基于虛擬現實技術的數控維修軟件在教學中的應用

李焱 李桂云

摘要：基于虛擬現實技術的數控維修軟件在數控教學中的應用越來越廣泛，本文以VUNM數控機床調試維修軟件為例結合虛擬現實技術與數控教學的特點，探討了數控維修軟件在教學中的應用方向與實踐方法，以及需要注意的問題。

關鍵詞：虛擬現實技術；數控維修；教學；應用

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0234-02

一、引言

隨著電子技術和自動化技術的發展，數控技術的應用范圍越來越廣泛，對于以微處理器為基礎，以大規模集成電路為標志的數控機床使用頻率也不斷上升，隨之而來的是數控機床故障現象不斷增多，維修力量不足是影響數控機床利用率和完好率的主要因素。但是培養數控機床故障診斷與維修的人員涉及到的知識面較廣，應具有較扎實的機械、電氣以及液壓與氣動知識并具備數控編程與操作能力，對數控機床的結構組成和各部件之間的工作原理要有清楚的認識。在傳統數控維修教學中，由于資金和實訓條件的限制，給學生的學習帶來了一定的困難。因此在教學中引入以虛擬現實技術為基礎的數控維修軟件至關重要。

二、數控維修軟件的主要功能模塊介紹及應用

基于虛擬現實技術開發的數控維修軟件以先進的三維可視化編程技術開發，主要服務于“數控設備應用與維護”等相關專業教學、“數控機床裝調維修工”技能培訓之中，功能模塊豐富全面，可操作性強。本文以北京斐克科技有限公司研發的VUNM數控機床調試維修軟件為例，主要介紹此類軟件的主要功能模塊在教學中的應用。

1.理論教學課件功能模塊。數控機床的控制方式、反饋元器件、伺服系統工作原理等內容比較抽象，往往學生比較難于理解和想象，該模塊利用課件形式進行講解比較形象和直觀，教師可以直接利用該模塊完成教學。如圖1所示，光柵尺課件演示，并配以文字解說。

2.機械裝配、調試功能模塊。VUNM數控維修軟件建立了三軸立式加工中心、平床身車床、斜床身車床三種機床結構模型，主要可以完成機床機械結構的認識、虛擬拆裝、各部件的功能介紹、仿真模擬實際機床機械調試的方法以及常用測量工具的使用等，如圖2所示，系統左側分別為數控機床的拆裝設置的零部件和工具庫，右側為安裝過程的提示信息，提供了一個良好的虛擬拆裝實訓環境。

3.電氣裝調功能模塊。在該功能模塊中，可以幫助學生訓練識別電氣原理圖，以單項任務作為實訓內容，將原理圖上的電氣符號與電氣元件實物以及擺放位置相互關聯，在操作過程中有一定的相應提示。在完成虛擬線路電氣連接后，完成虛擬上電調試，如圖3、4所示。

軟件提供常見的電氣元器件、電氣接線等故障設置，教師可以根據實際情況設置故障，由學生進行故障診斷與排查，運用虛擬萬用表檢測電壓等數據，消除故障后上傳給老師進行檢查。

5.智能考核系統功能模塊。VUNM數控維修軟件還提供了無紙化考核功能，題型豐富，教師任意組題，發送給學生，完成后上傳服務器自動判分。

三、數控維修軟件的特點

1.輔助理論教學。基于虛擬現實技術開發的數控維修軟件通過計算機建立虛擬機床三維模型，學生可以對模型進行旋轉，以三維動畫形式顯示數控機床不同部件內部結構和相關原理，并在相應位置進行文字解說。數控維修理論教學配合數控維修軟件的使用，有助于學生對知識的理解和掌握，很大程度上緩解了理論教學的難度。

2.實現“課證融合”。課證融合是將課程與職業資格證書結合的教學模式，通過課程的學習，學生能直接參加相關職業證書的考試。如“VUNM數控機床調試維修教學軟件”是以培養優秀的數控設備維護維修人才為目標的仿真教學軟件，主要服務于數控設備應用與維護專業的教學，同時為“數控機床裝調維修工”職業資格各級別相關專業技能培訓所用。

3.節約了教育成本。在傳統教學中學生數量較多而機床數目不足，經常出現“僧多粥少”的現象，嚴重影響了教學質量，引入虛擬現實技術的仿真軟件后，只需設置一個常規配置的機房，在軟件中所用機床的型號和種類也可以適時更新和調整。在教學過程中，避免了傳統教學中教師在機床前示范，學生聽課里三層外三層的現象，學生每人一臺計算機進行操作，提高了教學質量的同時節約了教育成本。

四、數控維修軟件在教學中應注意的問題

1.結合學校實際條件。選擇的數控維修軟件功能應與校內實際機床功能進行比較和分析，明確差異，盡量做到軟件教學與機床教學結合緊密，避免型號、功能的混亂。

2.軟件教學過程中嚴格按照實際操作規范要求進行，即使是利用虛擬現實技術開發的軟件操作也不能不負責任地進行野蠻隨意操作，養成不良的習慣。

3.教學做一體化的課程設計。利用虛擬維修軟件學習與實際機床的操作時間的比例要合理，安排軟件學習在先，熟悉操作過程后進行實際機床操作，比例分配：軟件學習與實際操作為4：6。

綜上所述，利用數控維修軟件在教學中的應用，改變了傳統教學中師生之間的關系，逐步形成了師生之間溝通交互的學習機制。在虛擬現實技術下構建的學習環境教師可以根據系統設置進行知識學習系統的設計，而學生也可以根據自己的需求自由支配學習與實踐的內容和進度。在這樣的虛擬環境下，視覺效果以及學習的互動性方面都優于傳統的教學模式，這正是職業教學所追求的。

參考文獻：

[1]吳金嬌，劉樹青.虛擬數控機床在數控維修教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2011，（1）：75-77.

[2]王衛東，李海清.虛擬現實技術在數控維修軟件開發與教學中的應用[J].四川理工學院學報（自然科學版），2012，（4）：31-34.

[3]王平安，林慶平.職業教育改革與三維互動數字化教學[J].中國職業技術教育，2011，（26）：58-66.

[4]劉怡.職業教育和虛擬現實技術[J].天津職業院校聯合學報，2008，（5）：23-25.