦技術模擬產生一個虛擬的三維世界，它能夠提供給使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者仿佛身臨其境，能夠及時、不加限制地觀察三維空間的事物。采用VR技術進行教學能有效促進學生對知識的理解，激發(fā)學生對知識學習的興趣，進入虛擬的實訓環(huán)境中，可以在不損壞設備和耗材的情況下，提前熟悉實訓操作要領，為真實操作做好準備。本文以虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證中的應用情況進行分析和研究，希望通過這樣的分析和研究助力職業(yè)技術人才的培養(yǎng)。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實焊接設備 技能培訓 人才培養(yǎng)

Analysis of the Application of Virtual Reality Welding Equipment in the Training of Welder Skills

Sun Xiuchun

Abstract：Virtual reality welding equipment is the use of computer technology to simulate a virtual three-dimensional world， which can provide users with simulations of vision， hearing， touch and other senses， making the user feel as if they are on the scene， and observe things in three-dimensional space. Teaching using VR technology can effectively promote students understanding of knowledge， stimulate students interest in knowledge learning. And by entering a virtual training environment， one can familiarize oneself with the essentials of training operations in advance without damaging equipment and consumables， preparing for operation. This article analyzes and researches the application of virtual reality welding equipment in the test of welders' skills， and hopes to help the cultivation of professional technical personnel through such analysis and research.

Key words：virtual reality welding equipment， skill training， talent training

1 電焊工技能培訓研究背景

隨著中國產業(yè)結構的調整和制造業(yè)的技術發(fā)展，以及國際貿易的對接，對焊接人員的技術技能水平和職業(yè)素養(yǎng)要求更高了，在船舶、軌道交通、鍋爐及承壓容器、建筑鋼結構、管道、電站設備、工程設備、軍用裝備等領域表現(xiàn)尤為明顯。在電焊工技能考證培訓中，由于時間緊，受培訓者能力水平參差不齊，為保證培訓效果和提高培訓效率，大部分培訓部門對教學方法進行優(yōu)化，合理應用現(xiàn)代信息和數(shù)字技術，將理論與實踐相結合，將虛擬與現(xiàn)實相結合，進行培訓。虛擬現(xiàn)實焊接設備是將虛擬現(xiàn)實、計算機圖形學以及視景仿真等技術結合在一起，用于焊接技能訓練的新型設備。虛擬現(xiàn)實焊接設備致力于在保證全面培訓和發(fā)展焊工的各項焊接操作技能的同時，縮短培訓時間，降低培訓費用、耗材及能源。利用該設備進行培訓可以節(jié)約培訓成本，縮短培訓時間，消除傳統(tǒng)培訓對焊工的身體健康危害，同時還能起到綠色環(huán)保的作用。虛擬現(xiàn)實焊接設備經實際運行測試，系統(tǒng)可以真實的反映操作者的各種焊接操作水平，并且運行穩(wěn)定，模擬場景逼真。

電焊工作為焊接生產的主要執(zhí)行者，他們的操作水平和熟練程度將直接影響到焊接質量和焊接結構的安全性和可靠性，甚至可以說電焊工的職業(yè)素養(yǎng)和技能在一定程度上決定著焊接技術的發(fā)展，尤其是面對日益復雜的焊接環(huán)境和層出不窮的新型材料，如何培養(yǎng)出符合現(xiàn)代工業(yè)要求的焊接技術人員已經成為焊接培訓部門在當前的新課題。

2 電焊工技能培訓當前存在的問題和改進

焊接培訓作為焊接人才的培養(yǎng)手段，目前大部分企業(yè)依然是采用傳統(tǒng)的培訓方法，這種師傅帶徒弟的方法，造成材料和能源消耗大，危險系數(shù)高，環(huán)境污染嚴重，傷身體，培訓費用高，知識更新慢，在一定程度上已不能適應新型焊接技術的發(fā)展速度;對于從來沒有接觸過焊接，對焊接缺乏基本認識，又沒有一點安全意識的新人，會存在較大的安全性問題，不敢讓他直接操作，需要先觀察和領悟，達到一定程度后才允許進行實際焊接。目前焊接技能培訓的受訓者能力和崗位都不一樣，培訓前的摸底對于培訓老師有一定的難度，況且比較耗時，需要較大的人力和物力。實操焊接培訓不便于邊操作邊講解，因為弧光、噪聲、煙塵較大，受訓學員較多的話，場地和人員監(jiān)控要求較高，各方面的投入較大。應用高效、低成本、綠色環(huán)保、安全且具有良好技術更新性能的焊接培訓設備，對于提高焊接培訓質量和焊接操作者的素質，促進焊接技術的信息化和機械化，以及提高電焊工培訓的積極性和自信心，都具有著重要的意義。

虛擬現(xiàn)實焊接設備能夠提供電焊工的所有培訓功能，況且在虛擬現(xiàn)實焊接設備上進行焊接操作練習過程中，無須消耗任何焊接材料，可以看到實時的焊接場景，聽到焊接聲音，看到焊接火花和煙塵，一切都比較逼真。虛擬現(xiàn)實焊接設備為電焊工培訓人員提供盡可能真實的焊接感受，從而為其進一步提升焊接技能打下良好的基礎。此外虛擬現(xiàn)實焊接設備有配套的焊接評價軟件和系統(tǒng)可以方便用戶了解操作規(guī)范以及自己的不足，學習系統(tǒng)和考試系統(tǒng)方便用戶隨時對焊接理論知識進行查詢和測試，該系統(tǒng)目前可以完成對學員各種焊接的訓練。學員采用虛擬現(xiàn)實焊接設備訓練，既學到了正確的焊接理論知識和實際操作要領，也激發(fā)了學習的積極性。將焊工評定、學習輔助功能集成在培訓系統(tǒng)中，通過生動的畫面將焊接標準同焊工實際施焊動作進行對比并打分，既可以讓電焊工看到自己的缺點和差距，又可以讓他們看到自己應該努力的方向和目標。在焊接培訓過程中，電焊工根據(jù)看到的熔池和焊縫來調整焊接操作。因此虛擬現(xiàn)實焊接設備場景中熔池焊縫的模擬越接近真實越有利于焊工的培訓。

3 虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證培訓的應用

3.1 電焊工技能考證培訓中應用虛擬現(xiàn)實焊接設備的必要性

（1）隨著焊接技術的革新，新設備、新工藝、新材料的研發(fā)和大量使用，要求電焊工必須通過不斷學習，提高自身的理論知識和技術技能水平。（2）虛擬現(xiàn)實焊接設備為電焊工的培訓提供了一個強有力的集現(xiàn)代化、數(shù)字化、信息化的培訓工具，是迅速提高電焊工技能水平的有效方法，是電焊工培訓的一個新途徑。（3）電焊工培訓的科學化、規(guī)范化、標準化、數(shù)字化、信息化的客觀要求。目前，焊接培訓中實踐指導教師一般都是來自基層的電焊工，沒有經過正規(guī)系統(tǒng)的專業(yè)理論和技能培訓，更談不上懂得教育理論和采用科學化、規(guī)范化、標準化、數(shù)字化、信息化的教學方法了。

3.2 虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證培訓教學中應用的可行性

電焊工技能考證培訓技術含量很高、涉及的理論知識及實際操作技術比較復雜，應用虛擬現(xiàn)實焊接設備就可以解決這些問題，還可以給我們帶來較大的便利。虛擬現(xiàn)實焊接設備提供足夠豐富的虛擬場景和虛擬資源來滿足學員開放式學習的要求，同時也是對傳統(tǒng)焊接教學模式的一種補充?；谔摂M現(xiàn)實技術模擬不同焊接種類的方式再現(xiàn)真實的焊接工藝，讓學員體驗到真實的焊接過程，避免實際操作中可能出現(xiàn)的安全問題、環(huán)境污染問題、能量和材料浪費問題等，提高學員對知識的理解、加深對知識的記憶，實時監(jiān)測學員并修正學員的操作問題，提高學習效率，降低實踐成本，使教學質量高于傳統(tǒng)教學模式的教學質量。

通過VR技術把焊接難懂的實踐知識更加直觀化、可視化，同時學員通過VR虛擬焊接設備不但可以更加真實的感受到整個焊接過程，還可以體驗多種焊接工藝。利用虛擬現(xiàn)實技術豐富焊接實踐教學內容，將理論知識難點教學、實踐等技能訓練相互結合起來。另外，虛擬現(xiàn)實焊接設備可以將焊接檢驗用虛擬現(xiàn)實技術再現(xiàn)，解決了焊接檢驗過程中難懂的知識以及由于X射線檢測帶來的安全隱患，導致X射線檢測沒辦法開展問題。虛擬現(xiàn)實焊接設備高度逼真、綠色、安全、零風險的實訓環(huán)境為師生帶來全新的沉浸式教學和學習體驗，從而最大化地激發(fā)學生、教師積極性和創(chuàng)造熱情，豐富教學內容，節(jié)約教學資源等。學生可以真實感受到焊接過程，焊接溫度場和應力場變化，以及在焊接實踐過程中無法觀察到的現(xiàn)象可通過虛擬技術手段再現(xiàn)。對于加深理論知識有很大的幫助，同時極大提高學員實踐的積極性，實現(xiàn)科研與教學相結合、優(yōu)化實踐教學的內容，提升實踐教學效果，促進焊接人才培養(yǎng)，教學改革創(chuàng)新，提升教學效率與實踐效果。

3.3 虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證培訓的應用

進行電焊工技能考證培訓項目應是能系統(tǒng)全面覆蓋各級別層次等級，以便學員考取他所需考取的等級，所以虛擬現(xiàn)實焊接設備應能涵蓋電焊工技能考證大綱所要求的理論與實際操作兩部分內容。具體應用如下：

3.3.1 虛擬現(xiàn)實焊接設備能系統(tǒng)地總結理論，方便學員進行學習并能進行模擬考試

虛擬現(xiàn)實焊接設備對電焊工所需理論知識進行了總結描述，將單調、枯燥的理論知識放在設計精美的界面中，同時配合講解，放入到虛擬現(xiàn)實焊接設備中，使理論知識的學習變得輕松、簡單，還可以進行模擬考試。

3.3.2 虛擬現(xiàn)實焊接設備能觀看實際操作部分的演示視頻，并能進行虛擬焊接和考核評價

將實際操作部分的演示以微課等形式進行分步處理，導入到虛擬現(xiàn)實焊接設備，并對演示過程提供播放、暫停、停止功能，有利于學員進行自主學習;可通過畫中畫技術展示在焊接過程中焊條的運條方式及焊條傾角變化，使焊工能盡快掌握技術要點，做到操作規(guī)范化;可通過窗口技術的運用，在實際操作的演示中設提示功能，更為詳盡地對實際操作技術進行描述，使學員通過多次重復學習掌握技術要領;可用動畫展示實際焊接過程中熔滴送進熔池的位置，使學員通過反復觀察、比較，增加對榕滴熔化過程的感性認識，從而促進其對實際操作技能培訓要點的盡快理解與掌握;制作各種典型焊接缺陷的視頻文件、圖片，使學員能直觀、形象地認識焊接缺陷產生的機理、危害及克服方法，從而減少和防止焊接缺陷的產生;詳細地對焊接過程中應注意的安全問題進行直觀演示，增加學員感性認識，引起學員對安全的重視，防患于未然。還應滿足學員在虛擬現(xiàn)實焊接設備進行模擬焊接和考核評價，以便學員盡快找到自己的不足，在實際操作中快速上手，達到考核要求。

3.4 虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證培訓應用研究總結

通過虛擬現(xiàn)實焊接設備在電焊工技能考證培訓中的應用分析和實地調研發(fā)現(xiàn)，確實起到了較好的效果，提升了培訓質量和效率，節(jié)約了成本，降低了風險，減少了環(huán)境污染。但在前期投資比較大，適用于大型電焊工技能考證培訓機構采購使用，只有培訓的人員多，平攤下來的成本才會低，所以有一定的局限性。虛擬現(xiàn)實焊接設備還有較大的優(yōu)化空間，如畫面優(yōu)化，使在模擬焊接時操作者更輕松一點，眼睛沒那么累;頭戴式面罩做輕一點，更適合人體面部結構，這樣人帶著就更舒適;設備價格降低，培訓機構更愿意買。

項目基金來源：湖南省教育廳科學研究項目：基于虛擬現(xiàn)實技術的汽車焊接實訓教學模式研究，課題編號18C1351、湖南國防工業(yè)職業(yè)技術學院院級課題：《汽車鈑金與涂裝技術》理實一體化課程信息化教學資源庫建設。課題編號2019YJYBKT09）。

參考文獻：

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