吳衛(wèi)剛　趙秋園　于?！O曉明

摘 要 裝卸搬運(yùn)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，學(xué)生在掌握結(jié)構(gòu)原理方面存在較大困難，同時(shí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足，產(chǎn)品落后，安全隱患等問題，而采用虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可解決以上問題，課堂教學(xué)中可以更加直觀地觀察系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)則可以保證每人一臺(tái)設(shè)備，具有產(chǎn)品更新?lián)Q代快捷經(jīng)濟(jì)，有效保證人身安全等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)教學(xué)要求和實(shí)踐技能要求，設(shè)計(jì)開發(fā)了“裝卸搬運(yùn)機(jī)械虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”。實(shí)踐證明，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在教學(xué)改革方面具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞 裝卸搬運(yùn)機(jī)械 三維建模 虛擬實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.03.022

Construction and Application of Virtual Training Platform

for "Loading and Handling Machinery" Course

WU Weigang[1]， ZHAO Qiuyuan[1]， YU Hai[2]， SUN Xiaoming[2]

（[1] Qingdao Harbour Vocational & Technical College， Qingdao， Shandong 266404；

[2] Qingdao Qianwan United Container Terminal Co.， Ltd， Qingdao， Shandong 266510）

Abstract The structure of loading， unloading and transporting machines is complex， and traditional teaching methods are used. Students have great difficulties in mastering the structural principles. At the same time， there are problems such as insufficient number of training equipment， backward products， and hidden safety problems in practical training. The virtual training platform can solve problems. The above problems can be observed in the classroom teaching more intuitive internal structure of the system， the working principle， practical training can guarantee one device per person， with product replacement and quick and economical， effective guarantee of personal safety and other advantages. According to the teaching requirements and practical skills requirements， the "Virtual Loading and Unloading Machine Training System" was designed and developed. Practice has proved that the virtual training system has high practical value and promotion value in teaching reform.

Keywords loading and unloading machinery； 3D modeling； virtual training

1 裝卸搬運(yùn)機(jī)械課程引入虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的必要性

裝卸搬運(yùn)機(jī)械是港口機(jī)械應(yīng)用技術(shù)專業(yè)以及港口物流設(shè)備與自動(dòng)控制專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程。該課程重點(diǎn)是對(duì)前期所學(xué)基礎(chǔ)課程的深化理解，以物流行業(yè)的主流機(jī)械叉車、裝載機(jī)、牽引車為典型對(duì)象，重點(diǎn)講解裝卸搬運(yùn)機(jī)械各系統(tǒng)總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，讓學(xué)生掌握裝卸搬運(yùn)機(jī)械維修、保養(yǎng)、調(diào)整的方法，在正式上崗前具有一定的故障診斷和故障排除的能力。該課程采用理實(shí)一體的教學(xué)方法，課堂上學(xué)理論，車間里練實(shí)踐，教學(xué)情景與實(shí)際工作的一致性較高，但也存在局限性。

（1）理論學(xué)習(xí)方面，授課內(nèi)容主要依靠幻燈片、照片、視頻等，表現(xiàn)手法單一，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以觀察和講解等不足，因此，授課中傳統(tǒng)多媒體加視頻的教學(xué)手段很難達(dá)到讓學(xué)生掌握所學(xué)專業(yè)知識(shí)的目的。

（2）實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量難以滿足需求。學(xué)校在實(shí)訓(xùn)室的硬件建設(shè)和資金投入做了大量工作，但招生規(guī)模擴(kuò)大，實(shí)訓(xùn)條件達(dá)不到實(shí)際需求。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的數(shù)量與參訓(xùn)學(xué)生數(shù)量不匹配，價(jià)格昂貴的專業(yè)設(shè)備更是數(shù)量不足，實(shí)訓(xùn)的效果大打折扣。[1]

（3）實(shí)訓(xùn)設(shè)備的設(shè)施落后。由于設(shè)備更新?lián)Q代的成本高，學(xué)校實(shí)訓(xùn)設(shè)備未能及時(shí)更新，與企業(yè)技術(shù)發(fā)展不同步。學(xué)生在學(xué)校使用的實(shí)訓(xùn)設(shè)備對(duì)于企業(yè)來說已經(jīng)是淘汰產(chǎn)品，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)所掌握的一些技能在企業(yè)也就無(wú)法應(yīng)用，存在學(xué)與做的嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象。如果能將企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的主力機(jī)型設(shè)備引入實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，將專業(yè)課程中主要內(nèi)容以三維建模的方式在課件中再現(xiàn)，同時(shí)重視設(shè)備維修保養(yǎng)技能的培養(yǎng)和維修保養(yǎng)技能的仿真訓(xùn)練，有利于學(xué)生學(xué)好專業(yè)課程，有利于為企業(yè)培養(yǎng)合格的技術(shù)維修人才。

（4）實(shí)訓(xùn)設(shè)備的維護(hù)成本高。學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不熟悉，操作不熟練，實(shí)訓(xùn)設(shè)備在拆裝過程中易出現(xiàn)個(gè)別部件損壞，而學(xué)校又缺少足夠的師資力量去進(jìn)行維修保養(yǎng)，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)設(shè)備的完整性下降，實(shí)訓(xùn)效果不佳。

（5）實(shí)訓(xùn)過程存在安全隱患。很多實(shí)訓(xùn)設(shè)備的部件非常沉重，拆裝過程當(dāng)中容易因操作失誤造成實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損壞和人身意外傷害。

虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)通過將三維仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進(jìn)行集成，將該平臺(tái)引入到裝卸搬運(yùn)機(jī)械課程的教學(xué)當(dāng)中有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）理論教學(xué)的課件素材更加豐富，展示結(jié)構(gòu)和原理更加直觀逼真，便于教師的講解和學(xué)生的理解；（2）實(shí)訓(xùn)過程可以提供足夠的工位，每人一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以讓學(xué)生得到充分的訓(xùn)練；（3）虛擬設(shè)備的技術(shù)升級(jí)經(jīng)濟(jì)快捷；（4）實(shí)訓(xùn)成本降低。虛擬實(shí)訓(xùn)避免了零部件的損耗，不必投入大量的師資進(jìn)行維修保養(yǎng)。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地可從車間移到教室，且不同課程可共用一個(gè)虛擬實(shí)訓(xùn)教室，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地資源共享；（5）安全得到保證，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，更不會(huì)因失誤造成人身傷害。[2]

2 裝卸搬運(yùn)機(jī)械課程對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的功能要求

裝卸搬運(yùn)機(jī)械課程需要老師展示機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，演示拆裝過程，機(jī)構(gòu)調(diào)整的方法等，因此，需要實(shí)訓(xùn)平臺(tái)具有以下功能：

（1）機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)展示。虛擬設(shè)備以真實(shí)設(shè)備為藍(lán)本，經(jīng)過測(cè)繪，進(jìn)行三維建模，可展示設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造，具有縮放、旋轉(zhuǎn)、透視、爆炸、剖切等功能；（2）各個(gè)部件可顯示名稱，重要部件需要顯示其作用；（3）動(dòng)畫觀摩演示功能?？裳菔驹O(shè)備的動(dòng)作原理，以及設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)拆裝流程；（4）交互式的拆裝功能。能夠設(shè)立工作情境，根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障點(diǎn)的位置，可以對(duì)拆裝工具進(jìn)行選擇和組裝，具有拆裝順序的規(guī)則設(shè)置，可對(duì)拆裝過程進(jìn)行回放等功能；（5）考核功能。能夠進(jìn)行拆裝過程的考核，包括工具的選擇、拆裝順序，旋轉(zhuǎn)方向，更換配件的型號(hào)選擇等重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄和考核；（6）調(diào)取配件手冊(cè)和維修手冊(cè)的功能。讓學(xué)生根據(jù)手冊(cè)的指導(dǎo)，自主完成設(shè)備的拆裝和零件的選型。

3 裝卸搬運(yùn)機(jī)械虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建

目前市場(chǎng)上虛擬建模的軟件很多，如PROE，UG，CAD， SOLIDWORKS，其研究對(duì)象所關(guān)注的重點(diǎn)也不相同，一些教育研究機(jī)構(gòu)也應(yīng)用這些軟件編寫制作了一些三維模型乃至虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，但其研究對(duì)象都是一些常見的設(shè)備或部件，針對(duì)裝卸搬運(yùn)機(jī)械的三維模型可謂鳳毛麟角。

為解決在裝卸搬運(yùn)機(jī)械教學(xué)中存在的問題，我們采取強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合手段，與煙臺(tái)邵陽(yáng)公司和維修中心共同合作，以裝卸搬運(yùn)機(jī)械的實(shí)物為原型，利用SOLIDWORKS軟件進(jìn)行三維建模，建成裝卸搬運(yùn)機(jī)械類教學(xué)資源實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以完成裝載機(jī)、叉車這兩種特種設(shè)備底盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的演示、主要物理結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，液壓系統(tǒng)全景動(dòng)畫展示、設(shè)備維修、保養(yǎng)工作的互動(dòng)式虛擬實(shí)訓(xùn)。使老師在授課過程中，實(shí)現(xiàn)所講解設(shè)備的360度全方位立體觀察，實(shí)現(xiàn)360度交互式立體教學(xué)（見表1）。

4 虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用

虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)完成后，對(duì)課堂教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)都有較大的促進(jìn)作用。[3]

（1）課堂教學(xué)上，借助虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，講解機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理，教師邊講邊演示設(shè)備的組成和原理，使學(xué)生從枯燥、難懂的理論學(xué)習(xí)中解放出來。如圖1。

（2）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)操演示。將標(biāo)準(zhǔn)實(shí)操演示過程制作成視頻，學(xué)生可反復(fù)觀看，教師重點(diǎn)講解拆裝工藝、注意事項(xiàng)。（下轉(zhuǎn)第64頁(yè)）（上接第46頁(yè)）

（3）教師巡回指導(dǎo)。學(xué)生在模擬實(shí)操的過程當(dāng)中，教師巡回指導(dǎo)，對(duì)操作的難點(diǎn)和錯(cuò)誤進(jìn)行指導(dǎo)。

（4）考核評(píng)價(jià)。根據(jù)學(xué)生模擬實(shí)操的過程和成績(jī)，找出操作重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行講解，糾正不規(guī)范的操作和錯(cuò)誤。

5 注意事項(xiàng)及改進(jìn)方向

（1）構(gòu)建合理的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能為目標(biāo)，深入企業(yè)進(jìn)行充分的調(diào)研，設(shè)定合適的學(xué)習(xí)情境，規(guī)劃好虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)內(nèi)容，使實(shí)訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)需求深度對(duì)接。

（2）虛擬實(shí)訓(xùn)不能夠完全替代實(shí)操訓(xùn)練。虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是新生事物，符合當(dāng)代大學(xué)生的興趣需求，在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但它不能夠完全替代真實(shí)的實(shí)訓(xùn)。虛擬實(shí)訓(xùn)，所有的拆裝、調(diào)整都是程序設(shè)計(jì)好的，是一種有序、規(guī)范、理想化的假設(shè)，但在實(shí)際動(dòng)手操作過程中會(huì)遇到各種情況，所以虛擬實(shí)訓(xùn)的訓(xùn)練效果始終不如真實(shí)的動(dòng)手實(shí)操。由于在虛擬實(shí)訓(xùn)中不會(huì)出現(xiàn)安全問題，容易讓學(xué)生養(yǎng)成違反操作規(guī)程的習(xí)慣。因此要將虛擬實(shí)訓(xùn)和動(dòng)手實(shí)操有機(jī)結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到最優(yōu)的實(shí)訓(xùn)效果。

（3）橫向聯(lián)合，各展所長(zhǎng)。虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)有一定的難度，需要投入的時(shí)間和精力都是巨大的，所以要發(fā)揮校企合作的優(yōu)勢(shì)，讓有經(jīng)驗(yàn)和資源的專業(yè)軟件公司負(fù)責(zé)系統(tǒng)的開發(fā)，教師則負(fù)責(zé)提供方案和腳本，這樣可以使得虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的制作質(zhì)量和教學(xué)重點(diǎn)得到雙重保證，使虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)得到更好的推廣。

本文系青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)教研課題項(xiàng)目（課題編號(hào)：GW2016B15）的研究成果

參考文獻(xiàn)

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[2] 張曉東，徐盛學(xué)，李龍根.數(shù)控技術(shù)2+1教學(xué)改革模式的實(shí)踐與探索[J].廣東白云學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（6）：10-13.

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