基于3DVIA的計算機輔助教學系統的研究

王迪 孫立強 朱紅波 李凡 高翔

摘 要：結合工業現場以3DVIA為虛擬仿真平臺開發一套齒輪泵的計算機輔助教學系統。利用Solidworks軟件建模并裝配，并將模型導入到3DVIA平臺上，與工業現場維修技師共同開發人機互動輔助教學系統。通過虛擬操作可以更加清晰齒輪泵的工作原理、零部件結構、裝配關系及拆卸流程。使用虛擬拆裝讓枯燥的現場拆裝更加高效、趣味、生動、形象，減少了技術改造時間也增加了企業員工的創新思維。

關鍵詞：3DVIA;齒輪泵;實踐教學;虛擬拆裝

中圖分類號：TP 391 文獻標識碼：A

齒輪泵是一種容積式泵，它以結構緊湊、自吸性好、工作可靠、適合輸送粘稠性液體，廣泛應用于工業現場各大型機組的潤滑系統。日常檢修包括：檢查軸封，必要時更換密封元件;調整壓蓋間隙或修理機械密封;檢查清洗入口過濾器;檢查及修理齒輪副、齒輪軸、端蓋;檢查及修理軸承、聯軸器、殼體和填料壓蓋等。由于現場檢修人員要經常對齒輪泵進行拆裝，以達到對該設備的日常檢測和維修，但由于現場的工作環境惡劣，齒輪泵內部往往都是粘稠的油污，特別對于新員工來說，無法了解其裝配關系，也對其頻繁拆裝產生了厭煩，更不愿意用大量時間去研究技術改造和技術創新。充分利用計算機信息技術進行交流互動是計算機輔助教學系統重要應用，其主要利用計算機的人機互動對話，通過對圖像、文字、聲音、動畫等多種媒體技術進行教學的呈現和傳遞。[1]在計算機輔助教學系統下，每一位員工都可以在虛擬環境中對該設備進行虛擬拆裝，這些手動操作和視覺畫面深刻的印象在腦海中，加深學習內容理解，增強了實踐活動的主動性、趣味性。

1 虛擬展示設計

隨著現代科技信息技術的發展，借助計算機輔助教學模式已成為必然趨勢，三維虛擬展示以其獨有的魅力將取代傳統二維展示。三維虛擬展示以計算機媒體為依托，對產品展示具有全面性、高效性、開放性和體驗性等特征。[2]在計算機輔助教學系統下，通過展示齒輪泵的3D模型，并且通過設置截面剖視圖、局部透明度，視頻動畫來清晰了解設備的裝配關系及工作原理。結合工業現場齒輪泵的拆裝作業指導書，讓員工對其3D模型在虛擬環境中進行拆裝，對設備內部結構及拆裝流程有更深刻的認識，最終達到較高的學習效率和較好學習效果。如齒輪泵簡圖如圖1所示，主要由泵體、安全閥體、軸承、機械密封、主動軸、從動軸、主動齒輪、從動齒輪、浮板、前后泵蓋、對輪、底座等幾部分組成。在進行虛擬展示時可以對齒輪泵進行內部結構進行可視化設置如圖2所示，通過虛擬展示可以從視覺上獲取所需要的各種信息。

2 虛擬拆裝設計

虛擬拆裝充分調動了人的腦感與視覺，具有極強的真實性和交互性，允許每一位員工根據自己不同的視角設計出不同拆裝方案，并結合工業現場真實拆裝對比分析，及時發現問題并進行糾正，拆卸順序及步驟一目了然。例如圖3、圖4分別為拆卸的齒輪泵對輪、齒輪泵前泵蓋，根據自己的個性設置，在虛擬拆裝過程中可以對設備進行移動、旋轉、放大和縮小等操作，同時也可以對以往的步驟進行更改和回放。通過虛擬拆裝操作過程增強了員工的理解和創新能力，提高了計算機操作能力和當前信息化知識儲備能力，激發員工的求知欲和參與科研實踐開發的熱情，當前一些行業技能大賽也逐漸從實體操作向著虛擬產品數字化操作方面過渡。

3 結論

通過計算機輔助教學系統對齒輪泵進行3D建模并虛擬設置，使枯燥的動手拆裝變為虛擬拆裝，讓員工更清晰了解設備的裝配關系及工作原理，通過對計算機操作就可對模型進行渲染、標識、放大、縮小、旋轉、拆解、組裝等工作，完成個性化設置工作任務，提高計算機操作水平和設備結構的認知效率，使傳遞的知識更加豐富。

參考文獻：

[1]張俊蘭，劉雪玲.目前高校多媒體CAI教學模式淺析[J].山西高等學校社會科學學報，2002（04）：92-93.

[2]王軍良，解宇鵬，王仲勛，宮晨亮，蔣曉東，胡瑋.基于SolidWorks Composer的齒輪泵虛擬設計與展示[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2018，36（06）：42-47.