對于虛擬現實技術在數控技術教學中的應用分析

4.3虛擬現實技術變革了傳統學習方式——營造開放性的網上探索學習

運用虛擬現實技術，突破傳統教科書的限制，使每一位學習者都可以根據自己的學習特點，在自己方便的時間從互聯網上自由地選擇適合的學習資源，按照適合于自己的方式和速度進行學習，這種探索性的學習，有利于激發學生的創造性思維，使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識，從而提高學習者的動力。

4.4虛擬現實技術豐富了課堂教學內容——展示全方位、多角度的教學內容

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

4.5虛擬現實技術節約了有限的教育成本——開展虛擬實驗、進行虛擬生產

虛擬各種實驗設備、實訓環境和操作過程，使大多數課程可以在虛擬實驗室中進行，大多數的技能可以在虛擬實訓車間中進行訓練，從而不必購置昂貴的實驗實訓設備。可以在節約大量昂貴的儀器設備費用的前提下，解決在教學中，因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的原因而無法進行的教學實驗，虛擬訓練又可避免實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節約教育成本。

5 虛擬現實技術在數控技術教學中的應用

隨著我國經濟建設的飛速發展，社會各行業對制造業提出了更高的要求，數控技術是現代機械制造業的核心技術，其技術的應用水平將直接影響產品的加工水平。在現今數控技術人才極度缺乏的情況下，如何將最新、最實用的數控技術高效地傳授給數控技術學習者，是數控技術教學要著重考慮的問題。由于數控技術教學和培訓都離不開數控機床，而數控機床本身價格比較昂貴，限制了學校的購買能力，若采用計算機建模和仿真技術來模擬實際的數控加工環境，同樣可以讓學生盡快熟悉數控機床的加工環境與真實的加工過程，從而提高數控技術的教學效果和教學質量。虛擬現實技術可從以下幾方面應用在數控技術教學上。

5.1利用虛擬現實技術實現數控教學儀器、設備、加工產品的立體展示

在傳統教學中，學生只有通過在書本上察看各種教學儀器設備的平面圖形，或在現場觀察實際的教學設備外形來獲得各種感性認識。平面的圖形限制了學生的空間想象能力，實際現場教學又增加了學校的投入。采用使用虛擬現實，我們可以構建一個與實物同樣的三維物體，如采用Pro/E建模，將各種教學儀器、設備和產品進行實物虛化，將這些物體以立體形式存放在虛擬教室中，我們只要進入這個虛擬空間，就可隨時隨地地認識這些儀器設備，而且可觀察到設備內部的結構，可輔助數控技術教學的學習過程，增強理解能力，提高學習效果。

5.2利用虛擬現實技術進行模擬實驗和仿真教學

在教學中，許多昂貴的實驗、培訓器材，由于受價格的限制而無法普及或有許多實驗是根本不可能做的，如果利用虛擬現實技術，建立虛擬實驗室，學習者便可以走進這個虛擬實驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，如進行各種虛擬的數控系統的連接與組裝。這種實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿意結果。虛擬實驗室的另一優點還在于其絕對的安全性，不會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，制作虛擬仿真軟件，在多媒體計算機上進行數控機床操作面板的認識操作訓練，進行模擬編程訓練并產生加工結果的仿真，可有效地解決教育機構實驗條件與實驗需求，實驗效果之間的矛盾。

5.3利用虛擬現實技術實現的數控加工仿真教學系統

隨著虛擬現實技術及計算機技術的發展，出現了可以模擬實際數控機床加工環境及其工作狀態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，通過實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態切削演示的實現的全過程。仿真機床操作的整個過程包括：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動操作等內容。 虛擬數控加工仿真教學系統完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數控指令是否正確，能提供與真實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。學習者可身臨其境的操作各類數控加工設備，能有充分的機會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。解決了初學數控技術者需要的大量操作練習，提高了機床操作訓練的時間。把數控加工仿真教學系統引入到教學之中，這樣既可以避免因誤操作造成價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程中產生現場感和真實感。同時由于其成本較低，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，使每位學生都能有足夠多的實踐機會，從而為數控技術教學提供良好的教育平臺。

5.4實現虛擬仿真教學與真實生產加工的聯系

數控加工仿真教學系統既能單機系統獨立運行，又能實現在線運行。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行，而零件切削過程由機床模型通過三維動畫演示。在線運行即機床工作方式，在這種方式下，教學系統將與實際機床連接，由硬件實現零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機床的真實情況一樣。由于數控加工仿真教學系統具有完善的圖形和標準數據接口，用戶既能在真實的環境中運行虛擬機床，又能觀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虛擬現實技術可實現網絡數控培訓及考核

虛擬數控機床強大的網絡功能，可實現遠程教育培訓，它不僅在局域網上具有雙向互動的教學功能，還具有基于互聯網進行雙向互動的遠程教學功能，數據傳送可以采用衛星、寬帶等方式進行。這使得數控培訓遠程教學名副其實，而且還可采用遠程網絡學習、作業、考試等功能，并實現答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實現無紙化的考核與測評。