面向装备制造的虚拟仿真（VR）创新创业课程体系建设

何勰绯

[摘           要]  为了更好地服务“中国制造2025”，达到教学资源共享目的，扩展学员知识范围，通过将虚拟仿真VR技术应用到装备制造专业的实践课程体系中，实现大型布局式教学，不仅可以提高课程的教学质量，还可以降低教学成本，提高装备制造专业实践中的安全性，成功吸引学员对装配制造专业教学的兴趣。

[关    键   词]  虚拟仿真;装备制造;课程体系

[中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2021）52-0086-02

一、虚拟仿真（VR）概述

虚拟仿真技术又称Virtual Reality，简称VR技术。它是通过利用计算机技术系统能力，集传感器技术、人工智能技术、多媒体技术以及仿真技术等多门学科技术于一体的新技术，并通过传感器等电子设备的辅助，对现实场景进行的虚拟构造，形成一种虚拟场景，计算机系统通过将虚拟仿真技术模拟的环境场景，为用户提供一种在视觉、触觉、嗅觉、听觉以及动作方面的感官感受体验。VR仿真技术已经成功地融入经济、教育、医疗、军事以及生活等相关的领域中。

二、虚拟仿真（VR）技术在创新创业课程中应用的意义

装备制造领域行业是国家和社会建设与发展的基石，它可以为其他领域行业提供相应的技术和装备服务，属于经济社会建设与发展中最基本的物质基础，并且在国民经济建设和发展中占据主导位置。

装备制造类专业的实践课程是学员对知识和操作能力的重要教育环节，通过专业课程的实践操作让学生提前了解和熟悉装备制造行业的实际情况，做好相关的知识储备，但是装备制造专业，如机电工程、化工工程等专业，实践教学成本较高，并且机械设备的操作安全隐患也是需要重点关注的对象。通过将虚拟现实技术、3D建模技术、Unity 3D实训、机械基础以及Solidworks工程设计等多门跨专业学科融合在一起的虚拟仿真VR技术，将专业教学实例融入装备制造创新创业课程体系教学中，成功地降低了教学成本，避免学生操作大型設备出现失误产生的安全隐患问题。在装备制造专业实践教学中引进虚拟仿真VR技术，可以比较便捷和灵活地设计多元化实践操作内容，根据学员的自身条件和知识面，设计相应的装备制造专业实践方案，不仅可以引起学生的学习兴趣，还可以让学生独自思考学习，更能提高学生的创新思维能力和实践动手能力。

三、虚拟仿真（VR）创新创业课程体系建设

（一）虚拟仿真（VR）技术系统平台构架建设

装备制造专业中，主要是以机械类专业为主，包括机械设计制造机器自动化、机电工程等。通过对上述几个专业在实践操作教学中的相关特点，结合虚拟仿真（VR）技术，构建装备制造虚拟仿真（VR）创新创业课程系统，该系统主要由专业课程虚拟仿真实验教学系统平台、学科基础程序虚拟仿真实验教学系统平台以及高职院校机械创新与创业虚拟仿真实验教学系统平台三部分组成。

在该系统平台中，通过高职院校机械创新与创业虚拟仿真实验教学系统平台，主要对初级阶段的学生进行项目学习和竞赛类项目进行虚拟仿真实验教学，达到迎合学生兴趣爱好的目的。学科基础程序虚拟仿真实验教学系统平台主要针对大类学科基础课程的虚拟仿真学习。专业课程虚拟仿真实验教学系统平台主要针对大力培养高阶段人才必修课程的虚拟仿真教学。这三种系统平台相互交叉影响、相互联系，可以满足各阶段学员的虚拟仿真（VR）技术功能需求。这三种系统平台在不同专业课程的需求下，又可以进行各种功能模块的区分，并由相应的教师对各种功能模块进行搭建、管理、使用和维护等方面的操作。

（二）高职院校机械创新与创业虚拟仿真实验教学系统平台

高职院校机械创新与创业虚拟仿真实验教学系统平台的使用对象主要是低阶段学生，用于学生的课外创新创业项目计划培训，也可以面向学生的课外课程实践操作培训，通过开展项目计划的学习，让学员在真正进入实践操作前，先采用虚拟结合的教学办法，提前在设计实践前通过虚拟仿真技术了解相关的正确实践操作方式，提高学生对装备制造业的实际设计和制造能力，并提高实践操作中的安全性。如学员通过在Solid Works三维制图软件设计并绘制装备制造的所需生产制造的相关零部件模型图，然后通过虚拟仿真操作将这些机械零部件进行装配组装制造，装配过程中发现各零部件的设计制造问题，并找出对应的解决方案，提前了解装备制造业零部件设计环节中需要重点关注或注意的事项，减少实践操作中的浪费并保障实践中的安全性。

（三）学科基础程序虚拟仿真实验教学系统平台

学科基础程序虚拟仿真实验教学系统平台主要是针对实践中高成本、高消耗以及比较大型的基础学科课程虚拟仿真教学，在装备制造专业中主要是对机械设计制造、制造数字化以及先进自动化制造等虚拟仿真技术模块进行教学。通过虚拟仿真技术系统平台，可以高效地处理装备设计、制造、运行、试验以及管理中需要使用的大型昂贵的设备成本，在试验中也可以降低损耗，并在特殊环境中具有的危险性项目试验也可以起到提高安全性的保护作用。

（四）专业课程虚拟仿真实验教学系统平台

专业课程虚拟仿真实验教学系统平台主要是针对特殊的操作环境以及需要特定的空间需求的制造专业的课程虚拟仿真技术教学模块。这个系统平台主要由广州工程技术职业学院计算机仿真中心自主研发的机械加工虚拟仿真系统、机械安装和拆卸虚拟仿真系统、多功能手电筒虚拟仿真系统、激光焊接机虚拟仿真实训系统、综合布线虚拟仿真实训系统、摩托车灯罩模具拆卸虚拟仿真系统以及汽车发动机拆装虚拟仿真系统等功能模块组成。学生通过专业课程虚拟仿真实验教学系统平台，提前设计好相关的实践操作流程和安全注意事项，了解装备制造生产过程的方式和过往的经验学习，将其转化成学生自己的实践经验，并在虚拟仿真实践中鼓励学生在虚拟仿真平台中试错和犯错，让学生明白试错后出现的状况以及误操作中的安全风险，达到降低学生在真实实践操作中走弯路和误操作概率，有效地提高真实实践操作的教学质量和安全性，并成功降低实际实践中的教学成本，提高教学资源的使用率。

四、结语

本文从虚拟仿真（VR）技术系统平台的三大功能模块建设进行了简单的阐述和介绍，对虚拟仿真技术在新时代创新创业中具有的开创新潮流的意义，分析其重要性和必要性，并对该系统平台下各项具体的专业课程等相关信息进行小模块功能的区分，不仅可以实现专业课程的试验操作，还可以满足大专业方向的培养要求，也便于系统平台的运行、维护以及管理工作，提高了装备制造领域专业的人才培养质量，并加速了虚拟仿真（VR）技术在教学教育领域的推广和应用。但是，虚拟仿真（VR）技术现阶段目前处于高速起步阶段，有无法模拟复杂的装备制造实践过程的问题，尤其是在视觉和触觉方面，无法完整模拟真实的现场实践环境。同时，在仿真实践操作中，虚拟仿真（VR）技术系统因中心计算处理器、服务器等硬件设施在处理数据、分析运算方面，对信息数据处理分析计算缺乏高精准性、及时性以及可靠性等，导致虚拟仿真实践操作中出现卡屏、卡顿以及延迟等现象，无法满足身临其境在装备制造生产过程的实践中，没有达到真正实践操作的效果。因此，还需要不断地加强对虚拟仿真（VR）技术系统的硬件开发设计，才能真正达到装备制造专业的实践教学目的。

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◎编辑 司 楠