高职虚拟仿真实训平台建设研究<br/>——以汽车制造与装配技术专业为例

高职虚拟仿真实训平台建设研究
——以汽车制造与装配技术专业为例

2018-02-22张国豪

襄阳职业技术学院学报 2018年1期

张国豪

（襄阳职业技术学院汽车工程学院，湖北襄阳 441050）

随着中国政府“互联网+”战略的提出，教育信息化成为教育部门推进各级各类教育发展的有力武器。职业院校因其对实践教学和实训的需求，在真实设备、真实实训、真实情景难以构建时，有微课、慕课、虚拟仿真实训等几种方式的信息化手段可以选择，其中，虚拟仿真实训因其交互性强、参与性好、易提升学生兴趣，对提升实践教学效果显著，成为信息化选择的首选。作为教育信息化的有效手段，虚拟仿真实训尤其适合在铁路、建筑、汽车、船舶、航空航天、武器等行业的相关专业。

一、汽车制造与装配技术虚拟仿真实训平台建设的必然性

近年来，随着人民生活水平的提高，汽车的市场需求逐步得到释放，在汽车进入普通百姓家的同时，带来了汽车产业的大发展，汽车制造与装配技术专业应运而生。目前全国开设汽车制造与装配技术专业的学校有182所之多，大多建立时间不长，以近几年上马为主。[1]不排除有些职业院校资金实力比较雄厚，引入真实汽车生产线入校，解决学生实训条件问题。但对于大多数院校而言，资金不足、场地不具备、设备功能不够等诸多原因存在，甚至有院校专业办了七、八年，仍然缺乏核心课程的实训条件。

（一）汽车制造与装配技术专业的实训条件缺乏原因分析

1.资金问题。高等职业技术教育所培养的是适应现代生产一线需要的高素质技术技能型人才。为此，各高职院校均意识到建立健全教学实训场地的重要性，纷纷加大投入，为各个专业建设相应的实训场所。但目前的问题是创设汽车制造与装配技术四大工艺情景的设备价格昂贵，像自动化冲压设备、涂装生产线、汽车总装线等，动辄上千万甚至上亿，这对办专业来说成本太高。很多院校虽然加大了投入力度，但由于实训基地建设的周期长，前期投入与后期消耗都非常大，且随技术的发展，常需要更新换代，很少有学校有足够的财力进行投资。

2.场地问题。高职院校实训基地是完成职业教育教学活动中技能训练的重要场所，其功能是在模拟实际工作环境下，进行规范的技术技能操作。可见，实践教学需要有一个实战环境。但现有的高职院校的校园面积都不是很大，实训用地用房相当紧张，没有足够的土地来建设实战型实训基地，更不可能为全院每个专业都建立起具有实战环境的实训场所。[2]

3.功能问题。目前，高职院校的实训场所基本能满足实训的需要，但实训场所与真实的工作环境差异较大。即使是功能齐全的实训场所，也会有一些实训活动是无法开展使教学活动受到限制。

因而目前全国的汽车制造与装配技术专业实训设备都比较短缺。

（二）虚拟仿真实训的优势

1.适应当前高职生的需求，实训效果好。目前人们对职业教育的认识仍然有一定偏差，导致职业院校招收的学生大都是普通高校招收后“剩下”的学生，大部分学习习惯不佳。加上专业实训条件不足，以理论课程为主，创设不出逼真的职业情境，不能满足其动手参与的需求，学生的学习兴趣会消磨殆尽，出现上课玩手机、睡觉的现象，造成教师、学生、家长等多方对职业教育不满意。虚拟仿真实训把课程开发成游戏，寓教于乐，教学和实训过程中，学生参与性强，学习兴趣足，学习效果好，人才培养质量高。

2.投资小、占地少、耗材少、安全性好。汽车制造与装配技术专业的实训设备因其价格昂贵和场地面积大，相对于实际实训场所和设备的建设投资，建立一套虚拟现实技术的实训基地，其投资要小得多，且设备更新换代或改进的成本也可以大幅度降低。在耗材方面，除了用电，几乎不消耗耗材。而且是用虚拟仿真的方式操作，安全性大大增加。因此，虚拟仿真无疑是最经济、最易复制和推广、占地最小、耗材最少、最安全的替代方式。

3.功能强大，可实现“云实训”。虚拟仿真实训平台主要以软件建设为主。软件具有开放性，二次开发和推广都比较容易，功能可根据需要进行拓展。

另外，通过虚拟仿真实训管理平台可以实现云实训。通过云课堂布置实训任务到学生，学生通过实训任务启动虚拟仿真软件，并可以成功定位在实训任务部分，开启实训学习。待学习完成后自动提交学习成绩及学习轨迹到云端，云课堂则会自动统计汇总，将结果显示到教师端，这样可以完整地实现学生学习的闭环控制，提高教学传授能力和监控能力，并可以进行在线考试和在线答疑。

因此，解决以上问题，虚拟仿真实训成为汽车制造与装配技术专业的必然选择。笔者所在学校在这方面走在全国前列。2014年，学校的汽车制造与装配虚拟仿真实训平台被省厅立项为信息化试点专业。在学校对接教育部的“三年行动计划”中，将该中心立项建设成国家级虚拟仿真实训中心。建设完成后，其软件等建设资源可通过网络共享，推广到全国开设此专业的所有院校。

二、汽车制造与装配技术专业虚拟仿真实训平台结构

（一）通用功能

基于国际先进的开发平台，界面设计符合面向对象的设计原则，整个设计需要包含登陆界面、主界面及各个子界面，各界面风格与学校主题风格保持一致。界面的交互设计能够充分体现易用性和合理性，易用性体现为界面布局和使用方式符合师生的使用习惯，合理性体现为软件操作不会出现误操作。

（二）教学功能

以汽车冲压技术课程为例。在构设的虚拟汽车冲压车间中，教师选取典型冲压工作任务（如发动机盖冲压等），从坯料剪切冲压前处理，到冲压加工（拉深、冲孔、弯曲、修边、翻边等或其一），到模具处理，再到废料处理，整个工作流程进行教学，并进行三维演示。

（三）实训功能

以汽车冲压技术课程为例。可选择不同的实训项目，一步步演示虚拟冲压机的操作过程，并同步伴随操作说明。具体过程如下。

1.压力机选择。通过菜单、参数、图文等选择方式对汽车典型覆盖件需要使用压力机进行匹配选择，实现交互学习。

2.冲压过程。冲压过程的真实模拟仿真，针对典型冲压工艺-拉延，进行工艺分析，植入冲压仿真分析软件，以及逼真的冲压模型模拟真实的冲压过程并显示处理结果，并且添加完整的送料及取料机构的运动，完善整个冲压工艺。学生可以自由选择冲压模型的材料及各种参数等，自主操作，并可以分析出冲压缺陷，修正再冲。

3.后处理显示。能够对仿真分析结果进行显示，包括缺陷显示、应力显示等。

（四）评估功能

采用游戏通关的方式考核，具有智能性和防作弊功能。通过游戏闯关的模型，评估学生对不同覆盖件类型选用压力机是否正确、压力机参数是否合适等。对学生的每一步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记录、评估、计分，并输出和提交详细的考核记录单。考核过程中遇到难点可跳过当前步骤，但扣除相应分数。自动输出考核记录表，自动加密。

（五）辅助功能

可以对软件一些参数进行配置，例如可通过系统配置功能开关语音提示。软件可在实训全程自动实施监控，及时发现、提醒和制止不良操作行为，培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，有效保障实训安全。

三、汽车制造与装配技术专业虚拟仿真实训平台建设内容

（一）建设内容

1.内容要求。系统应符合现代汽车制造模式理论，能够表达现代汽车制造模式下冲压、焊接、涂装、一体化和设计、生产、管理一体化的总装生产全过程。该系统应能够演示汽车厂区布置及内部设施，完整地显示典型汽车结构及汽车内部系统、设备等的布置，详细演示汽车制造的工艺流程。并能够进行汽车发动机零件加工与装配、汽车冲压、汽车焊接、汽车涂装、汽车装配等工艺确定。学生可以通过人机互动，模拟汽车发动机零件加工与装配、汽车冲压、汽车焊接、汽车涂装、汽车装配过程操作，并能进行仿真模拟演示。

2.具体内容。建设内容来自于专业课程体系。对高职生而言，在汽车产业链中，汽车制造环节是其主要用武之地，汽车四大工艺是制造环节的核心。从职业情景的角度讲，汽车制造以“四大工艺”为主要情景，即汽车冲压、汽车焊接、汽车涂装、汽车装配。转换为学习情景以后，也应以四大工艺为情景开展学习。从课程体系的角度来讲，汽车冲压技术、汽车焊接技术、汽车涂装技术、汽车装配技术是高职汽车制造与装配技术专业的核心课程，主要培养学生的汽车四大工艺（冲压、焊接、涂装、装配）工艺设计与实操能力。

平台各仿真子模块对应于专业相应的核心技能。因此，汽车制造与装配技术专业共建设以下子模块：汽车冲压虚拟仿真交互子模块、汽车焊接虚拟仿真交互子模块、汽车涂装虚拟仿真交互子模块、汽车装配虚拟仿真交互子模块、发动机制造虚拟仿真交互子模块、发动机装配虚拟仿真交互子模块。其中汽车冲压虚拟仿真交互子模块模拟汽车冲压车间生产环境。主要包括翼子板、发动机罩、侧围、地板、门板、后备厢盖等的冲压工艺方案制订、压力机选择、冲压过程人机交互模拟等操作。