對于虛擬現實(shí)技術(shù)在數控技術(shù)教學(xué)中的應用分析

4.3虛擬現實(shí)技術(shù)變革了傳統學(xué)習方式——營(yíng)造開(kāi)放性的網(wǎng)上探索學(xué)習

運用虛擬現實(shí)技術(shù)，突破傳統教科書(shū)的限制，使每一位學(xué)習者都可以根據自己的學(xué)習特點(diǎn)，在自己方便的時(shí)間從互聯(lián)網(wǎng)上自由地選擇適合的學(xué)習資源，按照適合于自己的方式和速度進(jìn)行學(xué)習，這種探索性的學(xué)習，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造性思維，使學(xué)習者在具體情境中通過(guò)主動(dòng)的探索獲得知識，從而提高學(xué)習者的動(dòng)力。

4.4虛擬現實(shí)技術(shù)豐富了課堂教學(xué)內容——展示全方位、多角度的教學(xué)內容

利用虛擬現實(shí)技術(shù)，可豐富教學(xué)內容，將實(shí)驗、實(shí)訓等技能訓練搬到課堂中進(jìn)行，由于這些虛擬的訓練系統無(wú)任何危險，學(xué)生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。應用虛擬現實(shí)技術(shù)，還可恰如其分地演示一些復雜的、抽象的、不宜直接觀(guān)察的自然過(guò)程和現象，全方位、多角度地展示教學(xué)內容。利用計算機多媒體技術(shù)，制作各種仿真課件，創(chuàng )設所需要的某種虛擬情景，讓學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗，從而極大豐富課堂的教學(xué)內容。

4.5虛擬現實(shí)技術(shù)節約了有限的教育成本——開(kāi)展虛擬實(shí)驗、進(jìn)行虛擬生產(chǎn)

虛擬各種實(shí)驗設備、實(shí)訓環(huán)境和操作過(guò)程，使大多數課程可以在虛擬實(shí)驗室中進(jìn)行，大多數的技能可以在虛擬實(shí)訓車(chē)間中進(jìn)行訓練，從而不必購置昂貴的實(shí)驗實(shí)訓設備?？梢栽诠澕s大量昂貴的儀器設備費用的前提下，解決在教學(xué)中，因為實(shí)驗設備、實(shí)驗場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因而無(wú)法進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗，虛擬訓練又可避免實(shí)驗實(shí)訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問(wèn)題，從而有效節約教育成本。

5 虛擬現實(shí)技術(shù)在數控技術(shù)教學(xué)中的應用

隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，社會(huì )各行業(yè)對制造業(yè)提出了更高的要求，數控技術(shù)是現代機械制造業(yè)的核心技術(shù)，其技術(shù)的應用水平將直接影響產(chǎn)品的加工水平。在現今數控技術(shù)人才極度缺乏的情況下，如何將最新、最實(shí)用的數控技術(shù)高效地傳授給數控技術(shù)學(xué)習者，是數控技術(shù)教學(xué)要著(zhù)重考慮的問(wèn)題。由于數控技術(shù)教學(xué)和培訓都離不開(kāi)數控機床，而數控機床本身價(jià)格比較昂貴，限制了學(xué)校的購買(mǎi)能力，若采用計算機建模和仿真技術(shù)來(lái)模擬實(shí)際的數控加工環(huán)境，同樣可以讓學(xué)生盡快熟悉數控機床的加工環(huán)境與真實(shí)的加工過(guò)程，從而提高數控技術(shù)的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。虛擬現實(shí)技術(shù)可從以下幾方面應用在數控技術(shù)教學(xué)上。

5.1利用虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)現數控教學(xué)儀器、設備、加工產(chǎn)品的立體展示

在傳統教學(xué)中，學(xué)生只有通過(guò)在書(shū)本上察看各種教學(xué)儀器設備的平面圖形，或在現場(chǎng)觀(guān)察實(shí)際的教學(xué)設備外形來(lái)獲得各種感性認識。平面的圖形限制了學(xué)生的空間想象能力，實(shí)際現場(chǎng)教學(xué)又增加了學(xué)校的投入。采用使用虛擬現實(shí)，我們可以構建一個(gè)與實(shí)物同樣的三維物體，如采用Pro/E建模，將各種教學(xué)儀器、設備和產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)物虛化，將這些物體以立體形式存放在虛擬教室中，我們只要進(jìn)入這個(gè)虛擬空間，就可隨時(shí)隨地地認識這些儀器設備，而且可觀(guān)察到設備內部的結構，可輔助數控技術(shù)教學(xué)的學(xué)習過(guò)程，增強理解能力，提高學(xué)習效果。

5.2利用虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行模擬實(shí)驗和仿真教學(xué)

在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗、培訓器材，由于受價(jià)格的限制而無(wú)法普及或有許多實(shí)驗是根本不可能做的，如果利用虛擬現實(shí)技術(shù)，建立虛擬實(shí)驗室，學(xué)習者便可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，如進(jìn)行各種虛擬的數控系統的連接與組裝。這種實(shí)驗既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿(mǎn)意結果。虛擬實(shí)驗室的另一優(yōu)點(diǎn)還在于其絕對的安全性，不會(huì )因操作失誤而造成人身事故。

另外，我們還可利用虛擬仿真技術(shù)，制作虛擬仿真軟件，在多媒體計算機上進(jìn)行數控機床操作面板的認識操作訓練，進(jìn)行模擬編程訓練并產(chǎn)生加工結果的仿真，可有效地解決教育機構實(shí)驗條件與實(shí)驗需求，實(shí)驗效果之間的矛盾。

5.3利用虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)現的數控加工仿真教學(xué)系統

隨著(zhù)虛擬現實(shí)技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，出現了可以模擬實(shí)際數控機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統，這就是某一特定數控系統借助計算機軟、硬件的功能，通過(guò)實(shí)驗者的控制在計算機上演示，分析數控加工從零件設計圖到動(dòng)態(tài)切削演示的實(shí)現的全過(guò)程。仿真機床操作的整個(gè)過(guò)程包括：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動(dòng)操作等內容。 虛擬數控加工仿真教學(xué)系統完全模擬真實(shí)零件的加工過(guò)程，可以檢驗各種數控指令是否正確，能提供與真實(shí)機床完全相同的操作面板，其調試、編輯、修改和跟蹤執行等功能也一應俱全。學(xué)習者可身臨其境的操作各類(lèi)數控加工設備，能有充分的機會(huì )去練習數控加工中的常用操作，如基本運行方式的選擇操作、對刀操作、補償量的確定及輸入輸出操作和程序的編輯修改操作等。解決了初學(xué)數控技術(shù)者需要的大量操作練習，提高了機床操作訓練的時(shí)間。把數控加工仿真教學(xué)系統引入到教學(xué)之中，這樣既可以避免因誤操作造成價(jià)格昂貴的數控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數控機床操作過(guò)程中產(chǎn)生現場(chǎng)感和真實(shí)感。同時(shí)由于其成本較低，可以大量地配置終端，徹底解決了數控機床數量不足的難題，使每位學(xué)生都能有足夠多的實(shí)踐機會(huì )，從而為數控技術(shù)教學(xué)提供良好的教育平臺。

5.4實(shí)現虛擬仿真教學(xué)與真實(shí)生產(chǎn)加工的聯(lián)系

數控加工仿真教學(xué)系統既能單機系統獨立運行，又能實(shí)現在線(xiàn)運行。獨立運行即機床模型方式，其培訓設施只需一臺計算機，數控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進(jìn)行，而零件切削過(guò)程由機床模型通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)演示。在線(xiàn)運行即機床工作方式，在這種方式下，教學(xué)系統將與實(shí)際機床連接，由硬件實(shí)現零件切削過(guò)程，這時(shí)除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實(shí)際機床的真實(shí)情況一樣。由于數控加工仿真教學(xué)系統具有完善的圖形和標準數據接口，用戶(hù)既能在真實(shí)的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀(guān)察它的各種運行參數，并能將其他CAD／CAM軟件，如Pro/E、UG、Mastercam等產(chǎn)生的三維設計后置處理的NC程序，直接調入加工。

5.5虛擬現實(shí)技術(shù)可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數控培訓及考核

虛擬數控機床強大的網(wǎng)絡(luò )功能，可實(shí)現遠程教育培訓，它不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動(dòng)的教學(xué)功能，還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的遠程教學(xué)功能，數據傳送可以采用衛星、寬帶等方式進(jìn)行。這使得數控培訓遠程教學(xué)名副其實(shí)，而且還可采用遠程網(wǎng)絡(luò )學(xué)習、作業(yè)、考試等功能，并實(shí)現答卷保存、自動(dòng)評分、成績(jì)查詢(xún)和分析等功能，輕松實(shí)現無(wú)紙化的考核與測評。