論虛擬現實在組合家具中的應用

魯言輝

摘要：本文探究虛擬現實在組合夾具的現實教學中的應用現狀，主要闡述了有關組合夾具在教學過程中所遇到的問題，虛擬現實的基本發展狀況以及虛擬現實與組合家具教學的結合應用可行性，為組合夾具的教學提供了一種新穎、高效的新方法。

關鍵詞：虛擬現實;組合家具;教學

引言

組合夾具是利用預先制造好的標準化的各種夾具元件，依據被加工零件的工藝要求及尺寸規格進行組裝的夾具。組合夾具具有靈活多變、易于掌握、便于使用、經濟效果顯著等特點，適用于機械工業品種多、變化快、批量小、周期短的產品生產 。現階段，組合夾具的使用成為了機械生產的潮流，因此對與組合夾具的組合裝配使用的學習就顯得意義重大。

傳統的組合夾具組合裝配教學過程中存在著諸多的不利因素，比如：從事于組合夾具組裝教學的老師較少，高校的學習過程中較少接觸到組合夾具的使用;一套組合夾具庫的標準模型價格昂貴，對于教學的成本較高;受到場地及時間的因素影響，往往使得教學效率偏低等。因此，對于虛擬組合夾具的裝配系統的開發迫在眉睫。本文開發研究組合夾具實驗虛擬仿真教學系統，主要包括組合夾具標準件的認知、組合夾具的自由組裝檢測及考核模塊、虛擬環境仿真操作模塊。對組合夾具的基礎認知、組裝設計、機床使用進行了虛擬化的教學，增加學習者的興趣及學習效率，為組合夾具的裝配教學提供了一條可行性的道路。

1組合家具的研究現狀

我國國內的組合夾具始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業的天津組合夾具廠，和面向航空工業的保定向陽機械廠，以后又建立了數個生產組合夾具元件的工廠。當時產品均為引進前蘇聯烏斯貝（YC B）槽系組合夾具系統。推廣應用遍及機械、航空、電子輕工、造船、紡織等各類制造業，取得豐碩的社會、經濟效益。在使用過程中改進并修改了原系統，建立了適合我國國情、有我國特色的槽系組合夾具系統。在當時曾達到全國年產組合夾具元件 800萬件的水平。至今天津、保定二廠仍是我國組合夾具的主要生產基地。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統，不僅滿足了我國國內的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年尚需進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價格非常昂貴，現大都由國內配套，節約了大量外匯。

從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產國。前蘇聯的YCB槽系組合夾具系統非常著名，以后又開發了孔系組合夾具系統、沖合沖模和焊接組合夾具系統，但主要在國內應用，出口交流較少。德國一直都重視工藝裝備（包括夾具）的設計、制造及其標準化，組合夾具和各種機床的Rockford的BI ii co公司原為德國Bl a co公司的銷售代理商，現已獨立生產、銷售、租賃，16mm，? 12mm，10mm三個系列的公制孔系組合夾具。CarrLane是一家工具公司，生產夾具通用零部件，歷史悠久，20世紀80年代后期開始生產銷售英制孔系組合夾具。西部亞利桑那州的Stevens工具公司早在20多年前開始制造組合夾具的基礎件，然后用鋁板為用戶制造過渡板，以適應客戶各種工件的要求。該公司目前生產有本公司特色的整套英制孔系組合夾具。

2虛擬現實的研究現狀

虛擬現實技術是一種綜合集成技術，融合了計算機仿真技術、人工智能技術、多媒體技術、信息技術等多種技術，具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構想性（imagination）的技術特點。它是以計算機為核心，根據用戶需求在計算機上安裝相應的軟件并連接各種硬件設備，軟硬件和計算機相互作用，從觸覺，視覺，聽覺上為用戶營造了一個多感官的虛擬三維世界。

近幾年，隨著虛擬現實技術的蓬勃發展，國內外研究者都開始致力于將其應用于各種領域以滿足不同的需求，其中在教學培訓領域里虛擬現實技術作為一種嶄新的教學媒體為當前的教育注入了新的生機與活力。

美國VR研究技術的水平基本上就代表國際VR發展的水平，目前美國高校的一些課程加入了虛擬現實技術。耶魯大學利用移動智能設備的特性開發的生物學app，可使操作者不受時間、地域的限制，完成分子生物學、細胞生物學、發育生物學等課程實驗，并且教師通過移動應用程序可與學生分享從中心實驗室數字顯微鏡中獲取的數據和圖像等資源;科羅拉多大學開設的 PhET 交互式虛擬仿真實驗，可以讓學生在高度仿真的虛擬環境中，研究、分析和探索物理世界中的各種感興趣的問題，從而驗證他們所提出的實驗方案和技術構想;加州大學戴維斯分校和洛杉磯分校的研究人員發明了一種可以應用在教育領域的虛擬現實技術，通過3D立體的方式展示地形圖沙盤，而這種基于“增大化現實”技術的沙盤可以讓參觀者用雙手來移動山丘，從而更好地理解各種地形地貌，而不用親自到戶外去;加州健康科學西部大學在 2015年就首開了虛擬現實學習中心的先河，該中心擁有 4 項不同的虛擬現實技術：z Space 顯示屏、Anatomage 虛擬解剖臺、Oculus Rift和iPad上的斯坦福大學解剖模型，學生可以通過虛擬現實技術學習牙科、骨科、物理治療和護理等學科。

盡管我國的VR研究技術起步相較美國發展相對晚，但是隨著VR在教育上的應用越來越受重視，國內越來越多的高等院校陸續的建立了虛擬仿真中心，不斷有應用軟件推出。華中科技大學在“液壓與氣壓傳動”教學大綱的基礎上研發了“液壓回路性能和液壓元件裝拆教學系統”，學生可以進行各種液壓元件的結構認知，明確零件之間相互裝配關系;山東建筑大學通過和濟南科明公司合作開發的“鋼筋混凝土實驗教學平臺”可以讓學習者通過在實驗界面輸入不同實驗參數，觀察到鋼筋梁的現象變化和實驗結果曲線圖變化;清華大學利用Vegas開發的虛擬駕駛仿真實驗教學系統，具有逼真的的交通環境，并設置了多種選擇模式，可滿足操作者在不同條件下的虛擬駕車演示。

3結論

本課題研究機床夾具虛擬仿真實驗教學系統的開發，最大的優勢實現真正意義上的“實物”與“虛物”的結合，將枯燥無味的組裝夾具專業知識高度仿真真實的設計、組裝、使用過程，讓教學在交互的虛擬環境中進行，提高了學生對機械工程學科的認知度、理解度，激發對機械工程學科的興趣。虛擬現實技術作為一項新技術，以其3I特性給人們展示著將現實中不可能變成可能，尤其在虛擬仿真教學方面，它更是展現出強大的魅力，本課題成果將在機械工程類的高等教育、職業教育、企業培訓中得到廣泛應用。實現真正意義的虛實結合，基于此，用戶對于專業知識、操作規章等方面的掌握程度、學習興趣得到有效的提高，打破傳統教學的抽象性、乏味的模式，在教育、培訓行業中得到廣泛的應用。

參考文獻

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