基于車身修復(fù)工作崗位VR 虛擬課堂設(shè)計＊

曾 鑫，丁新橋，楊時川

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢430205）

汽車車身修復(fù)是汽車車身維修技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生主要的就業(yè)崗位，也是從事汽車維修、汽車保險等職業(yè)崗位應(yīng)該掌握的專業(yè)技能。汽車車身修復(fù)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)對教學(xué)設(shè)備、實踐場地和教師實際工作經(jīng)驗要求高，實踐教學(xué)中的耗材成本很高，同時對操作安全要求也很嚴格。鑒于此情況，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，運用VR 虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)教學(xué)設(shè)備，能有效解決教學(xué)難題。在開發(fā)的車身修復(fù)VR 虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)平臺中，針對車身修復(fù)實際崗位的具體實踐操作，設(shè)計開發(fā)出基于車身修復(fù)工作崗位VR 虛擬課堂，將教與學(xué)有機結(jié)合起來[1]。

1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

車身修復(fù)VR 虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)平臺中的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，CPU 采用ARM Cortex-M0 處理器，外部設(shè)備主要包括USB HUB 控制器、SOC、睡眠模塊、正交編碼器、中矩器、降壓轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、UART、SSI、通用定時器、I2S、I2C、CCP、高精度振蕩器、軸陀螺儀和加速度儀等。多媒體（音視頻）資源采用獨立聲卡，選用WM5102 音頻編碼器、5.1 環(huán)繞立體聲輸出（3.5 mm 插座）、1×3.5 mm MIC/LineIn 輸入和S/PDIF 5.1 Channel 數(shù)字音頻接口。系統(tǒng)顯示采用2 160×1 200 AMOLED，視頻采用HDMI 1080 p高清數(shù)字視頻輸出，標準VGA 輸出，支持液晶顯示器顯示，支持TV-OUT 輸出接口和攝像頭接口。

車身修復(fù)VR 虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)平臺中可以使用C++、C#、JAVA 程序開發(fā)，適合大多數(shù)3D 虛擬現(xiàn)實軟件或者開發(fā)平臺，例如UNITY3D、VIRTOOLS、MULTIGEN VEGA、WTK、OSG、VRPN 等。

2 虛擬課堂

車身修復(fù)VR 虛擬課堂是指運用VR 技術(shù)手段，構(gòu)建車身修復(fù)虛擬實訓(xùn)場景，學(xué)生通過VR 穿戴設(shè)備、操作車身修復(fù)VR 實訓(xùn)平臺設(shè)備，文字、聲音和模擬真實的實踐操作，實現(xiàn)知識點的學(xué)習(xí)、技能點的訓(xùn)練，通過過關(guān)游戲式的練習(xí)達到學(xué)習(xí)的目的。

在虛擬課堂中，學(xué)生可以進入模擬再現(xiàn)的真實工作場景，實現(xiàn)工作崗位、勞保穿戴及工具設(shè)備的選擇和使用，在學(xué)習(xí)時可以通過教師微課視頻講解學(xué)習(xí)知識點，通過教師實操示范操作視頻掌握技能點，通過評測反饋系統(tǒng)回放、評價操作的規(guī)范性和正確性，實時掌握自己的不足和操作的錯誤點[2]。

車身修復(fù)VR 虛擬課堂主要針對車身修復(fù)常用的CO2氣體保護焊、電阻點焊、車身外形修復(fù)和車身測量與校正四個具體崗位進行設(shè)計和開發(fā)。

3 CO2氣體保護焊崗位虛擬課堂

CO2氣體保護焊崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學(xué)設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以真實專業(yè)環(huán)境1∶1三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含扳手、抹布、記號筆、大力鉗、鈑金修復(fù)錘、焊嘴防堵膏、CO2氣體保護焊機等專業(yè)所需工具設(shè)備，虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（字幕、聲音、3D 動畫）。

工藝學(xué)習(xí)：平焊、立焊、橫焊、仰焊、塞焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習(xí)模式：學(xué)生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同實訓(xùn)板材（0.6 mm、0.8 mm），平焊、立焊、橫焊、仰焊、塞焊以及工具設(shè)備的虛擬實訓(xùn)。學(xué)生通過此練習(xí)，學(xué)習(xí)到設(shè)備工具的使用方法，了解工藝流程。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導(dǎo)和評分。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學(xué)員操作信息，測評效果真實。

4 電阻點焊崗位虛擬課堂

電阻點焊崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學(xué)設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以本校真實專業(yè)環(huán)境1∶1 三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含抹布、劃針、大力鉗、鈑金修復(fù)錘、鋼板尺、電阻點焊機等崗位所需設(shè)備的三維虛擬化模擬操作。虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，包括設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（文字、聲音、3D 動畫）。

工藝學(xué)習(xí)：劃線、板件固定、試焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習(xí)模式：學(xué)生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同的實訓(xùn)板材。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導(dǎo)和評分，視頻回放。

流程設(shè)置：勞保穿戴；檢查設(shè)備，并打開所有設(shè)備；模擬板件除塵，并使用劃針、劃規(guī)、鋼板尺劃線；將模擬板件對齊固定，用大力鉗夾緊一邊，另一邊固定在焊接臺架上；在模擬件旁邊，夾2 塊試焊片；在工作服穿戴好的基礎(chǔ)上，佩戴點焊專用透明面罩和焊接手套；電阻電焊機調(diào)節(jié)好后，在試焊片上試焊；在工件上點焊，焊接時，要跳開焊，即每兩點之間要隔一個焊點；一邊點焊完成后，將板件取下校正；大力鉗夾緊后再次固定到臺架上完成點焊；將板件取下，用樣沖在板件的焊點上打上樣沖眼；將板件固定在臺虎鉗上，用焊點去除鉆去除A、B 板間上焊點，鉆之前要試鉆試焊片上的焊點；再用氣動鋸沿先前畫好的線，將A 板件一分為二；使用焊點去除鉆去除B、C 板件上的焊點；用氣動鋸沿先前畫好的線，將B 板件一分為二；用沙帶打磨機修磨A、B 切割時的邊緣毛刺，C 板件上鉆孔時殘留鐵屑；校正板件，先將B 板件上切割下來的板料重新與B 板件連接，用大力鉗夾緊固定在焊架上；用橫焊連續(xù)焊將B 板件兩塊板件連接；取下板件校平，將A 板件鋸下部分安裝上，用大力鉗夾緊固定在焊架上；先將A 板件兩塊板用定位焊，焊幾個點固定住；用塞焊將板件分離時的孔焊上，塞焊之前，要試塞試焊片上的孔。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學(xué)員操作信息，測評效果真實。

5 外形修復(fù)崗位虛擬課堂

外形修復(fù)崗位虛擬課堂所涉及專業(yè)教師、教學(xué)設(shè)計、工作場景、工作崗位及工具設(shè)備以本校真實專業(yè)環(huán)境1∶1 三維建模，與現(xiàn)實中保持一致。

工具設(shè)備：含扳手、剪絲鉗、大力鉗、鈑金修復(fù)錘、吹稱槍、鋼板尺、外形修復(fù)機等設(shè)備三維虛擬化模擬操作，虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解及演示工具使用方法，包括設(shè)備使用、安全防護、勞保穿戴（文字、聲音、3D 動畫）。

工藝學(xué)習(xí)：劃線、板件固定、試焊以三維虛擬教師講解知識點、現(xiàn)場演練。

練習(xí)模式：學(xué)生通過調(diào)節(jié)虛擬場景中設(shè)備和器材參數(shù)，選用不同實訓(xùn)板材。含操作、設(shè)備參數(shù)設(shè)置錯誤報警指導(dǎo)和評分，視頻回放。

流程設(shè)置：查看受損車門，制訂維修方案；勞保穿戴，并檢查設(shè)備；將墊鐵放在車門背面，將塌陷的筋線先修出70%，再將門板大面用墊鐵也修復(fù)出80%；將墊鐵在車門板背面墊著，正面用鈑金錘敲擊高點；由墊鐵在受損區(qū)域墊著，用鈑金錘敲擊在門板正面破壞時受影響區(qū)域；重復(fù)，用墊鐵在背面頂，鈑金錘在正面敲，至修復(fù)完成90%；用鋼板尺配合記號筆在受損區(qū)域畫線，確定打磨范圍；除塵設(shè)備打開（可以是吸塵器）；雙動打磨機安裝60 號砂紙先沿劃線區(qū)域打磨外輪廓，再大范圍打磨內(nèi)部；打開車身修復(fù)機調(diào)至合適檔位，選擇好電流后，開始試焊；試焊完成后，先在筋線上焊一條波浪絲或墊片，將筋線先修復(fù)出來；換上三角墊片，以點拉方式修復(fù)平面；在整體修復(fù)達到98%時，使用雙動打磨機換80 目砂紙，磨掉焊點；使用墊鐵配合鈑金錘將拉的過高部分修平；查看有無崩彈，將修復(fù)機調(diào)至收火模式，使用碳棒收火，收火時要使用吹塵槍降溫，并使用抹布擦拭；再用鈑金錘精修一遍，打磨機精磨后提交。

評測反饋系統(tǒng)：評測反饋系統(tǒng)實時記錄學(xué)員操作信息，測評效果真實。

6 車身測量與校正崗位虛擬課堂

以全國職業(yè)院校技能大賽車身修復(fù)（鈑金）虛擬賽場工作場景、工作崗位打造三維可視化虛擬比賽現(xiàn)場。3D 場景包括賽歐實訓(xùn)車架、大梁校正儀、電子測量系統(tǒng)、防護眼鏡、安全帽（硬質(zhì)）、棉紗手套、工具架等。

場景設(shè)置：虛擬課堂中“教師”現(xiàn)場講解課程及演示，含字幕、語音、本課堂所需設(shè)備工具3D 功能及原理演示講解；學(xué)生可以按照軟件固定設(shè)置的流程學(xué)習(xí)，也可以自主選擇知識點學(xué)習(xí)。

模塊設(shè)置方面，國賽車身電子測量和校正虛擬操作具體流程設(shè)置為：勞保穿戴，并開機；打開軟件，建立工單、選擇車型；選擇兩對基準點，建立基準面；按軟件提示選擇測量頭；組合測量頭，并使用專用工具安裝測量頭至基準點（視屏中安裝了兩隊基準點，一對測量點）；安裝傳感器；根據(jù)測量數(shù)據(jù)填寫紙質(zhì)工單；將一對測量點拆卸并安裝至另一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；再次拆卸上一對測量頭并安裝至下一對測量點，記錄測量數(shù)據(jù)；松開安全裝置，滑動拉塔并安裝；安裝拉塔鎖緊裝置；打開油閥、打開總控制開關(guān)；連接油管；將拉塔的鐵鏈捋順；連接鐵鏈和黃色拉緊帶，并連接安全繩；用控制手柄進行拉伸，并觀測實時數(shù)據(jù)；拆卸鐵鏈并連接車輛另一側(cè)大梁；用控制手柄進行拉伸，并觀測實時數(shù)據(jù)；拆卸鐵鏈、安全繩，換色拉緊帶、油管，松掉拉塔安全裝置并歸位；拆卸傳感器和測量頭。

7 AR 代碼編寫

以下是以外形修復(fù)崗位虛擬課堂中汽車門板修復(fù)崗位虛擬課堂為例介紹AR 代碼編寫，以下兩段代碼主要是虛擬課堂場景加載和資源文件加載的內(nèi)容：

namespace GameFramework.Resource

{

///

public sealed class

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs :GameFrameworkEventArgs

{

///

///資源對象。public

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs(object resource)

{

Resource=resource;

}

///

public object Resource

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------namespace GameFramework.Scene

{

///

public sealed class

LoadSceneDependencyAssetEventArgs :

GameFrameworkEventArgs

{

///

/// 場景資源名稱。

/// 被加載的依賴資源名稱。

///當前已加載依賴資源數(shù)量。

///總共加載依賴資源數(shù)量。

/// 用戶自定義數(shù)據(jù)。

public LoadSceneDependencyAssetEventArgs(string sceneAssetName ， string dependencyAssetName ， int loadedCount， int totalCount， object userData)

{

SceneAssetName=sceneAssetName;

DependencyAssetName =dependencyAssetName;

LoadedCount=loadedCount;

TotalCount=totalCount;

UserData=userData;

}

///

public string SceneAssetName

{

get;

private set;

}

///

public string DependencyAssetName

{

get;

private set;

}

///

public int LoadedCount

{

get;

private set;

}

///

public int TotalCount

{

get;

private set;

}

///

public object UserData

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------

8 結(jié)語

現(xiàn)代教育信息化手段不斷更新，VR、AR 等技術(shù)手段快速應(yīng)用到實際教學(xué)中，對教學(xué)造成很大的變化，針對專業(yè)的特別是偏重技能方面的課程學(xué)習(xí)，我們需要針對相應(yīng)的技術(shù)手段，結(jié)合課程實際崗位技能要求，深入研究課程設(shè)計的細節(jié)內(nèi)容，這樣才能將先進的信息化教學(xué)手段有效運用到實際課程教學(xué)中。