基于车身电子测量与校正仿真实训系统的软件开发与实现
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作者:张启森
摘 要：该文总结了汽车钣金维修教学过程中存在的一些问题，并以车身电子测量与校正仿真实训系统开发为例，阐述了汽车车身仿真实训系统的设计思路和关键技术，详细阐述基于工作过程的汽车车身测量与校正一体化虚拟教学系统的操作过程，旨在弥补实践教学中硬件资源的不足，节约实训成本，更好地发挥理实一体化教学模式的优势，培养高素质人才。
关键词：车身 仿真 实训系统 维修 开发
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（c）-0129-02
车身电子测量与校正项目是汽车车身维修行业典型工作任务之一，在企业生产维修、机动车从业资格培训、汽车维修技能大赛等方面应用极为广泛。在传统教学模式下，工位占地面积大，教学组织困难;车身反复校正，金属出现加工硬化回弹系数变化，难以达到理想的实训效果;测量设备精密度高、昂贵、易损，不适合学生大量实训练习。为了解决上述问题我们开发了这款集教学、实训、生产维修、考核评价为一体的仿真实训软件，经过多个平行班的试用，使用该仿真实训软件开展教学可以有效地提高教学效率，调动学生的学习兴趣，降低教学成本，取得了广大师生的一致好评。
1 车身实践教学中存在的问题
1.1 仪器精密度高、易损，不适合学生大量实训练习
一套SHARK超声波车身电子测量与校正项目实训设备包括电子测量软件、计算机、车身校正平台、测量工具、校正工具、汽车白车身等部分构成，价格一般在100万左右。在教学过程中，由于车身电子测量系统采用的是超声波定位测距原理，测量工具的精确度高、易损，学生在教学过程中规范性差，且操作频率远远超过在实际维修中的使用强度，容易导致仪器损坏，严重影响教学效果。实训中对车声进行反复校正，车身损坏严重，金属材料出现加工硬化，回弹系数随之改变，导致车身校正实训无法达到预期效果。
1.2 学生人数多、工位少，学生在实操现场看多做少
该实训项目占地面积大，由于教学中还有车身校正操作还要留下足够的安全距离，一个实训工位至少占地60m2。如果多工位同时开展实训，无疑需要占据大量的空间，教学组织困难，所以大部分学校在该实训教学项目的教学中多采用教师示范课的形式，甚至有些学校直接将其改为理论课来讲解，学生实训机会极少，学生技能水平普遍不达标。
1.3 教学过程中无法为学生提供良好视角，教学组织困难，师生互动差
该实训项目，随机性强，每次校正后的数据存在偏差，教学中过程控制难度大，设备占地面积大，测量点小，无法给所有学生提供良好的视角，极大影响学生的学习兴趣，学生的知识掌握水平以及技能熟练度差。
2 系统设计思路与架构
2.1 设计思路
《车身电子测量与校正实训仿真软件》基于LS-DYNA平台开发，3D Scan软件建模，3D MAX软件动画，MATLAB/SIMULINK语言编程，针对奔腾SHARK超声波车身电子测量的教学过程进行研究，基于行业典型的工作任务进行数据采集，建立了仿真模型，实现软件的动态仿真操作。软件能够有效解决一体化教学过程中工位少、教学效果差、学生动手操作机会少等问题，实现助教、助学、仿真实训、理论测评等诸多功能，有效改善教学与实训效果。
此外，针对教学过程采用软件操作与实操录像交互的形式，通过建立实训仿真软件，对各类设备工具进行建模，操作过程实现动态仿真，有效地改善学生的学习环境，并且为教师提供给完善的监控后台，便于课后反思，提高教学效率。
2.2 设计架构
仿真教学系统包含场景导入、单元实训、评价考核等模块，在场景导入模块里，虚拟车间并结合实操视频车身修复车间整体概况和操作流程，虚拟车间多功能3D图形和动画展示车身电子测量和校正的车身结构和布局，以卡通游戏形式提供进一步了解和熟悉车身的机会，通过营造良好的场景感，充分激发同学们的学习积极性。仿真软件同时具备记忆和容错功能，全程记录实操的过程和时间，为后续考核提供依据。系统基于LS-DYNA平台开发设计与实现的，它利用3D Scan软件建模、3D MAX软件动画、MATLAB/SIMULINK语言编程，利用3D场景进行互动和车身测量和校正的操作。
2.2.1 实训教学准备
实训准备主要包括部件组成、附件介绍、图纸识读、实操视频和理论测评等功能模块组成，为之后实训学习储备知识。
该部分的设计目的是使学生掌握车身电子测量的各部分名称、作用，了解车身的图纸识读方法，学生还可以通过实操视频学习使仿真更加贴近实操、给学习能力较强学生提供丰富的自学材料。学生在完成实训准备部分的学习后，也可以通过理论测评，检查自己的理论掌握水平。软件也会将学生的测评结果存储在后台，教师可以通过教师登录界面进行查看成绩，分析学生的在掌握情况。
2.2.2 车身电子测量
完成实训准备界面学习后，就可以开始车身电子测量仿真实训的学习。学生可以根据自己的掌握情况选择不同的实训模式。练习模式提供丰富的提示菜单，包括文字、声音、视频提示，可为初学者使用;考核模式无任何提示菜单，可作为学生自我检查，教师考核学生掌握情况使用。
仿真实训界面通过将菜单融入场景，做到了仿真实训与真实实训的有机结合，使得信息化技术服务于学生的学习，服务于教师的教学。软件还具有极好的容错性，可以针对学生不同的错误，给予不同的提示，培养学生严谨的职业素养。
2.2.3 车身校正
根据操作提示，对校正点进行测量后，确定校正方案，进行校正。在这个界面上我们实現了车身校正平台根据鼠标指令运动，左右双侧校正。校正时的采用Flash动画、校正时间轴与实时数据显示，通过实时仿真技术模拟真实的工作环境，解决了传统教学模式下，车身反复拉伸金属疲劳，实训效果差的问题。此外在拉伸作业中如果，操作违反安全操作规程软件将给予警报提示。
2.2.4 考核评价体系
后台数据库详细记录学生的仿真实训操作，导出实训报告。实训报告包括学生姓名（学号）信息、通过操作时间的长短、操作流程的规范包括错误操作的记录、测量数据的准确性等详细过程评价信息，方便学生检查自己的学习情况，并且也可以通过学生自评界面与教师互动，及时解决在学习中出现的问题。
教师管理后台向教师提供学生在仿真软件上的每一步操作，使教师能够更好地了解学生的学习情况，分析教学中存在的问题，发现学生的共性及个性问题，及时调整教学内容，修改教学计划，帮助教师分析学生的学习情况，将学生的考核得分以图标的形式直观地展示在教师的面前。
3 软件特色
该软件强化学生的车身电子测量与校正任务的知识和技能掌握程度，使学生充分了解车身电子测量和校正的工艺流程，反复练习、操作，并了解相关注意事项。对照车身实物及图纸，反复练习，实训效果大大提高。
（1）软件通过3DMAX开发仿真实训情境，设计双层次仿真实训模式，实现仿真实训操作与实物操作的有机结合。
（2）针对车身校正实训同步呈现难题，采用校正数据实时显示，Fash动画与虚拟开关联动，突破教学难点。
（3）利用即时考核评价工具，形成后台学习记录，为教师提供详尽的反馈信息，辅助师生分析存在的问题。
（4）该软件为学校教师团队自主研发而成，填补同类软件的空白。
总之，该车身电子测量实训仿真软件功能性强，可在理实一体化的基础上，增设工位机，化实为虚，呈现实物所不能呈现，突破传统教学模式的诸多限制，可助教助学，节约教学成本，提高教学效率。
参考文献
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[2] 王雨婷.基于Unity3D的电梯安装仿真互动系统的设计与实现[D].东北大学，2014.
[3] 项朝阳，贺昉，段丹萍.基于Quest 3D的仿真制药实训系统的设计与实现[J].中国职业技术教育，2013（5）：77-82.
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