面向裝備制造的虛擬仿真（VR）創新創業課程體系建設

何勰緋

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為了更好地服務“中國制造2025”，達到教學資源共享目的，擴展學員知識范圍，通過將虛擬仿真VR技術應用到裝備制造專業的實踐課程體系中，實現大型布局式教學，不僅可以提高課程的教學質量，還可以降低教學成本，提高裝備制造專業實踐中的安全性，成功吸引學員對裝配制造專業教學的興趣。

[關? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真;裝備制造;課程體系

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）52-0086-02

一、虛擬仿真（VR）概述

虛擬仿真技術又稱Virtual Reality，簡稱VR技術。它是通過利用計算機技術系統能力，集傳感器技術、人工智能技術、多媒體技術以及仿真技術等多門學科技術于一體的新技術，并通過傳感器等電子設備的輔助，對現實場景進行的虛擬構造，形成一種虛擬場景，計算機系統通過將虛擬仿真技術模擬的環境場景，為用戶提供一種在視覺、觸覺、嗅覺、聽覺以及動作方面的感官感受體驗。VR仿真技術已經成功地融入經濟、教育、醫療、軍事以及生活等相關的領域中。

二、虛擬仿真（VR）技術在創新創業課程中應用的意義

裝備制造領域行業是國家和社會建設與發展的基石，它可以為其他領域行業提供相應的技術和裝備服務，屬于經濟社會建設與發展中最基本的物質基礎，并且在國民經濟建設和發展中占據主導位置。

裝備制造類專業的實踐課程是學員對知識和操作能力的重要教育環節，通過專業課程的實踐操作讓學生提前了解和熟悉裝備制造行業的實際情況，做好相關的知識儲備，但是裝備制造專業，如機電工程、化工工程等專業，實踐教學成本較高，并且機械設備的操作安全隱患也是需要重點關注的對象。通過將虛擬現實技術、3D建模技術、Unity 3D實訓、機械基礎以及Solidworks工程設計等多門跨專業學科融合在一起的虛擬仿真VR技術，將專業教學實例融入裝備制造創新創業課程體系教學中，成功地降低了教學成本，避免學生操作大型設備出現失誤產生的安全隱患問題。在裝備制造專業實踐教學中引進虛擬仿真VR技術，可以比較便捷和靈活地設計多元化實踐操作內容，根據學員的自身條件和知識面，設計相應的裝備制造專業實踐方案，不僅可以引起學生的學習興趣，還可以讓學生獨自思考學習，更能提高學生的創新思維能力和實踐動手能力。

三、虛擬仿真（VR）創新創業課程體系建設

（一）虛擬仿真（VR）技術系統平臺構架建設

裝備制造專業中，主要是以機械類專業為主，包括機械設計制造機器自動化、機電工程等。通過對上述幾個專業在實踐操作教學中的相關特點，結合虛擬仿真（VR）技術，構建裝備制造虛擬仿真（VR）創新創業課程系統，該系統主要由專業課程虛擬仿真實驗教學系統平臺、學科基礎程序虛擬仿真實驗教學系統平臺以及高職院校機械創新與創業虛擬仿真實驗教學系統平臺三部分組成。

在該系統平臺中，通過高職院校機械創新與創業虛擬仿真實驗教學系統平臺，主要對初級階段的學生進行項目學習和競賽類項目進行虛擬仿真實驗教學，達到迎合學生興趣愛好的目的。學科基礎程序虛擬仿真實驗教學系統平臺主要針對大類學科基礎課程的虛擬仿真學習。專業課程虛擬仿真實驗教學系統平臺主要針對大力培養高階段人才必修課程的虛擬仿真教學。這三種系統平臺相互交叉影響、相互聯系，可以滿足各階段學員的虛擬仿真（VR）技術功能需求。這三種系統平臺在不同專業課程的需求下，又可以進行各種功能模塊的區分，并由相應的教師對各種功能模塊進行搭建、管理、使用和維護等方面的操作。

（二）高職院校機械創新與創業虛擬仿真實驗教學系統平臺

高職院校機械創新與創業虛擬仿真實驗教學系統平臺的使用對象主要是低階段學生，用于學生的課外創新創業項目計劃培訓，也可以面向學生的課外課程實踐操作培訓，通過開展項目計劃的學習，讓學員在真正進入實踐操作前，先采用虛擬結合的教學辦法，提前在設計實踐前通過虛擬仿真技術了解相關的正確實踐操作方式，提高學生對裝備制造業的實際設計和制造能力，并提高實踐操作中的安全性。如學員通過在Solid Works三維制圖軟件設計并繪制裝備制造的所需生產制造的相關零部件模型圖，然后通過虛擬仿真操作將這些機械零部件進行裝配組裝制造，裝配過程中發現各零部件的設計制造問題，并找出對應的解決方案，提前了解裝備制造業零部件設計環節中需要重點關注或注意的事項，減少實踐操作中的浪費并保障實踐中的安全性。

（三）學科基礎程序虛擬仿真實驗教學系統平臺

學科基礎程序虛擬仿真實驗教學系統平臺主要是針對實踐中高成本、高消耗以及比較大型的基礎學科課程虛擬仿真教學，在裝備制造專業中主要是對機械設計制造、制造數字化以及先進自動化制造等虛擬仿真技術模塊進行教學。通過虛擬仿真技術系統平臺，可以高效地處理裝備設計、制造、運行、試驗以及管理中需要使用的大型昂貴的設備成本，在試驗中也可以降低損耗，并在特殊環境中具有的危險性項目試驗也可以起到提高安全性的保護作用。

（四）專業課程虛擬仿真實驗教學系統平臺

專業課程虛擬仿真實驗教學系統平臺主要是針對特殊的操作環境以及需要特定的空間需求的制造專業的課程虛擬仿真技術教學模塊。這個系統平臺主要由廣州工程技術職業學院計算機仿真中心自主研發的機械加工虛擬仿真系統、機械安裝和拆卸虛擬仿真系統、多功能手電筒虛擬仿真系統、激光焊接機虛擬仿真實訓系統、綜合布線虛擬仿真實訓系統、摩托車燈罩模具拆卸虛擬仿真系統以及汽車發動機拆裝虛擬仿真系統等功能模塊組成。學生通過專業課程虛擬仿真實驗教學系統平臺，提前設計好相關的實踐操作流程和安全注意事項，了解裝備制造生產過程的方式和過往的經驗學習，將其轉化成學生自己的實踐經驗，并在虛擬仿真實踐中鼓勵學生在虛擬仿真平臺中試錯和犯錯，讓學生明白試錯后出現的狀況以及誤操作中的安全風險，達到降低學生在真實實踐操作中走彎路和誤操作概率，有效地提高真實實踐操作的教學質量和安全性，并成功降低實際實踐中的教學成本，提高教學資源的使用率。

四、結語

本文從虛擬仿真（VR）技術系統平臺的三大功能模塊建設進行了簡單的闡述和介紹，對虛擬仿真技術在新時代創新創業中具有的開創新潮流的意義，分析其重要性和必要性，并對該系統平臺下各項具體的專業課程等相關信息進行小模塊功能的區分，不僅可以實現專業課程的試驗操作，還可以滿足大專業方向的培養要求，也便于系統平臺的運行、維護以及管理工作，提高了裝備制造領域專業的人才培養質量，并加速了虛擬仿真（VR）技術在教學教育領域的推廣和應用。但是，虛擬仿真（VR）技術現階段目前處于高速起步階段，有無法模擬復雜的裝備制造實踐過程的問題，尤其是在視覺和觸覺方面，無法完整模擬真實的現場實踐環境。同時，在仿真實踐操作中，虛擬仿真（VR）技術系統因中心計算處理器、服務器等硬件設施在處理數據、分析運算方面，對信息數據處理分析計算缺乏高精準性、及時性以及可靠性等，導致虛擬仿真實踐操作中出現卡屏、卡頓以及延遲等現象，無法滿足身臨其境在裝備制造生產過程的實踐中，沒有達到真正實踐操作的效果。因此，還需要不斷地加強對虛擬仿真（VR）技術系統的硬件開發設計，才能真正達到裝備制造專業的實踐教學目的。

參考文獻：

[1]田婧，羅通，羅華鋒，等.新建本科院校虛擬仿真實驗室的建設及教學[J].實驗科學與技術，2015，13（6）：219-222，228.

[2]楊天鴻，張春明，于慶磊，等.金屬礦山巖石力學與安全開采虛擬仿真教學實驗中心建設與教學實踐[J].教育教學論壇，2019（17）：140-145.

[3]李金華.德國“工業4.0”與“中國制造2025”的比較及啟示[J].中國地質大學學報（社會科學版），2015， 15（5）：71-79.

[4]張東升，屠世浩，馬志軍，等.采礦工程特色專業創新能力培養的實驗教學改革探索[J].實驗室研究與探索，2011，30（3）：110-113.

[5]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究[J].實驗室研究與探索，2015， 34（2）：140-144，201.

◎編輯 司 楠