虚拟现实技术在自动化专业教学中的应用

张宝艳

摘 要：对机电专业教育来说，理论知识掌握深度以及实践能力都是重点关注的对象。教学过程中虚拟现实技术的使用可以改善教学过程中遇到的各种问题，提高教学直观性和针对性，帮助学生理解技术原理和技术概念。本文分析虚拟现实技术的应用，利用真实PLC、3D仿真系统，帮助学生更加深入了解控制器编程情况。

关键词：虚拟技术;电气自动化教学;应用

所谓的虚拟现实技术实际上就是对人工智能、计算机图形、传感器、人机接口等诸多技术的综合利用。人机交互技术在人际关系、自然关系、知识探索的过程中发挥着巨大作用。现如今人机交互早已从过去的视觉感知发展到了综合感知，为人们提供了丰富的信息获取途径与感知途径。从过去的键盘输入到现在的视角、动作、语音、手势等各种各样输入途径的转变提高了虚拟现场互动性。

一、自动化专业教学中的虚拟现实技术应用

（一）提高虚拟技术实训效率

虽然虚拟现实技术无法在实训活动中彻底取代实物教学，但是因机电专业和计算机技术关联十分密切。所以充分利用虚拟现实技术仍旧能够发挥非常巨大的作用，控制实物教学的投入。虚拟现实技术还能合理安排实训任务^[1]，保障实训效率，体现实物教学实训价值。

目前许多虚拟现实技术都已经被用在教学中取代实物。比如PLC系统当中最常见的工业触摸屏。工业触摸屏面板的设置以及功能运行均可以利用计算机模拟软件呈现，二者有着同样的感知效果。也就是说学生操作计算机软件就能获得与操作工业触摸屏一样的实训效果，有效节省与控制了实训教学投入。

（二）虚拟技术实验

受自身特性影响，机电专业通常并没有多少探索性实验。绝大多数实验是验证类实验^[2]。学生做实验为的是在实验过程中提升知识的记忆水平与理解深度。但实验往往无法切实提高学生动手素质。近些年还有很多学校在不断压缩实验课时，实验教育质量得不到保障。

实验是必不可少的教学项目，能够有效提升学生的专业素质、思维水平以及创新意识。教师可以带领学生用计算机操作各种验证试验，缩短实验时间，实现实验以及教学目标。

（三）虚拟技术理论教学

过去国内各大院校在理论教学中更追求的是适度条件，可是受各种因素影响，教学课时在近些年不断减少，许多基础性知识教师都没有讲清楚，学生对于理论内容一头雾水。在科技的进步下，如今多媒体技术已经成功进入各大院校。理论教学中使用虚拟现实软件^[3]。比如KcilC-51直观展示单片机寄存器功能、内部条令。这对学生了解51单片机来说有很好的帮助。

二、项目现状和分析

PLC程序使用WIFI或以太网连接控制器，对各种仿真设备操控保障了实验安全性与真实性。3D仿真平台包括四大部分，分别是PLC编程、3D仿真现场、控制器、PLC与变频器。如图1所示。

使用自动化软件编程，实况调试PLC控制器，衍射自动化运行状态。如单容水箱使用编程利用PID控制水位，保障水位处于理想状态。PLC程序控制外部控制器，如3D电梯逻辑控制实验中，学生只需要操作控制器按钮就可以让电梯进行上行与下行。

三、技术方案与进度

为满足工业化控制需求，可以用下述几种方案。

第一种常规模式，利用控制器操作使用自動化编程制作的PLC程序，随后用控制器控制仿真设备，兼顾与保障实验安全、真实。

第二种多机模式。使用编程软件编制PLC程序，随后使用控制器使用WIFI或以太网控制3D仿真现场。

第三种兼容设备。使用控制器操作PLC程序，控制实验设备。这种模式能够充分结合现实设备。

第四种兼容控制器。使用电脑对程序进行编写，并将其导入PLC程序。使用控制器控制仿真现场，拓展更多的控制对象。

机电专业课程需要利用虚拟现实技术，带给学生更多元的学习途径、操作空间。在3D仿真平台下，学生获得了灵活多变、小巧真实、灵活耐用、安全实用的操作环境，能够极大提高教学有效性、实践有效性。

参考文献

[1] 耿光超，任志强，杨红霞，等.基于虚拟现实技术的变电站远程监测与控制[J/OL].山东农业大学学报（自然科学版），2020（2）：1-5.

[2] 刘昶希，胡军，赵胜雪，等.基于虚拟现实技术的仿真教学在农机专业的应用与发展[J].南方农机，2019，50（19）：34-35.

[3] 叶建华，曾寿金，黄卫东.装备制造及自动化虚拟仿真实验教学体系建设[J].福建工程学院学报，2019，17（4）：403-408.