本文摘要：摘要：VR技術(shù)屬于我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展下一類智能化的數(shù)字人機接口技術(shù)，通過人機交互設(shè)備的有效使用，和虛擬環(huán)境中所存在的模型互相發(fā)生作用，實現(xiàn)動態(tài)化的實時數(shù)據(jù)交流以及沉浸式地體驗。將VR技術(shù)使用在航空機電設(shè)備維修專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)中，可以將飛機起落架收放系統(tǒng)
摘要：VR技術(shù)屬于我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展下一類智能化的數(shù)字人機接口技術(shù)，通過人機交互設(shè)備的有效使用，和虛擬環(huán)境中所存在的模型互相發(fā)生作用，實現(xiàn)動態(tài)化的實時數(shù)據(jù)交流以及沉浸式地體驗。將VR技術(shù)使用在航空機電設(shè)備維修專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)中，可以將飛機起落架收放系統(tǒng)作為其融入VR技術(shù)的著力點，建立虛擬化航空機電設(shè)備維修平臺，滿足實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，達到更加標(biāo)準(zhǔn)的實訓(xùn)教學(xué)效率，節(jié)省實訓(xùn)所需要花費的成本投入。
關(guān)鍵詞：VR技術(shù);航空機電設(shè)備;維修實訓(xùn);應(yīng)用研究
0引言
在航空機電設(shè)備維修專業(yè)的課程教學(xué)中，通常將其分為理論知識的傳授以及相關(guān)設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)。對于理論知識的傳遞來說，教師可以通過理論知識的講解以及計算機輔助培訓(xùn)兩者互相融合的教學(xué)模式來開展教學(xué)活動，而對于維修機電設(shè)備的實訓(xùn)教學(xué)，則可以運用設(shè)備實物和模擬器兩者之間有機融合的教學(xué)方式。
但是這樣的實訓(xùn)教學(xué)模式不管是在教學(xué)質(zhì)量還是教學(xué)效率以及實訓(xùn)成本投入上，都存在著非常多的缺陷和不足。但是將VR技術(shù)融入航空機電設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)中，則能夠有效彌補這一缺陷，并實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的全面提升，促使學(xué)生提高自身的動手實踐水平，培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)的航空機電設(shè)備維修人才。
1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概況
VR技術(shù)由于其能夠帶給人身臨其境般的沉浸式體驗，因此也被稱之為臨境技術(shù)。VR技術(shù)的實現(xiàn)主要是通過電腦來建立出一個三維立體化的虛擬空間，以此來讓相關(guān)的使用人員具備一種身臨其境的感覺，在感官體驗上獲得沉浸式地體驗，隨后通過頭盔式顯示器以及手勢操作等模式，感受虛擬世界中的虛擬物體，實現(xiàn)場景的實時性交互，為相關(guān)的使用人員帶來一種身臨其境般地體驗。
從本質(zhì)上來說，VR技術(shù)是我國正式進入到信息化時代之后，仿真技術(shù)發(fā)展的必然發(fā)展路徑，同時跟多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有著非常緊密的內(nèi)在聯(lián)系，也是我國現(xiàn)階段具備最大挑戰(zhàn)性同時在整個信息技術(shù)領(lǐng)域最為熱門的研究課題，屬于信息時代較為先進化的智能交叉技術(shù)，受到相關(guān)信息領(lǐng)域以及社會大眾的普遍關(guān)注。早在1965年，在《終極的顯示》中，首次詳細講解了由力反饋設(shè)計、聲音提示、交互圖形顯示的全面性綜合系統(tǒng)，在這次闡述中，也代表著VR技術(shù)系統(tǒng)開始了其發(fā)展之路，整體的系統(tǒng)設(shè)計開始出現(xiàn)了雛形。等到上世紀(jì)七十年代之后，出現(xiàn)了首個具備系統(tǒng)功能的HMD系統(tǒng)，也就是頭盔顯示器系統(tǒng)。
綜合在1965年有關(guān)VR技術(shù)系統(tǒng)在學(xué)術(shù)理論上的技術(shù)研究成果，賈朗拉尼爾曾經(jīng)明確指出VR技術(shù)和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真正含義，在整個學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域造成了非常大的反響。等到上世紀(jì)八十年代，美國宇航局(NASA)和美國國防部，針對VR技術(shù)進行更加深入的研究和分析，獲得了非常顯著的研究成果;等到上世紀(jì)九十年代，隨著計算機硬件技術(shù)高速發(fā)展和進步，計算機軟件系統(tǒng)的更新速度也越來越快，為后續(xù)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)集合圖像和聲音的動畫制作打下了堅實的基礎(chǔ)。
我國的VR技術(shù)相關(guān)課題研究是從20世紀(jì)90年代開始，由于VR技術(shù)具備一定的3I特征，也就是共享性、交互性以及沉浸性，被教育行業(yè)的相關(guān)研究人員認(rèn)為是一類創(chuàng)新型的認(rèn)知工具，并將其運用在相關(guān)的教學(xué)活動中。若是能夠?qū)R技術(shù)使用在高校的實訓(xùn)教學(xué)活動中，能夠?qū)鹘y(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)理念進行進一步的改革和創(chuàng)新，通過虛擬化的實訓(xùn)教學(xué)，能夠在高校的學(xué)生步入到社會崗 位之前，首先就體驗到就業(yè)的實踐工作，對于進一步解決我國各大高校在實踐教學(xué)中存在的問題和缺陷具備著非常重要的現(xiàn)實意義。
2航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀
首先是實訓(xùn)的內(nèi)容較多，但是整體的教學(xué)條件卻存在缺陷。航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)中的教學(xué)內(nèi)容比較多，整體的設(shè)備維修包含了飛機各個系統(tǒng)，比如齒輪的軌道修理以及各種零件部件的拆裝和修復(fù)，但是大多數(shù)的學(xué)校卻沒有提供待修理的齒輪以及導(dǎo)軌這樣的零件。對于大多數(shù)的學(xué)校來說，在進行實訓(xùn)教學(xué)時整體的工作臺數(shù)量不足，教師也只能夠?qū)ζ溥M行展示，無法滿足學(xué)生的現(xiàn)場拆解需求，更加無法提及進行維護修理實訓(xùn)學(xué)習(xí)。
其次是實訓(xùn)教學(xué)活動不夠深入，對于傳統(tǒng)的教學(xué)輔助手段使用效果比較差。在傳統(tǒng)的航空機電設(shè)備實訓(xùn)教學(xué)活動中，受到各種外界因素的深遠影響，無法深入到設(shè)備的內(nèi)部展開更加細致化的修理和教學(xué)。在正式展開實踐活動之前，教師只能夠通過PPT以及短視頻講解的模式，講解實訓(xùn)中所使用到的設(shè)備和零件。但是由于圖片和視頻在拍攝角度上不夠細致化，難免會存在漏洞，和學(xué)生的互動性也比較差，最終所能夠獲得到的學(xué)習(xí)成果也可想而知。
再次，實訓(xùn)教育活動師資力量嚴(yán)重不足，無法實現(xiàn)分層次的教學(xué)�，F(xiàn)階段航空機電設(shè)備的維修實訓(xùn)教學(xué)大多數(shù)都是大班授課、一刀切的教學(xué)形式，教師分批來對實訓(xùn)內(nèi)容進行操作和演示，隨后再讓學(xué)生劃分為若干個小組展開實訓(xùn)學(xué)習(xí)，基本上所有的學(xué)生在學(xué)習(xí)進程上保持一致，無法對自己的學(xué)習(xí)進度進行調(diào)整和優(yōu)化，導(dǎo)致最終的實訓(xùn)教學(xué)工作無法實現(xiàn)分層次教學(xué)，最終獲得的實訓(xùn)質(zhì)量也無法提升，甚至?xí)霈F(xiàn)教學(xué)質(zhì)量下降的問題。
最后，學(xué)校和學(xué)校之間的實訓(xùn)教學(xué)差異性較大，無法實現(xiàn)教學(xué)資源的共享。航空機電設(shè)備課程的實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量取決于當(dāng)前院校的實訓(xùn)基地設(shè)備水平，但是不同院校在實訓(xùn)基地的設(shè)計上存在著非常明顯的差異性，最終能夠獲得的實訓(xùn)教學(xué)成果也有所不同，無法幫助各個學(xué)校之間實現(xiàn)資源的共享和傳遞。
3虛擬維修環(huán)境的應(yīng)用價值
3.1提高實訓(xùn)能力，擴展教學(xué)維度
將VR技術(shù)使用在航空機電設(shè)備的維修實訓(xùn)教學(xué)活動中，能夠通過運用虛擬維修教學(xué)平臺的相關(guān)功能，實現(xiàn)學(xué)習(xí)的交互式的零件分解，并能夠在教師創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，對各種航空機電設(shè)備的零件和部件進行組裝、調(diào)整，尤其是航空機電設(shè)備維修過程中無法進行拆分的部件，例如航空發(fā)動機的主泵以及起動機的齒輪更換，還包括飛機起落架收放系統(tǒng)的操作等等，都能夠通過VR技術(shù)的有效使用，使得整體的實訓(xùn)教學(xué)水平被進一步優(yōu)化，教學(xué)途徑也被全面拓寬。
3.2提升實操體驗，激勵學(xué)生參與
在航空機電設(shè)備的實訓(xùn)教學(xué)活動中，學(xué)生通過虛擬維修教學(xué)系統(tǒng)能夠綜合自身的知識掌握情況來選擇在實訓(xùn)操作過程中的操作環(huán)節(jié)和操作難度，展開重復(fù)性的機電設(shè)備維修模擬訓(xùn)練。在操作過程中各項數(shù)據(jù)信息也會被詳細地記錄，最終生成數(shù)據(jù)回放，能夠方便學(xué)生展開重復(fù)性的復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)，掌握機電設(shè)備結(jié)構(gòu)維修的具體細節(jié)以及維護的工作流程，確保學(xué)生的機電設(shè)備維修實訓(xùn)成果。
3.3繁復(fù)程序簡單化，危險步驟安全化
在航空機電設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)活動中，個別的科目準(zhǔn)備時間比較長，同時操作難度系數(shù)較大，其中存在的危 險步驟程序也比較復(fù)雜，但是通過VR技術(shù)來建立虛擬現(xiàn)實平臺，能夠讓學(xué)生的實訓(xùn)教學(xué)活動在安全的環(huán)境下開展，讓學(xué)生能夠通過沉浸式地體驗掌握到正確的操作模式和錯誤的操作模式，讓學(xué)生對于實訓(xùn)教學(xué)活動的印象更加深刻。
3.4網(wǎng)絡(luò)化實訓(xùn)教學(xué)，為航空維修等多行業(yè)提供人才保障
不同地區(qū)、不同院校的實訓(xùn)情況以及師資力量都存在著非常明顯的差別，在航空機電設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)活動中，通過VR技術(shù)的有效使用，能夠使得各大高校實現(xiàn)實訓(xùn)經(jīng)驗的互相借鑒和學(xué)習(xí)，也展現(xiàn)出自身在教學(xué)上的優(yōu)勢和價值，甚至可以在同類型的院校內(nèi)組織與航空機電設(shè)備相關(guān)的維修云比賽，全面節(jié)省我國的社會資源和教學(xué)資源，同時也能夠進一步迎合航空事業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)出更多的航空機電設(shè)備維修人才。
4虛擬維修環(huán)境的實現(xiàn)
起落架裝置的存在是為了能夠讓飛機實現(xiàn)停放、起飛和著陸，是飛機的重點支撐部件，能夠有效降低甚至是消解飛機在進行降落時所出現(xiàn)的巨大負(fù)載。除此之外，還能夠有效減少飛機在地面靜止或者是在移動的過程中飛行器所受到的動載荷以及負(fù)載荷，使得飛機的整體結(jié)構(gòu)能夠始終保持在完整的狀態(tài)下，優(yōu)化飛機的生命和使用周期，因此，對于整個飛機來說，航空器的起落架是其中的重點部件，起落架主要包括兩大部分，分別為主體結(jié)構(gòu)和附件行的部附件，尤其是在飛機的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)系統(tǒng)以及剎車系統(tǒng)上。
從本質(zhì)上來說，起落架的主體結(jié)構(gòu)是整個飛機的重點受力部位，將會直接影響到機構(gòu)傳統(tǒng)系統(tǒng)的實際運行狀況，因此在進行飛機起落架主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和運轉(zhuǎn)過程中，需要對其給到足夠的關(guān)注和重視。通過相關(guān)的研究數(shù)據(jù)能夠得知，在飛機的各種故障和安全事件中，大約有40%以上的故障問題都是由于飛機起落架出現(xiàn)故障問題所引起的。而通過了解飛機起落架的各個工作部件能夠了解到，收放機構(gòu)失去效用的概率能夠高達34.4%，因此，需要進一步強化對飛機起落架中收放機構(gòu)的深入研究和探討。
在高校的航空機電設(shè)備維修專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)活動中，需要將起落架的收放系統(tǒng)放置在教學(xué)內(nèi)容中的重點位置，通過VR技術(shù)的有效使用，讓航空機電設(shè)備的維修實訓(xùn)教學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N創(chuàng)新同時成本較低的實訓(xùn)教學(xué)手段。伴隨著我國虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，在這一領(lǐng)域的理論知識研究和相關(guān)的實踐操作應(yīng)用也得到了非常迅猛地發(fā)展，逐漸由傳統(tǒng)的基本航空器設(shè)計工作進步到了航空器運用日常維修常規(guī)檢查全流程中�，F(xiàn)如今，虛擬仿真技術(shù)開始越來越多地使用在航空器維修工作上，但是高校在展開實訓(xùn)教學(xué)活動時，卻沒有相關(guān)的實訓(xùn)途徑。
因此，對于傳統(tǒng)航空機電設(shè)備維修中所存在的各種問題，例如維修工具較為短缺、實訓(xùn)設(shè)備成本投入較高、實訓(xùn)教學(xué)活動對環(huán)境造成損害的問題，若是能夠?qū)R技術(shù)有效地結(jié)合航空機電設(shè)備的虛擬維修實訓(xùn)活動，對于進一步優(yōu)化航空專業(yè)學(xué)生的維修技術(shù)水平、降低實訓(xùn)成本投入來說，具備著非常重要的現(xiàn)實意義。而文章將以航空機電設(shè)備中的飛機起落架收放系統(tǒng)作為實際案例，進一步深入探索和研究將VR技術(shù)使用在航空機電設(shè)備維修專業(yè)實訓(xùn)課程的實現(xiàn)路徑以及實現(xiàn)方式。
4.1研究對象
以某學(xué)校的航空工程實訓(xùn)中心的波音737飛機前起落架作為本文的研究對象。對飛機起落收放系統(tǒng)架進行拆解，將其中的各個部件以及零件展開精細化的測量檢查，隨后對其進行相應(yīng)的簡化處理，將其中無用的輔助構(gòu)件去除，運用3D仿真軟件SolidWorks來建立3D立體虛擬化模型。
4.2虛擬維修過程實現(xiàn)及特點
從飛機起落架的零部件構(gòu)成上來進行分析，飛機起落收放系統(tǒng)是建立虛擬維修環(huán)境的重點軟件部分，主要涵蓋了虛擬工具以及建模軟件等等，在硬件上主要涵蓋了動作捕捉設(shè)備以及立體顯示設(shè)備�；诒碇械挠布蛙浖嚓P(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，本文建立了基于VR技術(shù)的起落架收放系統(tǒng)虛擬化實訓(xùn)維修平臺，在整個虛擬維修實訓(xùn)平臺中，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)學(xué)生的考核評估，并能夠展開實時性的實訓(xùn)教學(xué)活動。
虛擬實訓(xùn)軟件的有效使用，能夠在計算機系統(tǒng)中建立三維立體化的航空機電設(shè)備虛擬維修場景，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)的使用，自如選擇航空機電設(shè)備維修虛擬環(huán)境中的設(shè)備維修工具，并能夠展開沉浸式的軟件拆解、軟件安裝，隨時對各種零部件進行更換，以此來滿足各個航空機電設(shè)備維修項目的實現(xiàn)教學(xué)活動，并達到相關(guān)的考核標(biāo)準(zhǔn)。航空機電設(shè)備虛擬維修環(huán)境的建立和運轉(zhuǎn)，需要與虛擬維修程序相關(guān)的硬件設(shè)備，包含工作站空間捕捉設(shè)備以及個人計算機組等等。
5VR技術(shù)應(yīng)用在實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)注意的問題
5.1加強教師對課堂地把控VR技術(shù)的使用雖然能夠為航空機電設(shè)備的維修實訓(xùn)課堂帶來教學(xué)的便利性，但是也有可能逐漸降低教師對課堂地把控水平。因此需要在航空機電設(shè)備的實訓(xùn)教學(xué)活動中，避免學(xué)生過度沉浸在設(shè)備中，忽略了理論知識的學(xué)習(xí)。需要在其中設(shè)計出能夠讓師生進行溝通和交流的反饋功能，教師也能夠隨時隨地對學(xué)生的知識掌握狀況和學(xué)習(xí)進度進行查看，及時展開雙向性地溝通和交流，強化教師對整個課堂地把控水平，保障航空機電設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)活動教學(xué)成果和教學(xué)質(zhì)量。
5.2正確處理虛擬和現(xiàn)實的關(guān)系VR技術(shù)的使用能夠讓學(xué)生通過VR軟件來展開實時性的交互性航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)，但是這樣的虛擬維修環(huán)境畢竟和現(xiàn)實還是存在一定的差異性，并不能夠完全模擬出現(xiàn)實維修環(huán)境，因此VR技術(shù)的使用只是輔助教學(xué)工具，教師需要了解到實訓(xùn)課堂的教學(xué)成果并不是完全由VR技術(shù)的使用所決定。教師可以通過VR技術(shù)的使用，綜合現(xiàn)階段的實踐課程教學(xué)現(xiàn)狀，進一步強化學(xué)生的動手實踐能力。
5.3關(guān)注學(xué)生的健康現(xiàn)階段，VR技術(shù)運用在航空今天設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)活動中，學(xué)生的眼睛處于完全封閉的虛擬環(huán)境下，需要在課堂教學(xué)時間內(nèi)長時間的佩戴各種虛擬軟件設(shè)備，會進一步加劇學(xué)生的眼睛壓力，對他們的身體健康造成一定的不利影響。因此，教師通過VR技術(shù)來展開航空機電設(shè)備維修的實訓(xùn)教學(xué)活動時，需要科學(xué)合理地使用VR技術(shù)，在確保學(xué)生身體健康的基礎(chǔ)條件下，進一步強化航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)的教學(xué)成果。
6結(jié)論
綜上所述，本文將飛機起落架的收放系統(tǒng)作為實際案例，講解了將VR技術(shù)運用在航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)教學(xué)活動中的實現(xiàn)路徑。通過VR技術(shù)創(chuàng)建實訓(xùn)的虛擬環(huán)境，能夠讓學(xué)生全方位掌握收放系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及維修的實踐技能，掌握操作的規(guī)范，進一步了解航空維修工作的具體工作內(nèi)容，并更加深刻地了解到操作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此值得在航空機電設(shè)備維修實訓(xùn)課程中進行推廣和運用，培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)的航空機電設(shè)備維修專業(yè)人才。
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作者：尚金龍SHANGJin-long;任斌斌RENBin-bin
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