基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的研究

孫秀春，王治校

（湖南國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411207）

隨著全球制造工業(yè)地快速發(fā)展，焊接技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用變得越來越廣泛，新科技時(shí)代的工業(yè)產(chǎn)品也需要很強(qiáng)的焊接技術(shù)做支撐。當(dāng)前，我國(guó)焊接設(shè)備處于迅速發(fā)展階段，越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用新的生產(chǎn)工藝，我國(guó)汽車制造公司的車身焊接技術(shù)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(shù)為主，汽車上所有的薄板零件是通過電阻點(diǎn)焊技術(shù)焊接起來而形成的?？紤]到汽車車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些受力部位對(duì)焊接件的強(qiáng)度要求較高，為了保證白車身總成質(zhì)量和強(qiáng)度，少數(shù)位置采用電弧焊接技術(shù)。目前有部分車型的頂棚采用的是激光焊接技術(shù)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已發(fā)展到混合現(xiàn)實(shí)階段，在這個(gè)發(fā)展過程中經(jīng)歷了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)階段，能將實(shí)際真實(shí)存在的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫面或空間；混合現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)是指合并了現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生一個(gè)全新可視化的環(huán)境，還可以人機(jī)交互。目前VR、AR、MR 等技術(shù)都有應(yīng)用于培訓(xùn)和教學(xué)中。作為一種現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，VR 技術(shù)得到了職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和職業(yè)院校的關(guān)注及認(rèn)可，特別在中職和高職院校，VR 技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生提前進(jìn)入模擬的實(shí)訓(xùn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的潛能，提升學(xué)生的實(shí)踐水平。

2 虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備在汽車焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的意義

傳統(tǒng)的汽車焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)是先理論講解，然后視頻演示和教師實(shí)操演示，最后學(xué)生自主訓(xùn)練，老師巡回指導(dǎo)。虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備內(nèi)有系統(tǒng)的焊接實(shí)訓(xùn)課程資源庫，可以根據(jù)需要調(diào)取學(xué)習(xí)和講解；焊接過程中的行進(jìn)角度、工作角度、電弧長(zhǎng)度、焊接速度可以進(jìn)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(tǒng)會(huì)詳細(xì)評(píng)價(jià)和評(píng)分，便于學(xué)生自我調(diào)整和教師課堂指導(dǎo)，能有效提高教學(xué)效果。

3 建設(shè)虛擬焊接實(shí)訓(xùn)室的分析

VR 焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備與對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)教學(xué)方式互補(bǔ)，并能大大降低教學(xué)成本，具有教學(xué)環(huán)境更安全、教學(xué)方式更新穎更好等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)人才培養(yǎng)方案，配備相配套VR 焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備的軟硬件，同時(shí)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以由淺入深的學(xué)習(xí)路線為教學(xué)過程，從基礎(chǔ)認(rèn)知、虛擬操作、實(shí)際操作出發(fā)，全方位學(xué)習(xí)焊接技術(shù)知識(shí)。利用VR 焊接設(shè)備教學(xué)還可以激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的聯(lián)想潛能，讓他們理論與實(shí)踐相結(jié)合，能利用舊技術(shù)和新技術(shù)聯(lián)系來加深對(duì)焊接理論知識(shí)和操作的理解。在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于受到實(shí)訓(xùn)條件和教學(xué)環(huán)境的限制，教師無法創(chuàng)造真實(shí)的焊接環(huán)境，不能激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想，無法提升學(xué)生的眼界。應(yīng)用虛擬焊接教學(xué)能有效幫助教師輕松創(chuàng)造各種所需的教學(xué)情境，解決學(xué)生的抽象問題，提高教學(xué)效果。VR 技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，建設(shè)VR 課堂，轉(zhuǎn)變了灌輸式的教學(xué)模式，使教學(xué)內(nèi)容變得更生動(dòng)、形象、具體。虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備真實(shí)還原實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，讓學(xué)生在全真模擬環(huán)境中進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)，自主學(xué)習(xí)和自我調(diào)整，掌握焊接操作技能，在虛擬訓(xùn)練達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行實(shí)際焊接訓(xùn)練。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用

深化校企合作、工學(xué)結(jié)合，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，順應(yīng)汽車制造與裝配技術(shù)、汽車檢測(cè)與維修技術(shù)專業(yè)發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)學(xué)生快速與企業(yè)崗位對(duì)接，強(qiáng)化焊接課程訓(xùn)練。在焊接教學(xué)訓(xùn)練過程中，焊接是專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練課程，也可以作為一門技術(shù)深入進(jìn)行。為了提高焊接訓(xùn)練安全系數(shù)、節(jié)約焊接訓(xùn)練耗材、幫助學(xué)生理解和掌握焊接、增加焊接訓(xùn)練趣味性，建立新的教學(xué)理念，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入焊接教學(xué)訓(xùn)練，最大限度地挖掘教師和學(xué)生的潛能，從而提高教學(xué)效率和質(zhì)量。通過虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備教學(xué)資源平臺(tái)的有機(jī)融合，集理論教學(xué)、實(shí)操訓(xùn)練于一體，打造從"理論教學(xué)——專業(yè)預(yù)實(shí)訓(xùn)——實(shí)踐操作的 “立體綜合教學(xué)模式”，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，掌握焊接和工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)理論知識(shí)和操作技能，提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，虛擬焊接培訓(xùn)設(shè)備可用于培訓(xùn)能夠安裝，調(diào)試，維護(hù)工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線的專業(yè)技術(shù)人員，具有一定的機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)管理，產(chǎn)品營(yíng)銷和技術(shù)管理能力。虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中安全、自由、自主進(jìn)行基本焊接訓(xùn)練和機(jī)器人焊接訓(xùn)練，解決實(shí)際焊接訓(xùn)練不安全、效率低、師資不足、難以監(jiān)控、訓(xùn)練枯燥、運(yùn)維成本高、難以理解等問題?，F(xiàn)虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備主要用于理論教學(xué)和預(yù)實(shí)訓(xùn)，目前焊接實(shí)訓(xùn)的教學(xué)模式是先理論教學(xué)，再VR 虛擬訓(xùn)練（預(yù)實(shí)訓(xùn)），達(dá)到實(shí)際操作訓(xùn)練要求后進(jìn)行實(shí)際焊接訓(xùn)練。學(xué)生將預(yù)實(shí)訓(xùn)中學(xué)習(xí)到的操作技能在實(shí)際焊接中復(fù)現(xiàn)和升華，用理虛實(shí)一體化教學(xué)，提升訓(xùn)練質(zhì)量和效率。應(yīng)用虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備后教學(xué)模式進(jìn)行了優(yōu)化，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了提高，焊接訓(xùn)練效率和質(zhì)量得到了提升，焊接訓(xùn)練的危險(xiǎn)系數(shù)得到了降低，節(jié)約了焊接成本。應(yīng)用虛擬焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備后，焊接訓(xùn)練的質(zhì)量和效率得到顯著提升。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)的思考

科技的快速發(fā)展，極大推動(dòng)著教育教學(xué)改革，教育教學(xué)改革將是職業(yè)教育面臨一大問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為現(xiàn)代技術(shù)，目前已在較多學(xué)校焊接教學(xué)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用。設(shè)備采購(gòu)單位需要跟設(shè)備研發(fā)單位深度合作，共同探討和研發(fā)相關(guān)教學(xué)資源、虛擬板塊場(chǎng)景和其他訓(xùn)練所需效果。焊接是手工活，需要多加練習(xí)和找到自己的手法，練習(xí)更高的焊接技能。