虛擬現實技術在自動化專業教學中的應用

張寶艷

摘 要：對機電專業教育來說，理論知識掌握深度以及實踐能力都是重點關注的對象。教學過程中虛擬現實技術的使用可以改善教學過程中遇到的各種問題，提高教學直觀性和針對性，幫助學生理解技術原理和技術概念。本文分析虛擬現實技術的應用，利用真實PLC、3D仿真系統，幫助學生更加深入了解控制器編程情況。

關鍵詞：虛擬技術;電氣自動化教學;應用

所謂的虛擬現實技術實際上就是對人工智能、計算機圖形、傳感器、人機接口等諸多技術的綜合利用。人機交互技術在人際關系、自然關系、知識探索的過程中發揮著巨大作用。現如今人機交互早已從過去的視覺感知發展到了綜合感知，為人們提供了豐富的信息獲取途徑與感知途徑。從過去的鍵盤輸入到現在的視角、動作、語音、手勢等各種各樣輸入途徑的轉變提高了虛擬現場互動性。

一、自動化專業教學中的虛擬現實技術應用

（一）提高虛擬技術實訓效率

雖然虛擬現實技術無法在實訓活動中徹底取代實物教學，但是因機電專業和計算機技術關聯十分密切。所以充分利用虛擬現實技術仍舊能夠發揮非常巨大的作用，控制實物教學的投入。虛擬現實技術還能合理安排實訓任務^[1]，保障實訓效率，體現實物教學實訓價值。

目前許多虛擬現實技術都已經被用在教學中取代實物。比如PLC系統當中最常見的工業觸摸屏。工業觸摸屏面板的設置以及功能運行均可以利用計算機模擬軟件呈現，二者有著同樣的感知效果。也就是說學生操作計算機軟件就能獲得與操作工業觸摸屏一樣的實訓效果，有效節省與控制了實訓教學投入。

（二）虛擬技術實驗

受自身特性影響，機電專業通常并沒有多少探索性實驗。絕大多數實驗是驗證類實驗^[2]。學生做實驗為的是在實驗過程中提升知識的記憶水平與理解深度。但實驗往往無法切實提高學生動手素質。近些年還有很多學校在不斷壓縮實驗課時，實驗教育質量得不到保障。

實驗是必不可少的教學項目，能夠有效提升學生的專業素質、思維水平以及創新意識。教師可以帶領學生用計算機操作各種驗證試驗，縮短實驗時間，實現實驗以及教學目標。

（三）虛擬技術理論教學

過去國內各大院校在理論教學中更追求的是適度條件，可是受各種因素影響，教學課時在近些年不斷減少，許多基礎性知識教師都沒有講清楚，學生對于理論內容一頭霧水。在科技的進步下，如今多媒體技術已經成功進入各大院校。理論教學中使用虛擬現實軟件^[3]。比如KcilC-51直觀展示單片機寄存器功能、內部條令。這對學生了解51單片機來說有很好的幫助。

二、項目現狀和分析

PLC程序使用WIFI或以太網連接控制器，對各種仿真設備操控保障了實驗安全性與真實性。3D仿真平臺包括四大部分，分別是PLC編程、3D仿真現場、控制器、PLC與變頻器。如圖1所示。

使用自動化軟件編程，實況調試PLC控制器，衍射自動化運行狀態。如單容水箱使用編程利用PID控制水位，保障水位處于理想狀態。PLC程序控制外部控制器，如3D電梯邏輯控制實驗中，學生只需要操作控制器按鈕就可以讓電梯進行上行與下行。

三、技術方案與進度

為滿足工業化控制需求，可以用下述幾種方案。

第一種常規模式，利用控制器操作使用自動化編程制作的PLC程序，隨后用控制器控制仿真設備，兼顧與保障實驗安全、真實。

第二種多機模式。使用編程軟件編制PLC程序，隨后使用控制器使用WIFI或以太網控制3D仿真現場。

第三種兼容設備。使用控制器操作PLC程序，控制實驗設備。這種模式能夠充分結合現實設備。

第四種兼容控制器。使用電腦對程序進行編寫，并將其導入PLC程序。使用控制器控制仿真現場，拓展更多的控制對象。

機電專業課程需要利用虛擬現實技術，帶給學生更多元的學習途徑、操作空間。在3D仿真平臺下，學生獲得了靈活多變、小巧真實、靈活耐用、安全實用的操作環境，能夠極大提高教學有效性、實踐有效性。

參考文獻

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