基于虚拟现实技术的企业认知实践教学设计与仿真实验开发

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　　摘要：机械类专业学生企业认知学习的目标和任务是使学生了解企业生产和工作环境，增加学生对机械专业工作岗位群的感性认识，并通过理论联系实际初步培养学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，为今后进一步学好各门专业课奠定基础。而由于实习学生人数多、学生实习既耽误工作又妨碍生产，因此很多企业都不太愿意接收学生在企业实习，实习企业难找是目前大部分机械类专业面临的共性问题。本论文针对实习企业难找的问题，利用虚拟现实技术设计了以真实存在企业环境为基础的虚拟认知实践教学环境，并开发了可完成仿真实验的数字化虚拟工厂。基于虚拟现实技术的数字化工厂有效解决了学生实习企业难找的问题，为实习学生提供了不到工厂也能参观企业的各个部门及生产车间、了解生产流程、熟悉各类生产设备和工艺的平台。
　　关键词：企业实习;虚拟现实;企业认知实践;虚拟工厂
　　中图分类号：G646     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）21-0023-02
　　 一、绪论
　　企业生产实习是机械类专业在走向社会之前必须要完成的一项课程任务。作为企业实习的一部分，企业认知实习一般安排在大学一年级阶段，它让学生通过对企业的感性认识提高学生的工程素养，为今后的各门专业课奠定基础。同时，企业认知实习可以让机械类专业的学生通过项目和工作来面对真实的产品加工和生产过程，并在这个过程中通过应用和创新知识，从而获得专业技术、综合能力、职业意识的全面提高，是完成知识和能力学习的必要方法。然而，“实习时间难保、实习单位难找、实习效果难体现”是目前学生实习的三大“拦路虎”[1]。尤其近几年企业生产自动化程度逐年提高，企业内部结构趋于完善和制度化，接收实习生企业生怕会耽误企业的正常生产和效益。据某调查表明已经有近70%以上的企业已经表明不愿意接收短期实习生[2]。因此，大学生企业生产实习过程中存在着诸多问题需要解决。近几年虚拟现实技术作为一种可以呈现逼真的人工模拟环境的高科技手段广泛应用于包括教育行业在内的各行各业。华南理工大学的胡杜泽在其硕士毕业论文中基于Flex将虚拟现实技术应用到了虚拟教学系统中[3]。刘裕和张伟凯基于三维虚拟现实技术及真实的教学实验平台研究和开发了可用于投入教学环节的虚拟实验平台[4，5]。基于大学生实习难的问题，本研究通过虚拟现实技术开发了可以进行认知实习的虚拟企业环境以及虚拟数字化实习工厂。
　　二、虚拟实践环境建模
　　在虚拟现实技术的应用过程中很重要的一点就是必须有现实的环境作为虚拟环境的复制对象，而在本论文当中将温州大学国家级校外实践基地HX集团作为了真实实习环境的复制对象。为了更加真实地反应企业的环境和生产流程，到企业实地测量、照片拍摄等大量的取材工作。图1表示真实企业大楼外观和以完成的虚拟环境下企业大楼的外观对比。图中可以看出，在虚拟环境下的企业生产大楼和实际企业的大楼外观相似度极高，并且充分真实地体现了实际的企业外观环境。这些为在虚拟环境下实习的学生增强了实习的真实感，为今后的实际企业生活提供了实践基础。不仅如此，在具体的生产流程以及生产设备的模型建立上都做到了基本和实际模型结构一致、操作流程跟实际设备的流程一致。同时在虚拟环境下可以做到全方位观察到具体的设备运行，犹如身临其境。
　　三、虚拟实习过程分析
　　实习流程和内容方面也根据企业实际实习流程和实习项目进行了针对性的详细设计，主要包括企业内部环境构造和布局的参观、熟知员工培训手册、设备操作和工艺流程学习等方面。虚拟环境下对HX集团认识实践教学内容主要有：（1）大屏幕实践教学展示;（2）企业环境以及布局认识;（3）数字工厂下企业各项业务学习;（4）学习内容考核。在大屏幕实践教学展示环节，授课教师首先会对硬件系统的使用方法进行讲解，然后，在虚拟环境下对整个企业的布局和环境进行介绍;其次，会选择一个比较代表性的生产流程进行介绍;最后对数字化工厂模块的使用方法和考核方法进行讲解。教学展示结束后将进入学生实际操作阶段。该阶段学生首先通过各自的头盔和手柄进入虚拟场景反复地了解和熟悉工厂的结构以及布局，为今后的实际实习生活打下基础。在数字化工厂环境中，学生必须通过学号和密码登入系统进行从员工培训、维护维修、设备操作、注塑工艺等一系列流程。重要流程的末尾都设置了考核环节，学生必须认真详细地走完所有的过程才能通过考核。比如在注塑工艺过程学习中，必须要熟知缺陷问题、熔体温度、注射压力、注射速度、保压压力、磨具温度的具体数值和范围。在这基础上进行考核并找出故障原因，选择正确的方案。
　　四、虚拟现实环境下实习效果分析
　　通过虚拟实习工厂的建立，可以有效地改善学生的实习环境，避免了传统实习过程中可能发生的危险。从效益方面考虑，虽然在短期内对设备的投资较大，但是从长远考虑，学校不需要为了场地费、交通费以及节约教学经费而烦恼。教学效率方面，学生可以在虚拟现实环境下进行反复操作和模拟训练，大大提高了教学效率。而且，虚拟现实环境下的教学不同于传统的书本教学，学生完完全全是在一个真实生产线的模拟环境下学习，大大提高了学生的学习热情和兴趣。
　　五、结论
　　综上所诉，企业认知实习是机械类专业教学计划中必不可少的一部分。本文通过虚拟现实技术来推动机械类专业学生企业生产实习活动的进行，并获得了较好的实习效果。尤其在实习环境和实习内容上采集了真实企业的数据信息，呈现了企业真实的面貌，真正地体现了虚拟现实环境。
　　参考文献：
　　[1]周萍.工科本科生企业实习问题研究——以H大学光电信息工程专业为例[D].华中科技大学硕士学位论文，2011.
　　[2]許立.政府应为大学生实习护航[J].东北之窗，2009，（4）.
　　[3]胡杜泽.基于Flex的虚拟现实技术在教学中的研究与实现[D].华南理工大学硕士学位论文，2011.
　　[4]刘裕.基于虚拟现实技术的实验课程设计与仿真实验开发[D].宁波大学硕士学位论文，2013.
　　[5]张伟凯.基于实时数字仿真及三维虚拟现实的教学实验平台的开发与应用[D].山东大学硕士学位论文，2014.
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