基于虛擬現實技術的汽車焊接實訓教學模式的研究

孫秀春，王治校

（湖南國防工業職業技術學院，湖南 湘潭 411207）

隨著全球制造工業地快速發展，焊接技術在各行各業的應用變得越來越廣泛，新科技時代的工業產品也需要很強的焊接技術做支撐。當前，我國焊接設備處于迅速發展階段，越來越多的企業開始應用新的生產工藝，我國汽車制造公司的車身焊接技術主要采用電阻焊、電弧焊和激光焊三種。在白車身的制造過程中主要以電阻焊接技術為主，汽車上所有的薄板零件是通過電阻點焊技術焊接起來而形成的。考慮到汽車車身結構復雜，有些受力部位對焊接件的強度要求較高，為了保證白車身總成質量和強度，少數位置采用電弧焊接技術。目前有部分車型的頂棚采用的是激光焊接技術。

1 虛擬現實技術的特點

目前虛擬現實技術已發展到混合現實階段，在這個發展過程中經歷了增強現實階段，能將實際真實存在的環境和虛擬的物體實時地疊加到同一個畫面或空間；混合現實簡是指合并了現實和虛擬世界而產生一個全新可視化的環境，還可以人機交互。目前VR、AR、MR 等技術都有應用于培訓和教學中。作為一種現代化信息技術手段，VR 技術得到了職業培訓機構和職業院校的關注及認可，特別在中職和高職院校，VR 技術在教學中的應用能有效促進學生對知識的理解，提高學生的學習興趣，使學生提前進入模擬的實訓，激發學生學習的潛能，提升學生的實踐水平。

2 虛擬焊接實訓設備在汽車焊接實訓教學中的意義

傳統的汽車焊接實訓教學是先理論講解，然后視頻演示和教師實操演示，最后學生自主訓練，老師巡回指導。虛擬焊接實訓設備內有系統的焊接實訓課程資源庫，可以根據需要調取學習和講解；焊接過程中的行進角度、工作角度、電弧長度、焊接速度可以進行可視量化，焊后還可以透過X 線掃描查看自己焊接情況，系統會詳細評價和評分，便于學生自我調整和教師課堂指導，能有效提高教學效果。

3 建設虛擬焊接實訓室的分析

VR 焊接實訓設備與對應的傳統教學方式互補，并能大大降低教學成本，具有教學環境更安全、教學方式更新穎更好等優勢。根據人才培養方案，配備相配套VR 焊接實訓設備的軟硬件，同時結合虛擬現實技術，以由淺入深的學習路線為教學過程，從基礎認知、虛擬操作、實際操作出發，全方位學習焊接技術知識。利用VR 焊接設備教學還可以激發學生在學習中的聯想潛能，讓他們理論與實踐相結合，能利用舊技術和新技術聯系來加深對焊接理論知識和操作的理解。在傳統教學中，由于受到實訓條件和教學環境的限制，教師無法創造真實的焊接環境，不能激發學生的聯想，無法提升學生的眼界。應用虛擬焊接教學能有效幫助教師輕松創造各種所需的教學情境，解決學生的抽象問題，提高教學效果。VR 技術應用于教學，建設VR 課堂，轉變了灌輸式的教學模式，使教學內容變得更生動、形象、具體。虛擬焊接實訓設備真實還原實訓場景，讓學生在全真模擬環境中進行虛擬實訓，自主學習和自我調整，掌握焊接操作技能，在虛擬訓練達標后，進行實際焊接訓練。

4 虛擬現實技術在汽車焊接實訓教學的應用

深化校企合作、工學結合，夯實專業基礎，順應汽車制造與裝配技術、汽車檢測與維修技術專業發展方向，實現學生快速與企業崗位對接，強化焊接課程訓練。在焊接教學訓練過程中，焊接是專業基礎訓練課程，也可以作為一門技術深入進行。為了提高焊接訓練安全系數、節約焊接訓練耗材、幫助學生理解和掌握焊接、增加焊接訓練趣味性，建立新的教學理念，將虛擬現實技術引入焊接教學訓練，最大限度地挖掘教師和學生的潛能，從而提高教學效率和質量。通過虛擬焊接實訓設備教學資源平臺的有機融合，集理論教學、實操訓練于一體，打造從"理論教學——專業預實訓——實踐操作的 “立體綜合教學模式”，培養學生扎實的專業基礎和強烈的創新意識，掌握焊接和工業機器人的基礎理論知識和操作技能，提高教學質量。同時，虛擬焊接培訓設備可用于培訓能夠安裝，調試，維護工業機器人和自動化生產線的專業技術人員，具有一定的機電設備生產管理，產品營銷和技術管理能力。虛擬焊接實訓設備可以讓學生在虛擬環境中安全、自由、自主進行基本焊接訓練和機器人焊接訓練，解決實際焊接訓練不安全、效率低、師資不足、難以監控、訓練枯燥、運維成本高、難以理解等問題。現虛擬焊接實訓設備主要用于理論教學和預實訓，目前焊接實訓的教學模式是先理論教學，再VR 虛擬訓練（預實訓），達到實際操作訓練要求后進行實際焊接訓練。學生將預實訓中學習到的操作技能在實際焊接中復現和升華，用理虛實一體化教學，提升訓練質量和效率。應用虛擬焊接實訓設備后教學模式進行了優化，學生的學習積極性得到了提高，焊接訓練效率和質量得到了提升，焊接訓練的危險系數得到了降低，節約了焊接成本。應用虛擬焊接實訓設備后，焊接訓練的質量和效率得到顯著提升。

5 虛擬現實技術在汽車焊接實訓教學的思考

科技的快速發展，極大推動著教育教學改革，教育教學改革將是職業教育面臨一大問題。虛擬現實技術作為現代技術，目前已在較多學校焊接教學實訓中應用。設備采購單位需要跟設備研發單位深度合作，共同探討和研發相關教學資源、虛擬板塊場景和其他訓練所需效果。焊接是手工活，需要多加練習和找到自己的手法，練習更高的焊接技能。