1 方案概要
1、建设背景
随着虚拟仿真、智能硬件、信息技术等发展，推动了现代教学方法改革和教 育
数字转型，促进了教育高质量发展。在现代教学实训过程中，使用半实物仿真 设备结合真实机床组成的理实一体化数控实训室，可以在保障实训效果的情况下， 有效解决高危或极端环境、高成本、高消耗、不可逆操作的大型综合训练中经常 遇到的问题。
2、方案整体规划
我们建议针对学校数控加工专业实训室建设分为两期进行，第一期建设内容为满足数控教学培训、仿真加工、真实加工、人社技能认证考核为一体的数控理实一体化实训室，第二 期建设内容为购买大型真实机床，满足生产加工、来料加工的生产型实训中心。 本方案主要针对一期建设内容进行阐述。
一期建设内容中核心产品为 VR 数控实训半实物仿真设备，其采用支持多品牌的数控系统（西门子、发那科、华中数控、广数、三菱等），搭配多个仿真机床的模型（车床、铣床、雕刻机、加工中心），通过操作数控面板实现在仿真环境的加工，整体加工效果与真实设备相仿，有效提升学生动手能力和学习效果，同时可以外接 VR 头盔，提高学生实训兴趣。配合课程资源管理系统，可实现课程资源共享，减少授课老师工作量，大大减少学校对设备、场地、师资等软硬件资源的投入。一机多用，无耗材投入，在降低学校建设成本的同时，规避实训过程中的安全隐患。辅助投入一些小型数控机床，其占地面积小，耗电少，耗材简易，采用全封闭安全设计结构，提高观摩安全性的同时又保障机器的结构稳固性美观，主要用于教学验证、首板、样品、技能考核、及小批量产品加工，更适合教学场景使用。
3、建设目标
3.1 构建 VR 数控加工的虚拟仿真教学中心
① 支持多种机床模型：仿真系统内置车床、3 轴铣床、AC 轴加工中心、BC轴加工中心等多种机床模型，模型和场景可根据学校需求进行定制。
② 支持多种主流操作系统：设备兼容西门子、发那科、华中数控、广数、三菱等，多种数控系统一键切换，一机多用。
③ 完整的教学课程体系：已有车，铣，加工中心，雕刻机等总计 200 多例实验例程，近 10 种类别的数控实验例程不断丰富中。5 大类别的内容(专业教材、实训指导书、课程设计指导书、电子课件、习题库) ，让人才培养全过程(理论到实践再到能力测试)系统化。
④ 考核评测功能：仿真系统内置测评模块，过程与结果导向双结合，实训成果多维度考核，大幅提高理论和实操的考试效率。
⑤ 支持 3D 模式和 VR 模式切换：内置 3D 渲染引擎和实时切削引擎，能够精确模拟仿真各种数控机床及其附件的运动，进行沉浸式、端游级的加工体验。
3.2 构建数控相关工种实操考核鉴定体系
① 对考评的加工评论：考试过程实时监控录屏，系统根据学生工件评分以及操作过程中的对刀用时、是否撞刀、是否清理机床进行自动评分，一键生成实践项目报告，大大提高了实训效率和减轻了老师的工作量。
② 持对比评分和测量评分两种模式：学生实训加工完成后，可与老师的标准件进行对比评分，也可以根据老师提供的标准工件尺寸对工件进行测量。
③ 题库和评价标准：老师可在云平台创建题库进行理论考试（内置具有选择、判断、实操等多种题型供选择），上传实验课程进行实操考试。默认课程成绩评定方式为实际操作评分占 80%，在线自学成绩占 10%，在线作业成绩占 10%。
3.3 构建理实一体化的数控教学实训环境
① 多种类小型机床覆盖数控应用全场景：相对于大型工业机床，小型数控
机床更便于按照教室不同的布局进行不同的布置，无需对教室进行改造，不需要另外布置电源线，更加适用于教学场景。
② 理论与实操相结合的一体化实训场景：理实一体化教学采用的是欧盟教学模式，将数控教学分为三个步骤：第一步通过讲解初步认识数控机床的基本属性，通过仿真验证掌握机床操作要领，第二步通过小机床了解、熟悉操作，第三步上大机床对刀具和金属切削性等的学习；避免事故的发生，提升学生学习效果， 提高学校就业率。
③ 提高教学效率，提升教学成果：由于数控编程指令较为抽象，学生不易理解，如直线、圆弧插补、螺纹加工、子程序的编写与调用、循环指令的应用等， 不同的数控系统有所差异，我们可以通过数控理实一体化实训室边解释边操作， 化抽象为具体实践，使学生接受快，兴趣高。
4、建设内容： ① VR 数控一体机：主要由 32 寸高清液晶屏、数控面板、手持手轮、VR 头盔、多种虚拟的数控车床组成。
② VR 认知仿真系统：包含安全教育认知、数控机床种类认知、机床结构认知。
③ VR 数控仿真系统：采用虚实结合的产品形态进行不同机床的数控加工仿真，学生通过操作数控面板，驱动虚拟机床模型，进行实时加工。在仿真加工过程中，可在线浏览云平台课程资源或实验指导书，达到即学即练的效果。
④ 教学平台：主要由课程管理、教学管理、成绩管理 3 大模块组成，课程预置、教学资源积累，全方位支撑教学全流程。
⑤ 教学资源：数控专业教材、实训指导书、课程设计指导书、电子课件、 NC 源码题库等多种形式资源包，助力一线老师高效快速开展实训教学工作。
⑥ 小型车床：使用 220 伏电压，全封闭加透明有机玻璃结构，搭载工业面板数控系统，执行国际通用标准 G 代码编程，支持 M 代码及 S 代码，兼容 FANUC， 三菱 G 代码和多种 CAD/CAM 软件（ MasterCAM、UG、CAXA 等软件编程等）；可加工材料：钢件、铁件、铜、铝合金、PVC 塑料、有机玻璃等。
⑦ 小型铣床：采用优质铸铁材料铸造、采用高精度研磨滚珠丝杆，带工冷却系统、集成一体化润滑系统；搭载工业面板数控系统并配有电子手脉；主要加
工材料：钢件、铁件、铜、铝合金、PVC 塑料、有机玻璃等。
⑧ 小型五轴加工中心：使用 220 伏电压，占地小，耗电少，高强度树脂砂铸件，功能加大，5 轴联动，配置五轴联动数控系统，10 工位快速换刀系统，C3级精密双螺母滚珠丝杆，XYZAC 轴采用伺服电机，雷尼绍激光干涉仪精确检测及冷却系统。5、一期预期建设效果
6、项目一期建设清单
6、项目一期建设清单
产品名称 品牌 单位 数量 单价(万 小计(万 元) 元) 教学资源服 教学资源管理 加瑞尔 套 1 务系统
综合管理系统 加瑞尔 套 1
预置课程资源，实验指导 加瑞尔 套 1
课程资源 书，G 代码
立式 VR 数控 立式 VR 数控教学一体机 加瑞尔 台 4
实训一体机 VR 头盔 加瑞尔 套 4
坐式 VR 数控 坐式 VR 数控教学一体机 加瑞尔 台 25 实训一体机
小型五轴加工中心 加瑞尔 台 1
小型机床 小型数控车床 加瑞尔 台 10
小型数控铣床 加瑞尔 台 2
网络设备 交换机 TPLINK 套 2
服务器 服务器 加瑞尔 台 1
网络机柜 机柜 加瑞尔 台 1
座椅 学生座椅 加瑞尔 把 50
多媒体讲桌 加瑞尔 套 1
讲台 教师机 加瑞尔 台 1
数控实训平板（教师机） 加瑞尔 台 1
扩音设备 加瑞尔 套 1
LED 显示大屏 小间距 LED 显示大屏 华彩 ㎡ 12
实训室装修 套 1
VR 技术在数控加工实训教学中的优势
将 VR 技术应用在机械加工实训教学中能够突破传统教学的许多瓶颈，培养
学生的动手能力和创新能力，提高学生的自主能动性，改善教学环境，促进课程
建设。
（2） 消除安全隐患
VR 系统不会因为学生的误操作而造成机床设备的损坏，更不会对学生的人
身安全造成威胁。系统中不仅有更多的加工工具供学生挑选，更能对学生的操作
进行实时检测，及时指出学生的错误操作，大大减少了教师的工作量。
（3） 提高学习效果
基于 unity3d 的画面渲染，物体表面喷漆的颗粒质感、工作台有金属光泽质感，
拥有高度逼近真实的画质，对不同的物体表面外观和细节有更深层次的感知， 创造出
身临其境般的实训体验。在运转过程中，能够达到沉浸式、多角度的细节观察入微
的学习效果和感受。
（3） 激发学习主动性
在数控加工实训中使用 VR 技术能够打破以往以教师为主导的传统教学模式，
构建虚拟的教学环境能够激发学生的求知欲，培养学生的创新能力。传统的实训只
能停留在表面，学生最多就是调节机床导轨、尾座，对机床进行日常的维护等内容。
而在虚拟的环境中，学生能够对机床主轴箱、刀架等部件进行拆装， 了解机床的内
部构造，让学生对设备有更加深入的直观感知，开拓了学生的视野。
（4） 实现无纸化考核
无纸化办公一直都是国家大力倡导的环保节能途径，使用 VR 技术能够真
正实现学生的考核无纸化。VR 系统可以以联网的方式呈现教师演示的教学内容，
而且能让教师通过网络实时监测学生的操作情况，发生误操作时能够及时进行指
导并更正，提供更规范的评价系统，实现统一考核。
深圳市加瑞尔科技有限公司
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