基于虚拟现实技术的数控维修软件在教学中的应用

李焱 李桂云

摘要：基于虚拟现实技术的数控维修软件在数控教学中的应用越来越广泛，本文以VUNM数控机床调试维修软件为例结合虚拟现实技术与数控教学的特点，探讨了数控维修软件在教学中的应用方向与实践方法，以及需要注意的问题。

关键词：虚拟现实技术；数控维修；教学；应用

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0234-02

一、引言

随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用范围越来越广泛，对于以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控机床使用频率也不断上升，随之而来的是数控机床故障现象不断增多，维修力量不足是影响数控机床利用率和完好率的主要因素。但是培养数控机床故障诊断与维修的人员涉及到的知识面较广，应具有较扎实的机械、电气以及液压与气动知识并具备数控编程与操作能力，对数控机床的结构组成和各部件之间的工作原理要有清楚的认识。在传统数控维修教学中，由于资金和实训条件的限制，给学生的学习带来了一定的困难。因此在教学中引入以虚拟现实技术为基础的数控维修软件至关重要。

二、数控维修软件的主要功能模块介绍及应用

基于虚拟现实技术开发的数控维修软件以先进的三维可视化编程技术开发，主要服务于“数控设备应用与维护”等相关专业教学、“数控机床装调维修工”技能培训之中，功能模块丰富全面，可操作性强。本文以北京斐克科技有限公司研发的VUNM数控机床调试维修软件为例，主要介绍此类软件的主要功能模块在教学中的应用。

1.理论教学课件功能模块。数控机床的控制方式、反馈元器件、伺服系统工作原理等内容比较抽象，往往学生比较难于理解和想象，该模块利用课件形式进行讲解比较形象和直观，教师可以直接利用该模块完成教学。如图1所示，光栅尺课件演示，并配以文字解说。

2.机械装配、调试功能模块。VUNM数控维修软件建立了三轴立式加工中心、平床身车床、斜床身车床三种机床结构模型，主要可以完成机床机械结构的认识、虚拟拆装、各部件的功能介绍、仿真模拟实际机床机械调试的方法以及常用测量工具的使用等，如图2所示，系统左侧分别为数控机床的拆装设置的零部件和工具库，右侧为安装过程的提示信息，提供了一个良好的虚拟拆装实训环境。

3.电气装调功能模块。在该功能模块中，可以帮助学生训练识别电气原理图，以单项任务作为实训内容，将原理图上的电气符号与电气元件实物以及摆放位置相互关联，在操作过程中有一定的相应提示。在完成虚拟线路电气连接后，完成虚拟上电调试，如图3、4所示。

软件提供常见的电气元器件、电气接线等故障设置，教师可以根据实际情况设置故障，由学生进行故障诊断与排查，运用虚拟万用表检测电压等数据，消除故障后上传给老师进行检查。

5.智能考核系统功能模块。VUNM数控维修软件还提供了无纸化考核功能，题型丰富，教师任意组题，发送给学生，完成后上传服务器自动判分。

三、数控维修软件的特点

1.辅助理论教学。基于虚拟现实技术开发的数控维修软件通过计算机建立虚拟机床三维模型，学生可以对模型进行旋转，以三维动画形式显示数控机床不同部件内部结构和相关原理，并在相应位置进行文字解说。数控维修理论教学配合数控维修软件的使用，有助于学生对知识的理解和掌握，很大程度上缓解了理论教学的难度。

2.实现“课证融合”。课证融合是将课程与职业资格证书结合的教学模式，通过课程的学习，学生能直接参加相关职业证书的考试。如“VUNM数控机床调试维修教学软件”是以培养优秀的数控设备维护维修人才为目标的仿真教学软件，主要服务于数控设备应用与维护专业的教学，同时为“数控机床装调维修工”职业资格各级别相关专业技能培训所用。

3.节约了教育成本。在传统教学中学生数量较多而机床数目不足，经常出现“僧多粥少”的现象，严重影响了教学质量，引入虚拟现实技术的仿真软件后，只需设置一个常规配置的机房，在软件中所用机床的型号和种类也可以适时更新和调整。在教学过程中，避免了传统教学中教师在机床前示范，学生听课里三层外三层的现象，学生每人一台计算机进行操作，提高了教学质量的同时节约了教育成本。

四、数控维修软件在教学中应注意的问题

1.结合学校实际条件。选择的数控维修软件功能应与校内实际机床功能进行比较和分析，明确差异，尽量做到软件教学与机床教学结合紧密，避免型号、功能的混乱。

2.软件教学过程中严格按照实际操作规范要求进行，即使是利用虚拟现实技术开发的软件操作也不能不负责任地进行野蛮随意操作，养成不良的习惯。

3.教学做一体化的课程设计。利用虚拟维修软件学习与实际机床的操作时间的比例要合理，安排软件学习在先，熟悉操作过程后进行实际机床操作，比例分配：软件学习与实际操作为4：6。

综上所述，利用数控维修软件在教学中的应用，改变了传统教学中师生之间的关系，逐步形成了师生之间沟通交互的学习机制。在虚拟现实技术下构建的学习环境教师可以根据系统设置进行知识学习系统的设计，而学生也可以根据自己的需求自由支配学习与实践的内容和进度。在这样的虚拟环境下，视觉效果以及学习的互动性方面都优于传统的教学模式，这正是职业教学所追求的。

参考文献：

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