虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

張寶艷

摘 要：對(duì)機(jī)電專業(yè)教育來說，理論知識(shí)掌握深度以及實(shí)踐能力都是重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。教學(xué)過程中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用可以改善教學(xué)過程中遇到的各種問題，提高教學(xué)直觀性和針對(duì)性，幫助學(xué)生理解技術(shù)原理和技術(shù)概念。本文分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，利用真實(shí)PLC、3D仿真系統(tǒng)，幫助學(xué)生更加深入了解控制器編程情況。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);電氣自動(dòng)化教學(xué);應(yīng)用

所謂的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際上就是對(duì)人工智能、計(jì)算機(jī)圖形、傳感器、人機(jī)接口等諸多技術(shù)的綜合利用。人機(jī)交互技術(shù)在人際關(guān)系、自然關(guān)系、知識(shí)探索的過程中發(fā)揮著巨大作用?，F(xiàn)如今人機(jī)交互早已從過去的視覺感知發(fā)展到了綜合感知，為人們提供了豐富的信息獲取途徑與感知途徑。從過去的鍵盤輸入到現(xiàn)在的視角、動(dòng)作、語(yǔ)音、手勢(shì)等各種各樣輸入途徑的轉(zhuǎn)變提高了虛擬現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)性。

一、自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

（一）提高虛擬技術(shù)實(shí)訓(xùn)效率

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無(wú)法在實(shí)訓(xùn)活動(dòng)中徹底取代實(shí)物教學(xué)，但是因機(jī)電專業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)關(guān)聯(lián)十分密切。所以充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍舊能夠發(fā)揮非常巨大的作用，控制實(shí)物教學(xué)的投入。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能合理安排實(shí)訓(xùn)任務(wù)^[1]，保障實(shí)訓(xùn)效率，體現(xiàn)實(shí)物教學(xué)實(shí)訓(xùn)價(jià)值。

目前許多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都已經(jīng)被用在教學(xué)中取代實(shí)物。比如PLC系統(tǒng)當(dāng)中最常見的工業(yè)觸摸屏。工業(yè)觸摸屏面板的設(shè)置以及功能運(yùn)行均可以利用計(jì)算機(jī)模擬軟件呈現(xiàn)，二者有著同樣的感知效果。也就是說學(xué)生操作計(jì)算機(jī)軟件就能獲得與操作工業(yè)觸摸屏一樣的實(shí)訓(xùn)效果，有效節(jié)省與控制了實(shí)訓(xùn)教學(xué)投入。

（二）虛擬技術(shù)實(shí)驗(yàn)

受自身特性影響，機(jī)電專業(yè)通常并沒有多少探索性實(shí)驗(yàn)。絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)^[2]。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)為的是在實(shí)驗(yàn)過程中提升知識(shí)的記憶水平與理解深度。但實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法切實(shí)提高學(xué)生動(dòng)手素質(zhì)。近些年還有很多學(xué)校在不斷壓縮實(shí)驗(yàn)課時(shí)，實(shí)驗(yàn)教育質(zhì)量得不到保障。

實(shí)驗(yàn)是必不可少的教學(xué)項(xiàng)目，能夠有效提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)、思維水平以及創(chuàng)新意識(shí)。教師可以帶領(lǐng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)操作各種驗(yàn)證試驗(yàn)，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)以及教學(xué)目標(biāo)。

（三）虛擬技術(shù)理論教學(xué)

過去國(guó)內(nèi)各大院校在理論教學(xué)中更追求的是適度條件，可是受各種因素影響，教學(xué)課時(shí)在近些年不斷減少，許多基礎(chǔ)性知識(shí)教師都沒有講清楚，學(xué)生對(duì)于理論內(nèi)容一頭霧水。在科技的進(jìn)步下，如今多媒體技術(shù)已經(jīng)成功進(jìn)入各大院校。理論教學(xué)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件^[3]。比如KcilC-51直觀展示單片機(jī)寄存器功能、內(nèi)部條令。這對(duì)學(xué)生了解51單片機(jī)來說有很好的幫助。

二、項(xiàng)目現(xiàn)狀和分析

PLC程序使用WIFI或以太網(wǎng)連接控制器，對(duì)各種仿真設(shè)備操控保障了實(shí)驗(yàn)安全性與真實(shí)性。3D仿真平臺(tái)包括四大部分，分別是PLC編程、3D仿真現(xiàn)場(chǎng)、控制器、PLC與變頻器。如圖1所示。

使用自動(dòng)化軟件編程，實(shí)況調(diào)試PLC控制器，衍射自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)。如單容水箱使用編程利用PID控制水位，保障水位處于理想狀態(tài)。PLC程序控制外部控制器，如3D電梯邏輯控制實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只需要操作控制器按鈕就可以讓電梯進(jìn)行上行與下行。

三、技術(shù)方案與進(jìn)度

為滿足工業(yè)化控制需求，可以用下述幾種方案。

第一種常規(guī)模式，利用控制器操作使用自動(dòng)化編程制作的PLC程序，隨后用控制器控制仿真設(shè)備，兼顧與保障實(shí)驗(yàn)安全、真實(shí)。

第二種多機(jī)模式。使用編程軟件編制PLC程序，隨后使用控制器使用WIFI或以太網(wǎng)控制3D仿真現(xiàn)場(chǎng)。

第三種兼容設(shè)備。使用控制器操作PLC程序，控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備。這種模式能夠充分結(jié)合現(xiàn)實(shí)設(shè)備。

第四種兼容控制器。使用電腦對(duì)程序進(jìn)行編寫，并將其導(dǎo)入PLC程序。使用控制器控制仿真現(xiàn)場(chǎng)，拓展更多的控制對(duì)象。

機(jī)電專業(yè)課程需要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，帶給學(xué)生更多元的學(xué)習(xí)途徑、操作空間。在3D仿真平臺(tái)下，學(xué)生獲得了靈活多變、小巧真實(shí)、靈活耐用、安全實(shí)用的操作環(huán)境，能夠極大提高教學(xué)有效性、實(shí)踐有效性。

參考文獻(xiàn)

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