基于3DVIA的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究

王迪 孫立強(qiáng) 朱紅波 李凡 高翔

摘 要：結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以3DVIA為虛擬仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)一套齒輪泵的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)。利用Solidworks軟件建模并裝配，并將模型導(dǎo)入到3DVIA平臺(tái)上，與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)維修技師共同開(kāi)發(fā)人機(jī)互動(dòng)輔助教學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)虛擬操作可以更加清晰齒輪泵的工作原理、零部件結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系及拆卸流程。使用虛擬拆裝讓枯燥的現(xiàn)場(chǎng)拆裝更加高效、趣味、生動(dòng)、形象，減少了技術(shù)改造時(shí)間也增加了企業(yè)員工的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：3DVIA;齒輪泵;實(shí)踐教學(xué);虛擬拆裝

中圖分類號(hào)：TP 391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

齒輪泵是一種容積式泵，它以結(jié)構(gòu)緊湊、自吸性好、工作可靠、適合輸送粘稠性液體，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各大型機(jī)組的潤(rùn)滑系統(tǒng)。日常檢修包括：檢查軸封，必要時(shí)更換密封元件;調(diào)整壓蓋間隙或修理機(jī)械密封;檢查清洗入口過(guò)濾器;檢查及修理齒輪副、齒輪軸、端蓋;檢查及修理軸承、聯(lián)軸器、殼體和填料壓蓋等。由于現(xiàn)場(chǎng)檢修人員要經(jīng)常對(duì)齒輪泵進(jìn)行拆裝，以達(dá)到對(duì)該設(shè)備的日常檢測(cè)和維修，但由于現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境惡劣，齒輪泵內(nèi)部往往都是粘稠的油污，特別對(duì)于新員工來(lái)說(shuō)，無(wú)法了解其裝配關(guān)系，也對(duì)其頻繁拆裝產(chǎn)生了厭煩，更不愿意用大量時(shí)間去研究技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新。充分利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行交流互動(dòng)是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)重要應(yīng)用，其主要利用計(jì)算機(jī)的人機(jī)互動(dòng)對(duì)話，通過(guò)對(duì)圖像、文字、聲音、動(dòng)畫等多種媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的呈現(xiàn)和傳遞。[1]在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)下，每一位員工都可以在虛擬環(huán)境中對(duì)該設(shè)備進(jìn)行虛擬拆裝，這些手動(dòng)操作和視覺(jué)畫面深刻的印象在腦海中，加深學(xué)習(xí)內(nèi)容理解，增強(qiáng)了實(shí)踐活動(dòng)的主動(dòng)性、趣味性。

1 虛擬展示設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代科技信息技術(shù)的發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式已成為必然趨勢(shì)，三維虛擬展示以其獨(dú)有的魅力將取代傳統(tǒng)二維展示。三維虛擬展示以計(jì)算機(jī)媒體為依托，對(duì)產(chǎn)品展示具有全面性、高效性、開(kāi)放性和體驗(yàn)性等特征。[2]在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)下，通過(guò)展示齒輪泵的3D模型，并且通過(guò)設(shè)置截面剖視圖、局部透明度，視頻動(dòng)畫來(lái)清晰了解設(shè)備的裝配關(guān)系及工作原理。結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)齒輪泵的拆裝作業(yè)指導(dǎo)書，讓員工對(duì)其3D模型在虛擬環(huán)境中進(jìn)行拆裝，對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及拆裝流程有更深刻的認(rèn)識(shí)，最終達(dá)到較高的學(xué)習(xí)效率和較好學(xué)習(xí)效果。如齒輪泵簡(jiǎn)圖如圖1所示，主要由泵體、安全閥體、軸承、機(jī)械密封、主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、浮板、前后泵蓋、對(duì)輪、底座等幾部分組成。在進(jìn)行虛擬展示時(shí)可以對(duì)齒輪泵進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化設(shè)置如圖2所示，通過(guò)虛擬展示可以從視覺(jué)上獲取所需要的各種信息。

2 虛擬拆裝設(shè)計(jì)

虛擬拆裝充分調(diào)動(dòng)了人的腦感與視覺(jué)，具有極強(qiáng)的真實(shí)性和交互性，允許每一位員工根據(jù)自己不同的視角設(shè)計(jì)出不同拆裝方案，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)拆裝對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行糾正，拆卸順序及步驟一目了然。例如圖3、圖4分別為拆卸的齒輪泵對(duì)輪、齒輪泵前泵蓋，根據(jù)自己的個(gè)性設(shè)置，在虛擬拆裝過(guò)程中可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大和縮小等操作，同時(shí)也可以對(duì)以往的步驟進(jìn)行更改和回放。通過(guò)虛擬拆裝操作過(guò)程增強(qiáng)了員工的理解和創(chuàng)新能力，提高了計(jì)算機(jī)操作能力和當(dāng)前信息化知識(shí)儲(chǔ)備能力，激發(fā)員工的求知欲和參與科研實(shí)踐開(kāi)發(fā)的熱情，當(dāng)前一些行業(yè)技能大賽也逐漸從實(shí)體操作向著虛擬產(chǎn)品數(shù)字化操作方面過(guò)渡。

3 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)對(duì)齒輪泵進(jìn)行3D建模并虛擬設(shè)置，使枯燥的動(dòng)手拆裝變?yōu)樘摂M拆裝，讓員工更清晰了解設(shè)備的裝配關(guān)系及工作原理，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)操作就可對(duì)模型進(jìn)行渲染、標(biāo)識(shí)、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、拆解、組裝等工作，完成個(gè)性化設(shè)置工作任務(wù)，提高計(jì)算機(jī)操作水平和設(shè)備結(jié)構(gòu)的認(rèn)知效率，使傳遞的知識(shí)更加豐富。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊蘭，劉雪玲.目前高校多媒體CAI教學(xué)模式淺析[J].山西高等學(xué)校社會(huì)科學(xué)學(xué)報(bào)，2002（04）：92-93.

[2]王軍良，解宇鵬，王仲勛，宮晨亮，蔣曉東，胡瑋.基于SolidWorks Composer的齒輪泵虛擬設(shè)計(jì)與展示[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，36（06）：42-47.