沈亮遠

摘要：大型機電綜合設備集機、液、氣、電于一體，實現(xiàn)了一體化計算機工業(yè)總線自動控制，內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作使用較為復雜，技能要求高，本文針對大型設備進課堂、內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作技能等教學中存在的難題，綜合虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、機電一體化模擬技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探討構(gòu)建大型設備虛實融合教學環(huán)境，為技能型人才培養(yǎng)提供條件支撐。

關(guān)鍵詞：職業(yè)技術(shù)教育;大型設備教學;虛實融合;教學環(huán)境

引言

職業(yè)技術(shù)教育是以專業(yè)崗位職業(yè)能力培養(yǎng)為目標，注重學員實踐技能的培養(yǎng)，隨著各種新技術(shù)、新設備的快速發(fā)展，新的技能崗位對學員實踐技能的要求越來越高的要求，特別是大型機電綜合設備集機、液、氣、電于一體，實現(xiàn)了一體化計算機工業(yè)總線自動控制，內(nèi)部構(gòu)造、系統(tǒng)原理、操作使用較為復雜，技能要求高。而想要學員盡快的適應崗位，培養(yǎng)實際崗位能力，離不開崗位實際環(huán)境。而對于大型設備的教學一是體型大，難以進入課堂，二是不能隨意拆解，不能實裝展示內(nèi)部構(gòu)造，三是系統(tǒng)原理錯綜復雜，難以梳理來龍去脈，四是操作步驟繁雜、培訓人員多、不能頻繁操作，對于其崗位能力培養(yǎng)提出了很大難度。為此，努力構(gòu)建逼真的工作環(huán)境，作為教學環(huán)境，將大型裝備“搬”進課堂。隨著仿真技術(shù)的提升，各種模擬設備、仿真設備、虛擬場景應運而生，構(gòu)建虛實融合的教學環(huán)境，必將成為支撐大型設備教學的主渠道。

一、將內(nèi)部的復雜構(gòu)造通過虛實融合直觀呈現(xiàn)出來

內(nèi)部的復雜構(gòu)造一般采用制作縮比模型，實物展示內(nèi)部構(gòu)造，如內(nèi)不復雜，按照之際尺寸比例加工制作，成本較高，往往為降低成本，而簡化構(gòu)造，從而造成失真，形成錯誤的引導形成錯誤的教學。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，采用結(jié)構(gòu)建模，3D打印出來，能夠真實展現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是3D打印技術(shù)的限制，打印尺寸受限，特別是具有復雜機構(gòu)傳動運動的構(gòu)造，受到很大限制，成本顯著上升，再者某些機構(gòu)需要在完整組件狀態(tài)才能運行，這樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然看不到。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在計算機圖形學等原理的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，由計算機實時生成三維空間，構(gòu)建逼真的三維模型，用戶可以通過一些設備與現(xiàn)實的人機交互，完成再虛擬環(huán)境下“鉆進”設備內(nèi)部認知內(nèi)部構(gòu)造、“拆裝”設備認知組成結(jié)構(gòu)、“運行”機構(gòu)認知各構(gòu)造之間的連接傳動關(guān)系等任務，身臨其中獲得實感體驗，真正認知復雜內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu)原理。

二、將抽象的系統(tǒng)原理通過虛實融合仿真演示出來

大型機電綜合設備集機、液、氣、電于一體，實現(xiàn)了一體化計算機工業(yè)總線自動控制，系統(tǒng)原理錯綜復雜，學習起來非常抽象，是設備教學的一大難點。為了將抽象的系統(tǒng)原理形象演示出來，目前通常采用多媒體動畫演示的方法手段，但由于多媒體動畫軟件的限制，為便于學習一般采用系統(tǒng)原理圖上作動態(tài)演示，由于原理圖與實裝上的控制管路線路大相徑庭，這樣往往會造成學懂了原理到實際設備面前無所適從，甚至哪個器件在哪個位置都找不到，當然有的在設備內(nèi)部也看不到，更不用說在實際設備上理清來龍去脈了。

充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合，在多媒體技術(shù)演示的基礎(chǔ)上，充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將機構(gòu)、液路、氣路、電路在虛擬的環(huán)境中按設備的實際布局展開來，能夠真實展示實際控制鏈路走向。利用仿真技術(shù)將系統(tǒng)原理中的參數(shù)力、壓力、流量、電壓、電流等數(shù)據(jù)仿真出來，不但能形象展示系統(tǒng)原理走向，而且能仿真參數(shù)數(shù)據(jù)，讓原理真起來。

三、將繁雜的操作運行通過虛實融合交互模擬出來

大型設備操作步驟繁雜、培訓人員多、不能頻繁操作，對于其崗位能力培養(yǎng)提出了很大難度。充分融合機電一體化技術(shù)、增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建虛實融合模擬交互的綜合實訓平臺。機電一體化技術(shù)綜合了計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服控制技術(shù)，一方面對真實設備的模擬，對受訓者實操體驗性強，另一方面通過針對性的設計，強調(diào)了教學實訓功能，完成模擬操作、原理展示、考核評估等功能。能夠?qū)崿F(xiàn)模擬多練，減少裝備損耗，然而模擬設備畢竟是模擬，與實裝的真實使用情景相差較大，通常完成基本技能的訓練。而面臨現(xiàn)實使用環(huán)境不同出現(xiàn)的問題，學員也將無法正確處置。比如天氣環(huán)境、潮濕、溫度、噪聲、工作時長、人為干擾、設備器件故障性能等，因此充分利用增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，仿真逼真的經(jīng)常遇到的現(xiàn)實使用情景。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種物品互動，產(chǎn)生信息流，解決跨時空的問題，綜合各種信息營造更真實的使用情景。增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了現(xiàn)實感知的技術(shù)，將虛擬設備、場景、各信息疊加，增強實感，再采用虛實融合技術(shù)，綜合人的動作傳感信息、環(huán)境探測信息以及現(xiàn)實特情境數(shù)據(jù)庫信息以及仿真原理數(shù)據(jù)、機電一體化模擬設備信息等在虛擬環(huán)境中綜合構(gòu)建，形成逼真的實際使用情景，讓受訓者以實際工作崗位的工作環(huán)境，虛擬深練，完成操作互動，理論實踐結(jié)合、故障排除、特情處置等活動，最后形成實際的崗位能力。

參考文獻：

[1] 虛實環(huán)境下的實訓教學研究[M]，朱孝平、朱希涯著，杭州：華中科技大學出版社，2020.7

[2] 高職院校虛實結(jié)合的實訓教學模式研究[J]，蔡東林著，教育與職業(yè)，2014.7

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