基于虚拟现实技术的汽车焊接实训教学模式的研究

孙秀春，王治校

（湖南国防工业职业技术学院，湖南 湘潭 411207）

随着全球制造工业地快速发展，焊接技术在各行各业的应用变得越来越广泛，新科技时代的工业产品也需要很强的焊接技术做支撑。当前，我国焊接设备处于迅速发展阶段，越来越多的企业开始应用新的生产工艺，我国汽车制造公司的车身焊接技术主要采用电阻焊、电弧焊和激光焊三种。在白车身的制造过程中主要以电阻焊接技术为主，汽车上所有的薄板零件是通过电阻点焊技术焊接起来而形成的。考虑到汽车车身结构复杂，有些受力部位对焊接件的强度要求较高，为了保证白车身总成质量和强度，少数位置采用电弧焊接技术。目前有部分车型的顶棚采用的是激光焊接技术。

1 虚拟现实技术的特点

目前虚拟现实技术已发展到混合现实阶段，在这个发展过程中经历了增强现实阶段，能将实际真实存在的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间；混合现实简是指合并了现实和虚拟世界而产生一个全新可视化的环境，还可以人机交互。目前VR、AR、MR 等技术都有应用于培训和教学中。作为一种现代化信息技术手段，VR 技术得到了职业培训机构和职业院校的关注及认可，特别在中职和高职院校，VR 技术在教学中的应用能有效促进学生对知识的理解，提高学生的学习兴趣，使学生提前进入模拟的实训，激发学生学习的潜能，提升学生的实践水平。

2 虚拟焊接实训设备在汽车焊接实训教学中的意义

传统的汽车焊接实训教学是先理论讲解，然后视频演示和教师实操演示，最后学生自主训练，老师巡回指导。虚拟焊接实训设备内有系统的焊接实训课程资源库，可以根据需要调取学习和讲解；焊接过程中的行进角度、工作角度、电弧长度、焊接速度可以进行可视量化，焊后还可以透过X 线扫描查看自己焊接情况，系统会详细评价和评分，便于学生自我调整和教师课堂指导，能有效提高教学效果。

3 建设虚拟焊接实训室的分析

VR 焊接实训设备与对应的传统教学方式互补，并能大大降低教学成本，具有教学环境更安全、教学方式更新颖更好等优势。根据人才培养方案，配备相配套VR 焊接实训设备的软硬件，同时结合虚拟现实技术，以由浅入深的学习路线为教学过程，从基础认知、虚拟操作、实际操作出发，全方位学习焊接技术知识。利用VR 焊接设备教学还可以激发学生在学习中的联想潜能，让他们理论与实践相结合，能利用旧技术和新技术联系来加深对焊接理论知识和操作的理解。在传统教学中，由于受到实训条件和教学环境的限制，教师无法创造真实的焊接环境，不能激发学生的联想，无法提升学生的眼界。应用虚拟焊接教学能有效帮助教师轻松创造各种所需的教学情境，解决学生的抽象问题，提高教学效果。VR 技术应用于教学，建设VR 课堂，转变了灌输式的教学模式，使教学内容变得更生动、形象、具体。虚拟焊接实训设备真实还原实训场景，让学生在全真模拟环境中进行虚拟实训，自主学习和自我调整，掌握焊接操作技能，在虚拟训练达标后，进行实际焊接训练。

4 虚拟现实技术在汽车焊接实训教学的应用

深化校企合作、工学结合，夯实专业基础，顺应汽车制造与装配技术、汽车检测与维修技术专业发展方向，实现学生快速与企业岗位对接，强化焊接课程训练。在焊接教学训练过程中，焊接是专业基础训练课程，也可以作为一门技术深入进行。为了提高焊接训练安全系数、节约焊接训练耗材、帮助学生理解和掌握焊接、增加焊接训练趣味性，建立新的教学理念，将虚拟现实技术引入焊接教学训练，最大限度地挖掘教师和学生的潜能，从而提高教学效率和质量。通过虚拟焊接实训设备教学资源平台的有机融合，集理论教学、实操训练于一体，打造从"理论教学——专业预实训——实践操作的 “立体综合教学模式”，培养学生扎实的专业基础和强烈的创新意识，掌握焊接和工业机器人的基础理论知识和操作技能，提高教学质量。同时，虚拟焊接培训设备可用于培训能够安装，调试，维护工业机器人和自动化生产线的专业技术人员，具有一定的机电设备生产管理，产品营销和技术管理能力。虚拟焊接实训设备可以让学生在虚拟环境中安全、自由、自主进行基本焊接训练和机器人焊接训练，解决实际焊接训练不安全、效率低、师资不足、难以监控、训练枯燥、运维成本高、难以理解等问题。现虚拟焊接实训设备主要用于理论教学和预实训，目前焊接实训的教学模式是先理论教学，再VR 虚拟训练（预实训），达到实际操作训练要求后进行实际焊接训练。学生将预实训中学习到的操作技能在实际焊接中复现和升华，用理虚实一体化教学，提升训练质量和效率。应用虚拟焊接实训设备后教学模式进行了优化，学生的学习积极性得到了提高，焊接训练效率和质量得到了提升，焊接训练的危险系数得到了降低，节约了焊接成本。应用虚拟焊接实训设备后，焊接训练的质量和效率得到显著提升。

5 虚拟现实技术在汽车焊接实训教学的思考

科技的快速发展，极大推动着教育教学改革，教育教学改革将是职业教育面临一大问题。虚拟现实技术作为现代技术，目前已在较多学校焊接教学实训中应用。设备采购单位需要跟设备研发单位深度合作，共同探讨和研发相关教学资源、虚拟板块场景和其他训练所需效果。焊接是手工活，需要多加练习和找到自己的手法，练习更高的焊接技能。