彭紅蓮，趙礦軍

（1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程學(xué)院；2.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，福建 漳州363000）

隨著我國制造業(yè)技術(shù)以及實踐水平的不斷提高，我國的模具行業(yè)也逐漸得到了充分的發(fā)展，這就使得模具制造開發(fā)成為衡量我國制造水平高低的一個關(guān)鍵標志，并且相關(guān)技術(shù)也會對產(chǎn)品的質(zhì)量、狀態(tài)以及壽命產(chǎn)生極大的影響，一定程度上有利于提升相關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新開發(fā)能力［1］．在模具的生產(chǎn)制造過程中，實訓(xùn)拆裝教學(xué)是最為重要的一個環(huán)節(jié)，它會模擬出真實的拆裝環(huán)境，并且?guī)椭鷮W(xué)生更好地將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐操作，使其進一步了解整個模具制造的過程，對于模具生產(chǎn)的質(zhì)量和效率也是一種提升［2］．傳統(tǒng)的模具拆裝教學(xué)實訓(xùn)通常是在課上完成的，雖然可以與理論知識建立一定的關(guān)聯(lián)性，但是由于實訓(xùn)設(shè)備、實驗耗材以及教學(xué)團隊的影響，學(xué)生的實踐能力沒有充分地發(fā)揮出來另外，傳統(tǒng)的模具拆裝教學(xué)實訓(xùn)室的構(gòu)建一定程度上也會受到經(jīng)費的局限，無法購買一些較為先進的設(shè)備，實訓(xùn)內(nèi)容也因此無法得到及時更新，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以保障．

Virtools實質(zhì)上是一種具有整合性的處理軟件，通常被應(yīng)用于2D、3D等行業(yè)的模型和圖形的制作上，取得了較好的實際應(yīng)用效果．除此之外，Virtools也是一套擁有著極為豐富互動行為的虛擬環(huán)境模擬編輯器，它可以在較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下，依據(jù)真實的數(shù)據(jù)信息，編織成虛擬的實踐環(huán)境，更好地幫助使用者完成產(chǎn)品的制造與修改．所以，Virtools技術(shù)也時常被應(yīng)用于網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)及多媒體、計算機游戲、建筑設(shè)計、交互式電視、教育訓(xùn)練以及仿真產(chǎn)品的展示等［3］．基于Virtools的模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的研究與開發(fā)，在Virtools技術(shù)的真實輔助下，可以建立更加真實、完整、全面的教學(xué)實訓(xùn)室，另外，模具拆裝實踐的相關(guān)功能也會得到一定的創(chuàng)新與調(diào)整．真實的教學(xué)模擬也可以使得學(xué)生更加快速、精準地掌握實踐的技巧，更容易將理論知識與實踐操作相結(jié)合，進而提升自身的綜合實踐能力．對于學(xué)校來說，擴大教學(xué)的范圍，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，大幅度提高教學(xué)質(zhì)量和效率，進一步實現(xiàn)模具拆裝實訓(xùn)的虛擬化和數(shù)字化．

1 模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的設(shè)計思路分析

在進行模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的設(shè)計之前，需要制定相關(guān)的設(shè)計思路，并形成有效的建設(shè)方案．模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室主要包括以下幾個區(qū)域，分別為拆裝零件管理、裝配結(jié)構(gòu)以及功能模塊等部分．首先是拆裝零件管理，通常情況下，學(xué)生在進行模具的拆裝訓(xùn)練時，會留下大量的分擔零件，如果系統(tǒng)不進行處理，時間久了，很容易造成實訓(xùn)室的運行的困難，造成安全隱患，另外，還會間接影響虛擬實訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建．所以，對于這部分，需要依據(jù)零件的種類，做出相對應(yīng)的分類與整合；其次是裝配結(jié)構(gòu)的建立，實訓(xùn)室需要制定統(tǒng)一的裝配結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)必須具備高效、快速等優(yōu)勢特征，同時較為簡化，便于學(xué)生更快地上手操作，提升其綜合實踐水平；最后是功能模塊區(qū)域，這部分是模具拆裝虛擬實訓(xùn)室的關(guān)鍵組成部分，主要分為4個模塊，如圖1所示．

圖1 模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖1，進行以下實訓(xùn)室建設(shè)思路分析．其一是模具知識模塊，這部分主要是對于模具拆裝的一些理論知識進行總結(jié)，并且對實訓(xùn)室的設(shè)計要點做出記錄，幫助學(xué)生深化實訓(xùn)操作的細節(jié)，同時對于遺忘的知識也是一種補充［4］；其二是模具的結(jié)構(gòu)模塊，這部分模塊是對多種澆注結(jié)構(gòu)、成形零件以及側(cè)向分型等操作方法進行管控處理的一種典型的結(jié)構(gòu)；其三是對模具仿真模塊的設(shè)計，仿真模塊主要是對模具制造過程中所涉及的開模、熔煉、注塑、冷卻、頂出脫模等進行仿真測試，以此來驗證實訓(xùn)室相對應(yīng)的性能效果和應(yīng)用價值；最后，是實訓(xùn)室中模具的拆裝模塊，這部分以上三部分具有一定的關(guān)聯(lián)性，需要一一展示各部分零件的名稱、性能以及使用方式，配合效果相對較強，是對拆裝作出管控的區(qū)域．

2 Virtools技術(shù)下模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的開發(fā)

2.1 模具拆裝虛擬實訓(xùn)場景編輯

在進行實訓(xùn)室的研究與開發(fā)之前，需要進行基礎(chǔ)性的虛擬模具拆裝教學(xué)場景的設(shè)計與編輯．通常情況下，實訓(xùn)教學(xué)場景編輯需要考慮三維虛擬實驗室是否具有一定的真實性和可操作性，這主要是因為本身在進行模具拆裝的實訓(xùn)過程中，就需要通過較為真實的訓(xùn)練場景來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時幫助其更好地掌握實操技術(shù)，使學(xué)生將理論知識與實踐知識更為緊密地聯(lián)系在一起，更容易形成系統(tǒng)性和全面性的知識結(jié)構(gòu)［5］．虛擬實訓(xùn)場景的編輯還需要計算場景的切換反轉(zhuǎn)比值，具體公式如下：

其中，G為切換反轉(zhuǎn)比值，f為映射指標，β為仿真結(jié)構(gòu)標準比值．將實際的切換反轉(zhuǎn)比值作為場景編輯的切換標準，在合理的范圍之內(nèi)建立相對應(yīng)的置換范圍，使使用者更加清晰、全面地掌握操作流程．完成之后，依據(jù)反轉(zhuǎn)標準，設(shè)置場景的交互指標參數(shù)值，如表1所示．

表1 場景編輯交互指標參數(shù)標準表

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，進行場景編輯的交互指標參數(shù)標準的設(shè)置.完成之后，將學(xué)校日常教學(xué)的模具拆裝規(guī)則以及固定結(jié)構(gòu)在相對應(yīng)的場景中進行設(shè)定，并依據(jù)計算出來的切換反轉(zhuǎn)比值安排對應(yīng)的場景切換，以此來完成模具拆裝虛擬實訓(xùn)場景編輯．

2.2 數(shù)據(jù)庫以及交互腳本設(shè)計

在完成模具拆裝虛擬實訓(xùn)場景的編輯之后，需要進行相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫以及交互腳本的設(shè)計．對于數(shù)據(jù)庫，在拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)的過程中，數(shù)據(jù)庫實際上是較為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，主要是對實訓(xùn)的數(shù)據(jù)信息以及相關(guān)的運行操作結(jié)構(gòu)進行管控和處理的，在教學(xué)的過程中，學(xué)生可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫的提示，進行模具的拆裝與裝配，不僅如此，學(xué)生在面對較為復(fù)雜的問題時，數(shù)據(jù)庫還可以適當給予一定的引導(dǎo)，幫助學(xué)生更加快速地掌握相關(guān)的拆卸技巧，完成從理論知識到實踐操作的過渡.將日常的模具結(jié)構(gòu)、相關(guān)數(shù)據(jù)以及規(guī)則等錄入到實訓(xùn)室之中，在管控區(qū)域形成一個較為完整拆裝建模，編寫相對應(yīng)的操作指令，并添加在數(shù)據(jù)庫之中完成建設(shè)［6］．在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)進行交互腳本的設(shè)計，利用Virtools軟件中的BuildingBlocks功能建立對應(yīng)的交互模塊，并在場景編輯中實現(xiàn)交互功能．腳本采用流程圖的方式編寫，相對較為簡單，快捷，結(jié)構(gòu)清晰．腳本的格式設(shè)置如表2所示．

表2 腳本格式設(shè)置表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，進行腳本格式的轉(zhuǎn)換設(shè)置．添加三維實操模式，并將其與腳本格式相互融合，形成符合數(shù)據(jù)庫運行的新的腳本．

2.3 Virtools中Boolean運算構(gòu)建實訓(xùn)室模型

在完成數(shù)據(jù)庫以及交互腳本的設(shè)計之后，利用Virtools技術(shù)中Boolean運算矩陣來構(gòu)建相對應(yīng)的實訓(xùn)室模型．模型的開發(fā)主要包括以下幾個階段，分別為建模、交互制作以及發(fā)布．其實，Virtools本身是不具有三維建模功能的，但是由于最近幾年三維技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，使其允許外來插件的結(jié)合，這也就進一步提升了Virtools自身的性能．將日常的拆裝教學(xué)數(shù)據(jù)匯總整合，添加在Virtools軟件之中，采用3dsmax建模技術(shù)，將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入Virtools中完成交互式拆裝的基礎(chǔ)建模結(jié)構(gòu)創(chuàng)建．初期所建立的實訓(xùn)室模型僅僅是一個簡化的模型，如果要進行高層級的應(yīng)用，需要添加實測數(shù)據(jù)，利用Boolean運算建立限位矩陣核心值，具體公式如下：

其中：M表示限位矩陣核心值，A表示限位距離，w表示誤差距離．通過以上計算，最終可以得出實際的限位矩陣核心值，將其作為實訓(xùn)室的極限值．在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建限位矩陣，計算公式如下：

其中：I、O、T表示限位函數(shù)，r表示沖壓比值，e表示慣性函數(shù)，?表示交互控制百分比．通過以上計算，最終可以得出實際的限位函數(shù)．將數(shù)值作為流動標準，設(shè)定在建模之中，利用交互技術(shù)進行圖形化的編程，使用模塊化的編程語言建立控制程序，完成虛擬實訓(xùn)室模型的建立［7］．

2.4 GetCell圖化實訓(xùn)單元實現(xiàn)虛擬實訓(xùn)室的開發(fā)

在完成Virtools中Boolean運算構(gòu)建實訓(xùn)室模型之后，需要利用GetCell圖化實訓(xùn)單元技術(shù)實現(xiàn)虛擬實訓(xùn)室的開發(fā)．在建模之中創(chuàng)建虛擬實訓(xùn)模塊結(jié)構(gòu)，并通過文字和圖片的形式來深化拆裝教學(xué)的內(nèi)容．在合理的范圍之內(nèi)，通過操作來限制教學(xué)頁面的大小，但是在實際的教學(xué)過程中，模具的拆裝界面通常不能一次性呈現(xiàn)，需要翻頁來進行切換，可以利用GetCell圖化技術(shù)將展示的頁面分割成相同大小的單元格，通過特殊的指令將單元格以此劃分、重組，在有限的界面之中，形成用戶需要的拆裝內(nèi)容，并以圖片或者視頻的模式展現(xiàn)出來［8］．計算二維幀綜合系數(shù)，計算公式如下：

其中：K表示二維幀綜合系數(shù)，c表示限制幀數(shù)百分比，δ表示誤差實測比．通過以上計算最終可以得出實際的二維幀綜合系數(shù)并進行虛擬實訓(xùn)室運行幀數(shù)陣列的設(shè)置，如表3所示．

表3 虛擬實訓(xùn)室運行幀數(shù)陣列設(shè)置表

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)信息，進行幀數(shù)陣列的設(shè)置，完成之后，構(gòu)建單元綜合結(jié)構(gòu)，最終完成虛擬實訓(xùn)室的開發(fā)．

3 實例分析

3.1 模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室應(yīng)用現(xiàn)狀簡述

我國的模具制造行業(yè)一直都處于較為領(lǐng)先的水平，這也使得我國的模具應(yīng)用現(xiàn)狀在不斷發(fā)展．模具拆裝教育虛擬實訓(xùn)室主要訓(xùn)練學(xué)生的模具實操技術(shù)，提升其綜合操作水平．但是，最終幾年，我國的實訓(xùn)室建設(shè)指標卻一直處于較低的水平，日常的訓(xùn)練效果也受到了一定的局限，造成這種現(xiàn)狀的主要原因是部分學(xué)校對于實訓(xùn)的重視程度有所下降，所以相應(yīng)地投入到建設(shè)實訓(xùn)室的經(jīng)費也就有所減少，這就導(dǎo)致實訓(xùn)設(shè)備無法實時更新至最先進的種類，同時也缺乏較為專業(yè)的教師團隊對學(xué)生進行系統(tǒng)化、全面化、科學(xué)化的訓(xùn)練指導(dǎo)［9］．不僅如此，在虛擬實訓(xùn)室建設(shè)的過程中，部分學(xué)校會依照其他學(xué)校的結(jié)構(gòu)以及模式建設(shè)，不依據(jù)本校學(xué)生的實際學(xué)習(xí)進度進行建立，這在一定程度上也會影響最終的教學(xué)效果，很容易造成學(xué)生理論與實踐技術(shù)的脫節(jié)．

3.2 進行模具拆裝實訓(xùn)室應(yīng)用分析

根據(jù)以上現(xiàn)狀簡述，進行Virtools模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的應(yīng)用研究分析．選取一項模具拆裝教學(xué)課程作為實例分析的研究對象，分別在不同的虛擬序列指標中進行測試分析，共分為5組，每一組都需要進行獨立的測試，并得出相對應(yīng)的測試分析結(jié)果．首先，對當前的模具拆裝虛擬實訓(xùn)室的功能菜單進行演示，通過設(shè)置以及相關(guān)的指令做出平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、隱藏、調(diào)節(jié)透明度、查看知識和部件等實際操作．計算拆裝虛擬比例值，計算公式如下：

其中：表示拆裝虛擬比例值，d表示標準演示百分比，γ表示仿真計劃值．通過以上計算，最終可以得出實際的拆裝虛擬比例值．依據(jù)比例進行三維虛擬裝配演示以及學(xué)生自主的拆裝實驗，查看拆裝演示模式，并建立相對應(yīng)的實訓(xùn)室序列，進行仿真裝配和拆卸的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建．具體結(jié)構(gòu)如圖2所示．

圖2 仿真裝配和拆卸的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建示意圖

根據(jù)圖2中的結(jié)構(gòu)，進行實訓(xùn)室拆裝結(jié)構(gòu)的建立，按照自主實驗?zāi)Ｊ?，進行裝配序列散開的零件的整合，將選中的零件相互裝配起來，完成仿真．根據(jù)以上方法，在不同的虛擬序列中，進行多組測試分析，最終得出以下實例分析結(jié)果，對其進行分析討論．

3.3 分析結(jié)果探析

通過上述虛擬序列指標測試，最終得出5組結(jié)果（表4）．

表4 虛擬序列指標測試結(jié)果分析表

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)信息，可以得出以下結(jié)論：隨著虛擬序列區(qū)域的不斷變化，最終虛擬實訓(xùn)室所得出的實測負載結(jié)果隨之減小，這表明其開發(fā)的效果更佳，實訓(xùn)室的教學(xué)質(zhì)量和效率也有所提升，具有一定的實際應(yīng)用意義．

4 結(jié)論

模具的生產(chǎn)與制造具有較為悠久的歷史，傳統(tǒng)的制造方式相對缺乏實踐，這也導(dǎo)致產(chǎn)品在完成后會存在一部分的問題以及缺陷，一定程度上會對實際應(yīng)用造成較大的影響［10］．因此，對這項技術(shù)進行創(chuàng)新調(diào)整是十分有必要的，也是制造業(yè)進一步發(fā)展的重要推動力．Virtools技術(shù)可以在原本模具生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，擴大其實踐訓(xùn)練范圍，增強產(chǎn)品的綜合性能以及質(zhì)量，使其在實際應(yīng)用的過程中與外部設(shè)備連接更為緊密，提升使用的效率．基于Virtools的模具拆裝教學(xué)虛擬實訓(xùn)室的研究與開發(fā)，能更好地幫助學(xué)生掌握理論與實踐的雙向技能，提高模具制造專業(yè)的綜合教學(xué)水平，使我國未來的制造技術(shù)更加均衡地發(fā)展，推動我國模具技術(shù)邁入一個新的發(fā)展臺階．