虚拟仿真技术在高职实践教学中的应用研究

摘要：本文介绍了虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究现状、研究意义，重点阐述了利用虚拟现实仿真技术进行虚拟设计、虚拟制造、虚拟装配等实践教学中的应用研究，对开创全新的高职学习场景，提供崭新的教学手段及丰富实践教学内容，可提供一定的借鉴作用。

关键词：虚拟现实仿真技术 虚拟实训室 实践教学 应用研究

1 概述

1.1 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究现状

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术、思想上有了质的飞跃[1]。

虚拟现实仿真技术目前在国内外发展较快，广泛应用于高校实践教学、企业生产加工、医学研究、军事等领域，美国的虚拟现实仿真技术代表着行业领先水平[2]。

我国许多高校和研究机构也已经利用虚拟现实仿真技术，开展教学和实验实训方面研究与开发，广泛应用于高校的实践教学，将会对其教学模式改革起到极大推动作用[3]。国内的一些高职院校，将仿真技术软件广泛应用于三维造型设计、数控模拟加工等实践教学环节，收到了较好的教学效果。

1.2 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义

利用虚拟现实仿真技术构建一个虚拟的实训场所和学习场景，可减少高职院校因实训设备不足而产生的影响因素。通过进一步整合教学资源，提高实训设备的利用率，提高学生学知识、练技能的浓厚兴趣，提高实践教学效果和学生的实践应用能力，具有深远的意义。

2 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容

2.1 虚拟现实仿真技术进行虚拟设计实践教学的应用研究

传统设计是设计者根据产品用户的需要，将所设计产品的结构通过图纸表现出来，经过计算或者经验认证后，再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面：

2.1.1 利用虚拟现实仿真技术开展UGCAD模块实践教学的应用研究

对于工业用户，EON Professional带有高端的CAD和3D数据格式转换模块，它通过优化，快捷地把各种CAD和3D数据转换成EON格式。其基本模块支持30多种格式，如AutoCAD，CADKEY，KGES，Maya，3ds max，LightWave，SOFTIMAGE 3D和SolidWorks等。此外，它还支持关键帧（key-frame）、自动常规校正、顶点缝合、几何/平面削减、保持UV贴图和纹理的情况下任意调节的组合贴图。

我院机械类专业实施实体建模、特征建模和自由形状建模三个模块的实践教学，使学生能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、进行布尔运算及建立表达式。掌握圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等命令的操作。能采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，引入数学方程控制、编辑模型。

2.1.2 利用虚拟现实仿真技术开展MoldWizard模块实践教学的应用研究

实施MoldWizard注塑模具设计模块的实践教学研究，要求学生能进行中等复杂程度的注塑模具和冷冲模设计。掌握UG MoldWizard（注塑模具设计向导）的操作界面，熟练掌握数字化装配，中等复杂产品的分模、添加模架、镶块、滑块、电极、浇注系统、冷却系统以及选用各种标准件等有关内容。

2.1.3 利用虚拟现实仿真技术开展产品分析模块实践教学的应用研究

以UG软件为平台，开展UG产品分析模块的实践教学研究，分析与探索产品模型受力、受热后的变形。以模具企业设计岗位的岗位知识、能力、情感要求为课程目标，以模具产品为项目载体，以Moldflow模流分析软件为工具，按工作过程来设计教学活动、组织教学。使学生掌握基本CAE分析方法的基本过程，为将来工作中实际应用提供必要的理论基础。

通过模拟塑料的成型过程，可以找出产生这些缺陷的原因，再采取相应的措施来避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的浇注系统的设计、塑料的性能、成型的压力和温度不同而不同。通过使用CAE软件分析，有助于让学生懂得如何优化其模具设计，使生产出来的塑件避免出现各种质量缺陷，优化产品设计及选取合适的注塑工艺等。

通过模流分析软件的模拟，可以很容易看到是否出现困气问题，然后根据以上改善方法，拟定初步改善方案，用模流分析进行模拟验证，得出模流分析结果，对其进行分析比较，这样就能充分利用模流分析的虚拟模拟仿真，大大节省了试模成本，这就是模流分析之所以能够得到越来越多人认可的原因。

2.2 虚拟现实仿真技术进行虚拟制造实践教学的应用研究

利用虚拟现实仿真技术，了解UG CAM的加工类型和特点；掌握UG软件在铣削加工方面应用知识；熟练掌握UG自动编程的常用命令和基本操作；掌握零件自动编程的一般步骤，并能根据零件特点选择合适的加工方法。

在CAM自动编程和数控加工中，运用UG软件的仿真功能对后处理程序进行模拟，用UG数控仿真软件对加工过程进行仿真，检查优化其加工工艺的合理性，有效地提高机床的加工效率和模具加工质量。

2.3 虚拟现实仿真技术进行虚拟装配实践教学的应用研究

在虚拟仿真实训室开展模具虚拟拆装和装配的实践教学研究，包括进行产品装配建模、装配路径与顺序的设计、零件装配过程运动分析等内容。

通过虚拟实训室，开展模具结构的拆装实验，模具成型过程的运动仿真，模具知识的索引等实践教学环节的教学研究。对UG软件进行二次开发，开发出模具结构认知与虚拟拆装软件系统，完成典型模具的虚拟装配等实践环节的教学。

3 虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题

3.1 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。

3.2 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。

3.3 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。

4 结束语

随着科学技术的不断进步，虚拟现实仿真技术也进入了一个充满活力和具有广阔市场前景的高新技术领域，它的出现也渐渐取代了传统模式中许多教学的新方法与新手段。目前，利用我院现有和二次开发虚拟现实仿真实训软件系统，进一步完善学院虚拟仿真实训室的硬件和软件设施，构建虚拟实训室崭新的教学与学习场景，实施机电产品虚拟仿真设计、制造、装配等模块实践教学的应用与研究。对提高我院课堂教学改革实践效果，具有深远的意义。

参考文献：

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程试验中的应用[J].实验技术与管理，2011（08）.

[2]夏平均，姚英学.虚拟装配的研究综述与分析（Ⅱ）[J].哈尔滨工业大学学报，2008（06）.

[3]尹湛华，朱海洋.虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J].南昌高专学报，2008（08）.

作者简介：

林春蕾（1978-），女，浙江东阳人，研究生，讲师，主要研究方向：计算机辅助设计。