基于虚拟仿真技术的钣金加工人才培养的探索

潘帅名，张 红

（沈阳航空职业技术学院，辽宁 沈阳 110034）

基于虚拟仿真技术的钣金加工人才培养的探索

潘帅名，张 红

（沈阳航空职业技术学院，辽宁 沈阳 110034）

虚拟仿真实验教学是教育信息化建设和实验教学建设的重要内容。通过分析虚拟现实技术的特点，结合高职钣金加工人才培养的教学目标，提出了利用虚拟现实技术在航空钣金加工教学建设的思路，以及该项技术在教学中发挥的作用和能够达到的教学效果。

高职教育；钣金加工人才；虚拟现实技术；人才培养

钣金零件作为飞机制造中的主要零部件，对从业者加工技能的培养尤为重要。然而，开设钣金加工专业课程的院校较少，难以满足人才需求，并且一些钣金加工设备价格昂贵，导致一些高职院校在课程设置上缺乏实践环节，学生对知识点无法做到深刻理解。教学中引入“虚拟现实技术”进行辅助教学，建设虚拟仿真实验教学实验室，可以更好的实现教学培养目标。

一、虚拟仿真实验教学概述

虚拟现实技术建立人工构造的三维虚拟环境,用户以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响,极大扩展了人类认识世界,模拟和适应世界的能力。[1]营造虚拟现实的多媒体、人机交互及沉浸式的三维学习环境，能够使学生们快速地融入教学场景，获得更加直观、生动的教学效果，更高效地达到教学大纲所要求的教学目的。同时，在实践性很强的应用学科上，可以在一定程度上替代教学设备，有效地节约办学成本。在虚拟的环境中从事一些实训教学，还可以规避实训中存在的安全隐患。其尤为适合飞机钣金制造的人才培养。

二、虚拟仿真实验教学中心建设必要性

在国务院印发的《关于加快发展现代职业教育的决定》中提到：职业教育要提高信息化水平。构建利用信息化手段扩大优质教育资源覆盖面的有效机制，支持与专业课程配套的虚拟仿真实训系统开发与应用。[2]因此，虚拟仿真实验教学中心的设立，在整合社会资源的同时，还可以提高教学能力，丰富教学内容，拓展实践领域，降低成本和风险，开展绿色实验教学。

另外，市场对于航空钣金制造人才的需求，也要求职业院校能够做出快速反应和制定合理的培养对策。根据波音公司对中国市场的最新《当前市场展望》报告，预测未来20年中国需要总价值约为9500亿美元的飞机。[3]逐步成熟的市场对行业人才需求量正在加大。还有，以往的工厂实践教学活动已经难以满足教学要求。在现代生产系统中，由于工序高度集中以及制造装备高度封闭，在生产现场对制造过程和装备进行解剖性认识十分困难。企业的生产任务是根据市场进行动态调整的，或者经常出现某些难以预见的突发性事件，这些导致生产教学实习意外中断的情况时有发生。

三、虚拟现实技术的优点

1．全方位立体化的学习内容和教学手段

虚拟仿真技术可以使学生有身临其境的直观感受，这也就轻而易举地实现了职业教育中常常用到的情景教学法。另外，在这种沉浸式体验中，虚拟现实技术能够提供丰富的感知线索以及多通道（听觉、视觉和触觉等）的反馈[4]，不仅提高了学习效率而且使学到的知识点记忆得更加扎实、牢靠，而且学生在使用该技术学习的状态下，隔绝了外界干扰，学生充分“沉浸”在与学习内容的交互过程中，更有助于学生集中注意力。

2．虚拟环境交互式体验

教师可从中得到互动的实验反馈信息，以便调整相关实验的进度和深度，有效提高虚拟实验技术在钣金加工教学中的应用效果。学生还可以自由设定实验条件，亲自操作设备，这样，每人结果各不相同，方便教师实时跟踪、记录、指导、评价。

3．减少教学中的风险

机械生产加工十分强调安全生产，就是说学校在进行类似实验时，也要特别考虑安全问题的影响。如大型落压设备的生产加工以及实训操作，具有一定的危险性，完全可以借助虚拟的实验，同时获得同样的效果。

四、虚拟仿真实验教学中心建设的意义

1．解决资金和场地问题

在钣金加工教学中，一些关键的工艺过程，如航空钣金蒙皮拉形设备、橡皮液压成形设备，造价高昂，设备尺寸庞大，要求配套设施繁琐，生产准备和加工复杂。这些情况都提高了对普通高职院校的资金和场地的要求，使实践教学环节变得非常困难，学生的理解程度普遍较差，学生也就无法发挥想象力和创造力。

2．实现真实实验不具备或难以完成的教学功能

钣金加工教学中一些实验参数无法改变或改变非常受限制，引入虚拟仿真实验技术，可以给学生充分的想象力发挥空间，通过改变实验的条件及参数，去发现和探索不同的实验结果。这些结果包括更好的加工方案，制造出更优良的产品，从而实施基于传统实验教学无法或难以进行的教学实验。

3．更高效快速地掌握知识点

一些加工现象难以实施观察、测量和表征，通过虚拟仿真实验则可较为容易。例如在钣金的超塑性成形工艺方法中，要使用超塑性成形模具，而模具通常都是封闭的状态，在整个加工过程中，学生无法对其成形过程进行直观的观察，模具的动作过程也只能凭想象完成。虚拟现实技术实验室让使用者可以全方位、多角度、无限制地观察事物的空间结构。

五、应用实验室进行课程设计时应该注意的问题

一要认清虚拟实践与实操实训的关系。虚拟现实技术应用于高职实训教学，改善了实训环境，优化了教学过程，而不能完全代替现场真实的操作。[5]在课程设计上，应该本着“能实不虚、虚实结合、相互补充”的原则。

二要充分发挥“虚拟”与“实体”实验各自的优势。应该充分发挥虚拟技术的优势，将虚拟仿真实验与真实实验相互融合。而需要手工成形，或者需要在机械设备加工前进行部分手工成形的加工，还是应该由实习教师带领学生进行真实的现场操作，将“虚拟”与“现实”有机的融合起来，以达到最佳的教学效果。

三要加强教学人才队伍的建设。虚拟仿真实训教学系统的建设和发展，离不开高素质高技能人才队伍的支撑。目前高职院校普遍设有信息及相关专业，可以以此作为依托，培养虚拟仿真技术的开发团队，也可以与软件企业合作，共同开发[6]，优化实验教学资源，丰富教学内容。

四要促进教学改革的深入，扩大共享范围。积极在校内的相关专业及其他院校推广应用，建设有序开放的实验室管理平台，提高资源的共享度与效益。这种共享既包括开展虚拟仿真实验教学师资的培训，也涵盖对其他院校学生的教学资源共同利用。

[1]周忠,周颐,肖江剑.虚拟现实增强技术综述[J].中国科学(信息科学),2015(45):157-180.

[2]国务院.关于加快发展现代职业教育的决定:国发〔2014〕19号[A].

[3]波音公司.中国未来20年需要6330架新飞机[J].波音通讯,2015(38):18-19.

[4]刘德建,刘晓琳,张琰,等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究,2016(8):25-31.

[5]王金岗.虚拟现实技术在高职实践教学中的应用研究[J].中国职业技术教育,2011(23):76-80.

[6]林徐润,段虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报,2012(6):22-24.

Exploring the Training Method of Sheet Metal Processing Talents Based on Virtual Simulation Technology

PAN Shuai-ming，ZHANG Hong
(Shenyang Aeronautical Vocational College,Shenyang 110034,China)

Virtual simulation experiment teaching is the important content of educational information and experimental teaching construction.By analyzing the characteristics of virtual reality technology and combining with the teaching objectives of personnel training of sheet metal processing,this paper discusses the ideas on the teaching construction of aviation sheet metal processing,and the function of this technology in education and the teaching effect.

higher vocational education;sheet metal processing talents；virtual reality technology；talent training

G712

A

1009—7600（2017） 10—0082—02

2017-05-12

潘帅名（1983—），男，福建厦门人，讲师；张红（1970—），女，江苏邳州人，高级工程师。

[责任编辑，抚顺职院：陈 辉]