淺議基于汽車專業(yè)的虛擬仿真實訓(xùn)

陸桂華，祝燕

（廣西桂東機電工程學(xué)校，廣西賀州542800）

淺議基于汽車專業(yè)的虛擬仿真實訓(xùn)

陸桂華，祝燕

（廣西桂東機電工程學(xué)校，廣西賀州542800）

傳統(tǒng)的汽車實訓(xùn)課程主要依托實訓(xùn)設(shè)備進行教學(xué)，由于實訓(xùn)設(shè)備少，實訓(xùn)弊端多，造成實際教學(xué)效果不好，我校采購了汽車實訓(xùn)虛擬仿真軟件，將虛擬仿真技術(shù)引入到汽車實訓(xùn)教學(xué)中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、節(jié)約了實訓(xùn)費用，實現(xiàn)了考核方式多樣化和提高實訓(xùn)安全性，從而達到提高教學(xué)效果的目的。

汽車專業(yè)；虛擬；仿真實訓(xùn)

近年來，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在汽車行業(yè)上的應(yīng)用也越趨于多元化。汽車實訓(xùn)課程是我校汽車類專業(yè)的主要課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生查閱汽車相關(guān)知識點，分析排除汽車出現(xiàn)故障的能力，以適應(yīng)汽車專業(yè)相關(guān)崗位的要求。由于我校的實訓(xùn)設(shè)備較少，且課程具有一定的抽象性，要求學(xué)生運用縝密的邏輯思維去分析出現(xiàn)的問題，于是造成了學(xué)生學(xué)習(xí)課程難度較大，且教學(xué)的效果并不好。

為響應(yīng)教育部要求職業(yè)院校以信息技術(shù)推動職業(yè)教育教學(xué)改革創(chuàng)新的要求，本文基于我校2007年所采購的汽車實訓(xùn)虛擬仿真軟件，并將虛擬仿真技術(shù)引入到汽車實訓(xùn)教學(xué)中，實際證明：虛擬仿真教學(xué)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，節(jié)約了實訓(xùn)費用，實現(xiàn)了考核方式多樣化和提高實訓(xùn)安全性，從而達到提高教學(xué)效果的目的。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)伴隨著科技技術(shù)的發(fā)展而形成了一類試驗研究的新技術(shù)，首次于20世紀(jì)80年代初正式提出來的，經(jīng)過幾十年的創(chuàng)造發(fā)展，在各種行業(yè)中，應(yīng)用廣泛，例如：航天航空、軍事學(xué)習(xí)、建筑制造、業(yè)務(wù)培訓(xùn)等。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在職業(yè)院校的實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，研究起步于2005年，也是再現(xiàn)在企業(yè)中常說的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)。目前，用于汽車專業(yè)的虛擬仿真軟件主要有：汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)3D仿真實訓(xùn)軟件、汽車變速器系統(tǒng)3D仿真實訓(xùn)軟件、汽車ABS系統(tǒng)3D仿真實訓(xùn)軟件、汽車SRS系統(tǒng)3D仿真實訓(xùn)軟件、汽車營銷3D仿真實訓(xùn)軟件、汽車新能源3D仿真實訓(xùn)軟件等。

2 虛擬仿真技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1虛擬仿真軟件與計算機的發(fā)展關(guān)系

從學(xué)校1994年開始采購286計算機辦公，到現(xiàn)在智能手機普及，計算機速度、手機運行速度呈幾何倍數(shù)加快，時代已經(jīng)發(fā)生質(zhì)的變化。虛擬仿真軟件就象游戲軟件一樣，不斷地推陳出新，最早的虛擬仿真軟件應(yīng)用在軍事訓(xùn)練及航天航空領(lǐng)域?，F(xiàn)在，飛行駕駛、汽車駕駛虛擬仿真軟件，各種專業(yè)維修虛擬仿真軟件不斷地研發(fā)生產(chǎn)、上市使用，新一代的手機虛擬仿真軟件，正在走來。

2.2 汽車專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)軟件發(fā)展

從虛擬仿真軟件課程開設(shè)，我校經(jīng)歷了安裝調(diào)試，不好用、不實用，到輔助教學(xué)，學(xué)生主動認(rèn)真進行虛擬仿真課程訓(xùn)練?，F(xiàn)在學(xué)校使用的虛擬仿真軟件是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真模擬技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種更高級的仿真技術(shù)應(yīng)用的軟件。新的虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用將會為學(xué)校解決以下問題：理論課時過長、學(xué)習(xí)興趣缺乏、抽象內(nèi)容難解、實訓(xùn)條件不足、實訓(xùn)耗材過多、理實一體難行、教學(xué)事故頻繁、教師資源緊缺、資金投入不足。

近年，企業(yè)開始研發(fā)基于手機（安卓、蘋果）版的虛擬仿真實訓(xùn)軟件，微型移動服務(wù)器系統(tǒng)。為學(xué)校解決以下問題：訓(xùn)練場所與仿真訓(xùn)練交替進行、仿真實訓(xùn)中心投入、仿真實訓(xùn)中心數(shù)量、學(xué)生仿真訓(xùn)練時間短、實訓(xùn)報告批改、技術(shù)資料庫查閱。

目前用于汽車專業(yè)的虛擬仿真軟件，可以通過現(xiàn)有的實體建模，掃描實體汽車零部件，形成3D模型，可以360°旋轉(zhuǎn)，例如：汽車構(gòu)造課程，汽車曲軸可以通過掃描曲軸的實物，形成與本?，F(xiàn)有實訓(xùn)器材一致的3D虛擬仿真汽車構(gòu)造實訓(xùn)軟件。軟件可以旋轉(zhuǎn)、放大、分解等操作。

學(xué)校在2007年采購了教師版汽車構(gòu)造虛擬仿真軟件[1]，2012年采購了汽車仿真考試考核中心和教師用汽車空調(diào)、學(xué)生汽車維護虛擬仿真軟件，2016年采購了平板便攜的汽車虛擬仿真實訓(xùn)教具[2]。新研發(fā)的3D仿真建模軟件，可以補充，計劃采購中。

第二部分中采用均勻性較好的kent映射控制chebyshev映射的分形參數(shù),來增加參數(shù)的多變性,給定kent映射的初值為0.76,系統(tǒng)參數(shù)為0.4997,chebyshev映射的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為ac=4+4f1。

我校使用虛擬仿真3D實訓(xùn)軟件，比如汽車構(gòu)造：在認(rèn)識實體零件后，進行理論講解，3D模擬實訓(xùn)，可以實現(xiàn)任意角度步觀察汽車所有零件，并進行放大，技術(shù)說明，材料及工藝注解，將理論與實體完美結(jié)合，相對于PPT文稿，3D仿真可以更加真實的觀察零件結(jié)構(gòu)。比如：汽車二級保養(yǎng)，汽車底盤檢查過程，對各底盤螺栓、螺母的檢查，數(shù)量多，標(biāo)準(zhǔn)名稱與實物對不上，在實訓(xùn)室上課，空間小，學(xué)生多，多節(jié)課之后，學(xué)生也沒有達到熟悉零件名稱的效果，使用3D仿真軟件，可以加快學(xué)習(xí)速度，提高學(xué)生積極性，實現(xiàn)在游戲中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中進步。

在學(xué)校的計劃中，通過使用3D仿真軟件，基本解決學(xué)生多，實訓(xùn)工位不足，教學(xué)過程中，安全操作流程不規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生實訓(xùn)興趣，使學(xué)生實訓(xùn)操作快速達到熟練程度，學(xué)生實行理實一體化教學(xué)與理論、仿真操作相結(jié)合，進一步解決機械類專業(yè)，特別是汽車專業(yè)，實訓(xùn)與理論之間多年難以解決的問題。

2.3 汽車虛擬仿真軟件上課實例

基于汽修12-5班上3D虛擬仿真課的實例，上課內(nèi)容為汽車二級保養(yǎng)，說明虛擬仿真軟件在我校的應(yīng)用及帶來的實際好處。

與普通的理論學(xué)識課比較，學(xué)生對于虛擬仿真實驗課程表現(xiàn)的更加的積極，參與性及互動性表現(xiàn)的更加的強烈。上課時，每個學(xué)生一臺電腦，按教室座位就坐，相比實訓(xùn)操作的小組，每人可以獨立工位操作。本次虛擬仿真實訓(xùn)內(nèi)容是對汽車前后的車輪制動磨擦片進行檢查。具體操作步驟如下：

上課開始時，學(xué)生進行演示操作，開機→登陸→進入舉升位置四，拆下左前、右后車輪，拆下制動磨擦片，選擇合適的量具，檢查其厚度，與標(biāo)準(zhǔn)對比，是否需要更換。如果正確操作的同學(xué)，舉手報告，可以從舉升位置一開始，從頭操作。仿真界面如圖1所示。

圖1 汽車前后的車輪制動磨擦片檢查仿真

然后，教師用機演示操作10分鐘，并投影方式快速展示給學(xué)生觀看，并對關(guān)鍵點進行講解。學(xué)生登陸自己的帳號，進行練習(xí)。教師及實訓(xùn)輔導(dǎo)員進行巡邏檢查，及時解答學(xué)生的疑問，糾正學(xué)生操作失誤等問題，重點對動手能力強的學(xué)生、怕臟不愿意動手的學(xué)生，進行重點巡邏檢查、指導(dǎo)。每過一個小時后，進行小組互動，每小組安排一人，對仿真操作出現(xiàn)的問題進行提問，由另一組選人回答，結(jié)果由其它小組組長、教師、實訓(xùn)輔導(dǎo)員共同來判斷對與錯。時間限制為每組5分鐘，并對表現(xiàn)好的小組，平時分進行加分，表現(xiàn)好的隊員，期評分進行加分獎勵。下課前，教師及實訓(xùn)輔導(dǎo)員對課程中同學(xué)們提出的問題，進行匯總并解答，對課程進行簡單的總結(jié)，并布置下次實訓(xùn)課程的內(nèi)容（或強化本次實訓(xùn)）。

一是，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)主要是將實驗儀器、材料等進行數(shù)字化的虛擬，構(gòu)建一個虛擬的服務(wù)平臺供給學(xué)生使用。學(xué)生借助平臺來操作虛擬的儀器設(shè)備，完成類似在實訓(xùn)室中的操作；

二是，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實訓(xùn)教學(xué)具有零安全事故、設(shè)備采購費用和維護成本低、升級更新快、學(xué)生實操練習(xí)時間大大提高等特點；

三是，環(huán)保節(jié)能，仿真實習(xí)實訓(xùn)幾乎沒有產(chǎn)生環(huán)境污染；

四是，節(jié)約，相比實物實習(xí)實訓(xùn)消耗的材料，仿真軟件僅交電費；

五是，操作訓(xùn)練次數(shù)多，仿真課程，每位學(xué)生一臺機，每次課，一個項目可以訓(xùn)練5~8次；

六是，利于交流總結(jié)，教師可以觀看到每位的學(xué)生操作失誤，系統(tǒng)對操作失誤，進行提示。

當(dāng)然，在上仿真實訓(xùn)課時也發(fā)現(xiàn)這樣的問題，主要是以下幾個方面：

（1）仿真軟件的實訓(xùn)車型，與學(xué)校平時實訓(xùn)的實物，有差異；

（2）由于市場轉(zhuǎn)變快，軟件研發(fā)到學(xué)校使用，周期長。我校使用的仿真軟件，車型是八代的豐田卡羅拉，現(xiàn)在市場上，八代卡羅拉準(zhǔn)備進入報廢期；

（3）仿真軟件研發(fā)成本高，采購價格高，普及速度慢。我校平均每套仿真軟件，網(wǎng)絡(luò)版60個點的，均超過10萬元。配套的仿真實訓(xùn)中心，投入也不少；

（4）仿真軟件以比賽為中心，平時基本的實習(xí)實訓(xùn)，開發(fā)的仿真軟件不多。

通過使用3D虛擬仿真軟件上課，讓我更加期待企業(yè)研發(fā)汽車專業(yè)3D仿真產(chǎn)品，教育教育行業(yè)3D虛擬仿真軟件的普及，使職業(yè)技術(shù)類學(xué)校及培訓(xùn)機構(gòu)的學(xué)員、學(xué)生們，在安全環(huán)境中更好更快地掌握專業(yè)技術(shù)，提高實訓(xùn)操作水平，為國家降低實訓(xùn)實習(xí)費用支出，為環(huán)保及節(jié)能減排作出應(yīng)有的貢獻。如今學(xué)生智能手機已經(jīng)普及，企業(yè)研發(fā)無線移動版的虛擬仿真軟件時代，已經(jīng)開啟！

3 結(jié)束語

從我校開設(shè)的3D仿真實訓(xùn)課程及教學(xué)效果看，每學(xué)期每個班平均實訓(xùn)耗材經(jīng)費有所下降，約5%左右，學(xué)生單項技能熟練程度及速度，平均加快1個課時。平均訓(xùn)練出錯、安全操作均有不同程度的改善。

通信時代已經(jīng)進入智能手機時代，手機的功能已經(jīng)替代部分的筆記本電腦，學(xué)生已經(jīng)普及智能手機，各企業(yè)也開始研發(fā)基于智能手機平臺的3D仿真虛擬實訓(xùn)軟件，相信不久以后，學(xué)生在任意的時間，均可以進行仿真學(xué)習(xí)、考試，技能的訓(xùn)練也可以在任何時間、任何地點進行。

[1]上海景格科技有限公司.上海景格產(chǎn)品手冊：景格汽車維護虛擬實訓(xùn)軟件[Z].2007.

[2]上海景格科技有限公司；上海景格“職教云立方”系列新能源汽車專業(yè)教學(xué)系統(tǒng)宣傳冊[Z].2015.

Discussion of Virtual Simulating Practical Training on Automobile Major

LU Gui-hua，ZHU Yan
（Guangxi Guidong Mechanical and Electrical Engineering School，Hezhou Guangxi 542800，China)

Traditional automobile practical training，teaching with practical training equipments.There are so many shortcomings，because of few practical training equipments，bring about the actual teaching effect is not good.Our school bought the software of automobile virtual simulating practical training，virtual simulating technology would be introduced into automobile practical training teaching，there are so many advantages，such as：the enthusiasm of the students would be aroused；the cost of practical training would be saved；evaluation methods would be diversified，the safety of practical training would improved，thereby，teaching effectiveness would be improved.

automobile major；virtual；simulating practical training

U467

：A

：1672-545X（2017）01-0208-03

2016-10-05

陸桂華（1972-），男，廣西梧州人，講師，主要從事汽車專業(yè)課程教學(xué)、汽車實驗實習(xí)、汽車實訓(xùn)室管理及電化教學(xué)工作；祝燕（1974-），女，廣西梧州人，講師，主要從事汽車專業(yè)英語、汽車文化，汽車營銷等專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)教學(xué)工作。