虛實(shí)融合技術(shù)在汽車維修教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要 隨著汽車維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)或培訓(xùn)的發(fā)展，如何合理運(yùn)用設(shè)備、儀器，提高教學(xué)的效率和效果成為了職業(yè)教育者面臨著一個課題。為了減少實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損耗，提高教學(xué)或培訓(xùn)的質(zhì)量，虛實(shí)融合技術(shù)成為了一個研究方向?！疤搶?shí)融合”技術(shù)即是將“虛擬仿真”和“實(shí)物教學(xué)”有機(jī)結(jié)合，為教學(xué)和培訓(xùn)提供了良好借鑒。如何開發(fā)和利用虛實(shí)融合技術(shù)是文中重點(diǎn)闡述的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 虛實(shí)融合 汽車維修 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application of Actual Situation Fusion Technology

in Automotive Repair Teaching

YANG Lianfu

（Dalian Vocational Technical College， Dalian， Liaoning 116035）

Abstract With auto repair practice teaching or training development， how to reasonable use equipment， instruments， improve teaching efficiency and effectiveness become a problem faced by professional educators. In order to reduce the loss of training equipment， improve the quality of teaching or training， the actual situation fusion technology has become a research direction. \"Actual situation fusion\" technology is the organic combination of \"virtual simulation\" and \"physical education\"， and provides a good reference for teaching and training. How to develop and utilize the actual situation fusion technology is the focus of the content.

Key words actual situation fusion； automotive repair； practice teaching

隨著職業(yè)教育技術(shù)的發(fā)展，特別是汽車維修技術(shù)教育教學(xué)的不斷革新，傳統(tǒng)的汽車維修技術(shù)方面在教學(xué)、培訓(xùn)等方面凸顯出諸多問題：例如設(shè)備數(shù)量的不足問題、學(xué)生數(shù)量多而教師人數(shù)少的問題、實(shí)訓(xùn)耗材的耗費(fèi)成本日益增多的問題。

所以在教學(xué)或培訓(xùn)過程中，采用“虛實(shí)融合”技術(shù)成為了逐漸易于接受的一種方式?！疤搶?shí)融合環(huán)境”即是將“虛擬仿真”和“實(shí)物教學(xué)”有機(jī)結(jié)合，形成既有“虛擬”又有“實(shí)際操作”的真實(shí)教學(xué)環(huán)境?！疤搶?shí)融合”即克服了“虛擬教學(xué)”無“真實(shí)感”缺點(diǎn)，又解決了“實(shí)際操作”出現(xiàn)的規(guī)模與質(zhì)量之間矛盾等諸多問題，如何有效解決這個問題，已經(jīng)成為職業(yè)教育和職業(yè)培訓(xùn)的重要課題，特別是在汽車維修的教學(xué)中越發(fā)重要。

1 當(dāng)前汽車維修教學(xué)中軟硬件的使用狀況

目前，汽車維修以及發(fā)動機(jī)仿真教學(xué)軟件的開發(fā)和使用已經(jīng)很成熟了，特別是發(fā)動機(jī)運(yùn)行臺架實(shí)物教學(xué)也是普遍使用，但是軟件與硬件的使用還是獨(dú)立的，沒有有機(jī)結(jié)合，使得在教學(xué)和培訓(xùn)過程中產(chǎn)生很多不足。其實(shí)，虛實(shí)融合技術(shù)在職業(yè)教育發(fā)展發(fā)達(dá)的國家如德國等發(fā)展較為成熟，應(yīng)用很廣。目前，國內(nèi)在“虛實(shí)融合”教學(xué)方面的研究雖然眾多，但是研究成果及應(yīng)用極為有限，主要存在以下幾個問題：（1）虛實(shí)的結(jié)合不夠，沒有更好地形成有機(jī)整體，還是那種獨(dú)立或者相對獨(dú)立的個體，只是在應(yīng)用的空間上在轉(zhuǎn)換；（2）虛擬與真實(shí)之間的數(shù)據(jù)通訊存在斷層，導(dǎo)致部分“虛擬”技術(shù)本身采用的虛假的數(shù)據(jù)，而不是實(shí)時數(shù)據(jù)；（3）由于存在各種缺陷，所以沒有形成有效的應(yīng)用規(guī)模。

2 虛實(shí)融合技術(shù)規(guī)劃與實(shí)施

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，要進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，就要建立課堂與企業(yè)實(shí)際工作相融合的訓(xùn)練模式，開發(fā)虛實(shí)融合的技術(shù)和系統(tǒng)。它是一套由嵌入式軟件、多媒體仿真教學(xué)軟件、遠(yuǎn)程控制模塊、轉(zhuǎn)發(fā)器、接收器、通訊接口、汽車發(fā)動機(jī)總成實(shí)訓(xùn)臺共同構(gòu)成，用于汽車故障診斷與維修作業(yè)的汽車虛實(shí)融合的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

系統(tǒng)的開發(fā)基于虛實(shí)融合工作環(huán)境下發(fā)動機(jī)教學(xué)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)。硬件系統(tǒng)包括大眾AJR電控發(fā)動機(jī)1臺，1臺電腦、投影儀、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施，形成可以實(shí)施教學(xué)的發(fā)動機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺，即“虛實(shí)融合”的“實(shí)”。

軟件系統(tǒng)開發(fā)是本課題的研究重點(diǎn)，即“虛實(shí)融合”的“虛”。就是以AJR發(fā)動機(jī)實(shí)物為基礎(chǔ)，進(jìn)行虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)“虛”和“實(shí)”的高度融合：實(shí)時采集發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)，在PC機(jī)上進(jìn)行故障檢測與排除的模擬；遠(yuǎn)程控制加速、減速控制以及設(shè)置故障等，避免了人為在實(shí)驗(yàn)臺上設(shè)置故障而出現(xiàn)的各種弊端；在PC機(jī)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的仿真學(xué)習(xí)等等；解決了學(xué)生人數(shù)眾多圍堵在一臺設(shè)備上的尷尬。

所以要開發(fā)以下的軟件或模塊與硬件系統(tǒng)相匹配使用。（1）設(shè)計(jì)開發(fā)“車載電控單元通訊接口”，與車輛匹配，并能與電腦進(jìn)行接口，通過無線技術(shù)等進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)動態(tài)的數(shù)據(jù)采集。（2）開發(fā)“車輛故障遠(yuǎn)程控制模塊”，用于進(jìn)行遠(yuǎn)程控制故障設(shè)置，實(shí)現(xiàn)故障設(shè)置的私密性和便捷性。（3）通過TCP和計(jì)算機(jī)串行指令，采集數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓的數(shù)值，為波形采集收集有效的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)如下功能：①實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的遠(yuǎn)程起動和停止調(diào)控。在電腦上進(jìn)行控制，控制發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火和熄火。電子燃油泵運(yùn)轉(zhuǎn)向發(fā)動機(jī)提供燃油；使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“起動按鈕”，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，相應(yīng)時間符合相關(guān)規(guī)定。②實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的鼠標(biāo)加速與減速控制。使用處在遠(yuǎn)端的PC機(jī)鼠標(biāo)點(diǎn)擊“加速按鈕”，遠(yuǎn)端的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化，這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端發(fā)動機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)的變化，進(jìn)而反映在電腦上，方便了教師和學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析。同時可以進(jìn)行波形的采集和分析。③完成遠(yuǎn)程故障設(shè)置。用PC機(jī)在菜單中選擇相應(yīng)故障設(shè)置序號和故障現(xiàn)象，故障即可會在發(fā)動機(jī)上顯現(xiàn)。也可以在電腦上清除故障，電腦上儲存故障的檢查和排除步驟。也可以用故障檢測分析儀進(jìn)行診斷。這樣在故障設(shè)置上方便了許多，而且也減少了設(shè)備的損耗。④實(shí)現(xiàn)分析。設(shè)置了故障后，學(xué)生可以在電腦端進(jìn)行分析和判斷。這樣，避免了眾多學(xué)生集聚在一臺發(fā)動機(jī)上的現(xiàn)象。學(xué)員可以不在發(fā)動機(jī)上進(jìn)行分析和判斷，而各自在眾多的終端上操作，進(jìn)行故障現(xiàn)象的查看、數(shù)據(jù)流的讀取、波形的分析等等。

3 虛擬融合的發(fā)動機(jī)教學(xué)系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)

圖1 汽車故障診斷系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

首先要開發(fā)車載電腦接口，用于和車輛的通訊，采集動態(tài)數(shù)據(jù)。其次，開發(fā)遠(yuǎn)程控制單元，來執(zhí)行相關(guān)的故障設(shè)置和清楚命令。第三，通過指令傳輸，采集的數(shù)據(jù)分析和整理，形成波形圖，進(jìn)行波形自動測試。第四，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與車輛電腦接口的通訊連接，實(shí)時采集車輛數(shù)據(jù)信息，如圖1所示。

最后是診斷系統(tǒng)軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)，建立一個功能齊全、性能良好、響應(yīng)及時、能與車載電子系統(tǒng)對接，能根據(jù)診斷系統(tǒng)檢測到的故障自動輸出數(shù)據(jù)的實(shí)時系統(tǒng)。

4 對虛擬融合的發(fā)動機(jī)教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)踐運(yùn)用中的思考

虛擬融合技術(shù)的發(fā)動機(jī)教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)踐中的運(yùn)用，必將增強(qiáng)教學(xué)效果，提高教學(xué)效率，增加教學(xué)容量。但是需要教師或使用者熟悉設(shè)備和系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和原理，以方便進(jìn)行有效的維護(hù)。此外，在條件允許的情況下，虛實(shí)融合的發(fā)動機(jī)教學(xué)系統(tǒng)完全可以利用在考評和鑒定過程中，充分發(fā)揮其故障設(shè)置、清除等的獨(dú)特優(yōu)勢。

本文是大連市職業(yè)技術(shù)教育科學(xué)研究院2013年度重點(diǎn)立項(xiàng)課題“基于虛實(shí)融合環(huán)境下的發(fā)動機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究”研究成果之一

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