摘要：在制造业数字化转型与职业教育“岗课赛证””综合育人背景下，高职《精密检测技术》课程面临设备投入高、技术迭代快、实践教学难等现实困境。本文以汽车发动机缸盖检测为项目化教学案例，构建“虚拟仿真预训练- 真机实操验证- 企业标准对标”的教学流程。通过入PC-DMIS 虚拟仿真系统，设计包含三维建模、测量程序编写、误差分析的全流程教学项目，解决传统教学中“三高三难”痛点，为职业教育实践课程数字化改革提供可复制的实施范式。关键词： 虚拟仿真技术；精密检测；项目化教学；发动机缸盖

一、项目化教学案例设计背景与目标

在制造业数字化转型背景下，精密检测技术课程面临双重挑战：一方面，三坐标测量机等设备单机投入超80 万元，高职院校实训班级规模与设备数量比普遍达 20：1，导致学生实操机会严重不足；另一方面，汽车制造等行业已广泛应用自动化检测技术，而传统教学仍以手动测量为主，技能培养与岗位需求脱节率高。以汽车发动机缸盖检测为典型案例，其包含 16 项形位公差检测要求，传统教学中受设备数量限制，学生仅能完成平面度等基础项目测量，无法接触完整检测流程[1]。

本案例教学目标设定为三维能力培养体系：知识层面掌握PC-DMIS 软件的自动编程技术、圆柱度误差评定方法等六项核心知识；技能层面实现测量程序编写、数据偏差分析等八项操作技能达标；素养层面培养团队协作、质量意识等职业素养。通过虚拟仿真技术构建“企业真实项目 - 教学化改造 - 虚拟实操训练 - 真机验证”的闭环教学链，使学生掌握复杂零件的全流程检测技术，达到汽车行业中级检测员技能标准[2]。

二、发动机缸盖检测项目化教学实施流程

将企业真实的“某品牌1.5T 发动机缸盖检测”项目拆解为三大教学模块：三维模型预处理、测量方案设计、检测数据处理。依托虚拟仿真平台，内置该缸盖的三维模型、PC-DMIS 仿真模块及企业检测工艺卡[3]。平台具备三大特色功能：一是操作错误实时预警，如探针路径碰撞模型时系统自动高亮显示风险区域；二是测量程序自动验证，通过模拟运行检测程序，提前发现采样点分布不合理等问题；三是数据对比分析，自动生成与企业标准的偏差色谱图，直观展示超差区域。

2.2 教学实施的“三阶段九步骤”流程（1）虚拟预训练阶段

播放某车企 4S 店实拍的发动机异响维修视频，画面聚焦于因缸盖燃烧室平面度超差导致的气缸压缩比异常，通过压力传感器数据可

视化展示 [4]。教师引导学生分析故障链：“平面度超差→气密性失效→发动机功率下降→异响故障”，进而引出平面度、垂直度等关键检测

指标的工业价值，同步展示某车企《缸盖检测关键指标清单》，明确每项公差对整机性能的影响权重。②模型认知：三维交互解构与智能标注训练

学生通过平台的“模型交互系统”对缸盖三维模型进行交互式拆解，可动态隐藏/ 显示燃烧室模块、气门座圈模块等5 大组件。3虚拟实操 探针校准 系中 规范化训线

分组进行 Φ2mm 红宝石探针的虚拟校准训练，操作流程严格复刻海克斯康设备的校准规范，坐标系建立环节以缸体底面及两侧定位销孔为基准，学生需完成“3-2-1 定位法”的虚拟操作，先定义底面 3 点确定 Z 轴和 XY 平面，再选取两侧销孔 2 点确定 X 轴，最后定义1 点确定Y 轴。

（2）真机验证阶段

①程序优化：基于虚拟仿真数据的智能诊断与迭代

调取虚拟测量的点云数据，生成平面度误差热力图，发现采样点集中于边缘区域，中心区域数据缺失；根据企业工艺库中的“平面测

量规范”，推荐“米字形采样路径”，并自动计算新增3 个中心采样点后的理论误差改善值；学生在PC-DMIS 仿真模块中修改测量程序，添

加中心采样点，并通过“模拟运行”功能验证新程序的可行性，确保无探针碰撞风险。②真机实操：三坐标测量机的智能化实操与实时监控

使用海克斯康三坐标测量机执行检测，教师实时监控探针校准状态、工件温度等关键参数；若设备突发“传感器信号异常”故障，平台自动切换至“故障模拟模式”，学生需根据提示完成故障排查，教师端记录故障处理耗时与正确性。

③数据采集：全量数据标准化记录

学生使用平台的“数据采集模板”记录检测特征的原始数据，重点关注气门座圈锥面的圆度误差。对于规则特征（如平面、孔）使用触发式探针采集，对于复杂曲面切换至激光扫描测头；每采集 5 个特征后，系统自动进行数据有效性校验，如发现同一平面的 3 次测量数据偏差＞ 0.005mm，提示“数据异常，需重新测量”；采集完成后，平台自动将气门座圈圆度数据与企业标准（≤ 0.015mm）比对，若实测值为0.018mm，用红色标注超差部分并生成“圆度超差预警单”。

（3）企业对标阶段

①误差分析：三维色谱图与根因溯源的深度分析

可视化偏差展示：通过三维色谱图显示超差区域，如夹具变形导致的缸盖垂直度超差，色谱图中对应区域显示红色，并用箭头标注变形方向；数据关联分析：平台自动关联操作日志与误差数据，如发现“装夹时夹紧力过大”与“垂直度超差”的相关性达 0.82，提示学生重点排查装夹工艺。

②方案改进：虚拟- 真机迭代验证的闭环优化

装夹方案优化：将传统刚性夹具改为弹性夹具，学生先在虚拟平台中模拟新夹具的装夹过程，通过 “有限元分析模块” 预测变形量（预计从 0.008mm 降至 0.003mm）；

测量路径调整：将气门座圈的环形扫描路径改为沿切削纹路的螺旋扫描，在虚拟仿真中验证新路径的采样点分布均匀性（均匀度从65% 提升至 92%）；

迭代验证流程：优化方案需经过“虚拟仿真→真机验证→数据对比”3 轮迭代，如第一轮虚拟测量平面度 0.012mm，真机实测 0.014mm，需分析差异原因，再次优化后进行第二轮验证。

③成果验收：企业标准导向的双元评价体系学生提交包含三维检测报告、误差分析报告的项目成果，验收流程如下：

使用PC-DMIS 生成带公差带的三维检测报告，超差区域需附整改方案；企业技术人员重点评估根因分析的逻辑性；采用双元评分标准：即企业评分（60%）+ 教师评分（40%）的双元制，企业评分维度包括“检测方案可行性”（25%）、“数据与企业标准契合度”（35%）、“报告规范性”（20%），如某企业技术主管对某小组的评分如下：“检测方案考虑了量产效率，契合度85 分；数据偏差在企业允许范围内，90 分；报告符合企业模板要求，88 分”。

虚拟仿真平台采用模块化设计，集成三维建模、测量仿真、数据管理等核心功能，具体架构如下表1 所示。表1 虚拟仿真平台功能模块表

三、教学创新点与实施效果

3.1 教学模式的创新

（1）虚实融合的技能培养。通过虚拟平台的“无限重试”特性，学生平均完成 4 次测量程序调试，而传统教学中仅能进行 1-2 次真机操作。某学生在虚拟训练中发现“自动测量时探针触测速度过快导致数据波动”，通过反复调试将速度从 200mm/min 优化至 150mm/min，最终真机检测数据稳定性提升。

（2）企业标准的全程融入。引入某车企《发动机缸盖检测工艺规范》，将企业的“5M1E”质量控制方法融入教学评价。如在数据处理环节，要求学生按企业标准采用最小区域法评定平面度误差，而非传统教学中的三点法，使学生成果与企业标准的契合度显著提高[5]。（3）动态生成的教学资源 . 每次项目实施后，将学生的典型问题及优化方案录入平台案例库，形成可迭代的教学资源，成为后续教学的重要参考。

3.2 量化教学效果分析

对比传统教学班级与项目化教学班级的教学数据显示，如表2 所示。表2 传统教学与项目化教学效果对比表

4.1 实施过程中的挑战与对

（1）技术适配性问题：初期虚拟平台与真机设备的操作界面存在差异，导致部分的学生出现操作迁移困难。通过开发“界面适配指南”，用颜色标注虚拟与真机界面的功能对应关系，使迁移效率得到提升。（2）学生差异化问题：约20% 的学生在虚拟编程环节进度滞后，通过建立“1+1”帮扶机制（熟练学生带新手），并在平台中设置 础训练关卡”，使滞后学生在2 周内追平进度。

（3）企业深度参与问题：企业技术人员现场指导频次不足，通过录制“企业专家讲工艺 ”系列视频，使企业资源融入度不断提升 [6]。4.2 推广应用的三条路径

（1）专业群辐射路径：将该案例的实施模式推广至机械制造与自动化专业群的《零部件质量检测》《逆向工程技术》等课程，已开发变速箱壳体检测、叶轮型面检测等拓展案例，形成“核心案例- 拓展案例”的资源网络。（2）中高职衔接路径：针对中职学生基础薄弱的特点，简化案例中的编程环节，侧重虚拟装夹与基础测量操作；高职阶段则深化程序优化与误差分析，形成螺旋上升的培养体系。

（3）校企协同路径：根据汽车零部件企业提供最新产品模型与检测标准，学校负责案例教学化改造，学生的优秀检测方案可直接应用于企业产前验证。

五、结论

本研究通过汽车发动机缸盖检测的项目化教学实践，验证了数字化虚拟仿真技术在精密检测课程中的应用价值。该案例构建的“虚拟预训练 - 真机验证 - 企业对标”教学模式，有效解决了传统教学中的设备瓶颈与技术滞后问题，使学生技能培养与企业需求的契合度显著提升。未来可进一步引入数字孪生技术，实现检测设备与生产现场的全场景虚拟映射，推动精密检测教学向智能化、柔性化方向发展。

参考文献：

[1] 许东钦 . 农业机械数字化设计与仿真技术研究 [J]. 南方农机 ，2023，55（16）：54-56.

[2] 谢国坤. 基于虚拟仿真技术的机器人工程专业课程数字化教学平台设计[J]. 信息与电脑（ 理论版），2024，36（04）：109-111.

[3] 刘永刚 ， 姚立权 . 基于数字孪生的虚拟仿真技术远程教学实训的应用研究— —以智能制造技术专业为例 [J]. 湖北开放职业学院学报 ，2023，36（18）：145-147.

[4] 李端阳. 数字化虚拟仿真技术在中职机械课程的构建[J]. 知识文库，2020，（09）：93+97.

[5] 赵宁 ， 杜劭峰 ， 赵文军 ， 等 . 虚拟现实仿真技术研究与应用 [J]. 新技术新工艺，2018，（08）：67-71.

[6] 张继光 . 高职机械制造技术课程项目化教学设计 [J]. 南方农机，2019，50 （17）：206.

基金项目：2023 年广东省高职教育教学改革研究与实践项目“数字化虚拟仿真技术在《精密检测技术》实践教学中的应用研究”，2023 年佛山市教育信息化应用融合课题”数字化虚拟仿真技术在装备制造类课程项目化教学中的研究与实践“（FSET2023X004）阶段性成果。