趙中濤

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710026）

我國高速鐵路運營里程高居世界第一，運輸量大，車輛多，檢修任務(wù)重。因此，每一位鐵路院校畢業(yè)的學(xué)生都必須對鐵路類檢修工作有清晰、整體的認(rèn)知，能夠熟練掌握檢修流程，能快速高效地完成檢修工作，能將理論知識熟練應(yīng)用到檢修過程中，做到兩手抓，兩手硬。為培養(yǎng)出畢業(yè)即可上崗的優(yōu)秀學(xué)生、一流職工，鐵路類職業(yè)院校除了講授理論知識以外，必須讓每一位同學(xué)在校時有實踐鍛煉的機會，有獨自完成檢修工作的經(jīng)驗。因此，一套能完成全部檢修項目的虛擬仿真系統(tǒng)在鐵路院校的教學(xué)中具有重要作用。

1 VR技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

VR技術(shù)是隨著計算機和多媒體技術(shù)發(fā)展而崛起的一門新技術(shù)，應(yīng)用范圍廣，操作簡單，在實踐教學(xué)中具有諸多優(yōu)勢。

1.1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

沉浸式學(xué)習(xí)，有利于提高學(xué)習(xí)興趣。操作者處于一個相對真實的環(huán)境進行實踐操作，自己探索學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)習(xí)主動性，多次重復(fù)練習(xí)，反復(fù)糾錯，加深學(xué)習(xí)記憶。同時避免了大段語言描述的枯燥性以及因講解者語言匱乏、聽課者空間想象力差而導(dǎo)致的聽不懂、耗時間等問題，提升了學(xué)習(xí)效率[1]。

1.2 降低實踐環(huán)節(jié)的危險性

用虛擬仿真軟件可實現(xiàn)多次的重復(fù)練習(xí)，避免因不熟悉檢修流程、設(shè)備、工具等而造成的安全問題。用軟件檢修中可設(shè)置好檢修流程，在操作順序和使用工具出錯時及時告警，避免擴大錯誤，并加深檢修者記憶，保證實踐操作的安全。

1.3 經(jīng)濟性高，使用方便

用虛擬仿真技術(shù)進行實踐操作，一次性投入可多次重復(fù)使用，降低了實踐成本[2]。頭盔式虛擬仿真軟件真實性強，可用于多個檢修場景；非頭盔式檢修設(shè)備只需安裝軟件就可以使用，即用即裝，使用場所靈活。

1.4 占地面積小

用虛擬仿真軟件代替車體結(jié)構(gòu)，縮小了占地面積，解決了場地不足問題。

2 VR技術(shù)在實踐教學(xué)應(yīng)用中尚需解決的問題

2.1 沒有觸覺，體驗效果欠佳

用虛擬仿真軟件進行檢修，只有視覺和聽覺，沒有觸覺，降低了實踐操作的體驗感，導(dǎo)致操作者的代入性低，警惕性低，出錯率和返工率高。

2.2 頭顯與近視眼鏡互斥

用VR進行實踐操作通常要用到VR頭盔，如圖1所示。為保持好的視覺效果，VR頭盔上的眼鏡需保持緊貼眼睛狀態(tài)[3]。但是，配戴有近視眼鏡的同學(xué)，如何讓兩副眼鏡共存成為一個亟需解決的問題。

圖1 VR頭盔

2.3 軟件成熟度不夠

VR技術(shù)應(yīng)用到實踐教學(xué)的比例不高，在實踐教學(xué)中軟件成熟度不夠，故障率較高，且需要專人維護。戴頭顯進行檢修時，視野晃動嚴(yán)重，容易導(dǎo)致眩暈，導(dǎo)致每個人操作時間不能太長，甚至不能完整做完一套檢修流程。

3 VR技術(shù)在鐵路類職業(yè)院校教學(xué)中的應(yīng)用實例

以西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院為例，因為高職類職業(yè)院校特色，學(xué)院教學(xué)均以理論教學(xué)加實踐教學(xué)的模式進行。主流專業(yè)中，理論教學(xué)與實踐教學(xué)比例基本達到1:1[4]。教學(xué)對實踐設(shè)備的需求逐漸增大，但鐵道車輛體積大、價格高，購買及放置實踐所需的設(shè)備對學(xué)院來說困難較大。因此，西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院引入VR技術(shù)進行實踐演練。以鐵道車輛專業(yè)為例，依據(jù)專業(yè)實際需求，建設(shè)車輛制動系統(tǒng)檢修仿真實訓(xùn)室和鐵道車輛檢修VR實訓(xùn)場。圖2是對鐵路貨車進行檢修，使用虛擬仿真軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對車體、車下、車端連接處的檢修，還能夠?qū)崿F(xiàn)對列車制動保壓緩解性能的試驗；圖3是對104型分配閥進行分解和組裝，實現(xiàn)了每人一閥拆裝練習(xí)，提升練習(xí)效率；圖4是對制動夾鉗進行檢修逼真的檢修場景，立體的視覺效果，能夠達到與實物拆裝幾乎相同的訓(xùn)練效果。

圖2 鐵路貨車VR檢修實踐現(xiàn)場

圖3 104型分配閥的分解和組裝

圖4 檢修制動夾鉗

依據(jù)鐵道車輛實訓(xùn)過程，統(tǒng)計得到本專業(yè)VR設(shè)備使用情況如表1所示[5]。

表1 VR設(shè)備實訓(xùn)使用率

4 VR技術(shù)在職業(yè)院校教學(xué)中的展望

VR技術(shù)能夠在場地及資金有限的情況下，為學(xué)生提供一個訓(xùn)練、練習(xí)的場地，能夠在避免操作危險的前提下，學(xué)習(xí)到檢修流程并積累檢修經(jīng)驗，能夠多次使用不需要考慮耗材成本，且這種虛擬現(xiàn)實環(huán)境能夠激起學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。隨著多媒體設(shè)備在理論及實踐教學(xué)中的應(yīng)用推廣，VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用前景越來越廣闊。