焊接技能模拟训练设备解决方案

1.基本概述

0NEW-360虚拟焊接实训设备，设备采用VR虚拟现实技术与真实焊接设备相结合，

用于学生在高度仿真的模拟环境下，实现手工电弧焊、TIG氧弧焊、C02气体保护焊等

的模拟操作训练，同时具有焊接训练过程管理功能。为雷达装备保障人才培养的质量效

益提供教学平台支撑。

可模拟真实焊机主机，包括仿真计算系统、位置传感器及其计算系统、焊板芯片系

统，能让学员在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练，可以让训练者能够感

受到真实的焊接过程。可以有效地和周围真实的环境进行互动，让训练者处于高度逼真

的环境中，可有效促进操作者完全投入到当前的任务中。系统还可根据用户需求定制配

套焊接教学课程资源库。

对于有经验的训练者，本产品系统提供高训练平台，通过视觉、听觉和触觉来操作完成

一个好的焊缝；并且，技术产品可以精确地测量到操作信息，训练者可以从中学到要点

并能简便有效地将这些焊接技能转化到实际的焊接工作中。

2.功能指标

虚拟焊接实训设备由焊接操作训练模拟器、教师端管理系统及局域网

设备等组成。

2.1焊接操作训练模拟器

焊接操作训练模拟器用于学生进行焊接技能模拟操作训练。主要由硬件、软件和虚

拟焊接仿真系统构成。

（1）焊接训练模拟器硬件主要包括主机、训练工位、VR子系统和仿真焊枪。各硬件的

功能如下：

①主机。主要用于模拟真实焊机主机。包括仿真计算系统、位置传感器及其计算系统、

焊板芯片系统以及按真实物理存在的用于电流电压等参数设置的旋钮等。

②训练工位。主要进行学生模拟操作训练。

③VR子系统。采用虚拟现实沉浸式头戴显示器进行虚拟场景展现，同时配备无线操控

手柄（带力反馈效果）与精确的位置跟踪定位系统配合系统进行焊接教学。

④仿真焊枪模拟真实焊枪。可模拟焊条电弧焊枪、C02气体保护焊枪、TIG敏弧焊枪。

1

焊接设备示意图

（2）软件主要包括焊条电弧焊模拟训练子系统、C02气体保护焊模拟训练子系统、TIG

氮弧焊模拟训练子系统和虚拟焊接仿真子系统。

①焊条电弧焊模拟训练子系统。

可模拟焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程的

模拟系统。

②C02气体保护焊模拟训练子系统。

可模拟以二氧化碳气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属

的一种熔焊模拟系统。

③TIG僦弧焊模拟训练子系统。

可模拟高强度电流密度效果，焊接过程中系统可体现氢弧焊燃烧稳定、热量集中、

熔滴细小、飞溅少的使用特点。

2

④虚拟焊接仿真子系统

虚拟焊接仿真子系统用于最后生成虚拟焊缝显示在屏幕上。

包括：将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型和仿真引擎；

对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模，完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴

影、光照等特效3D图形渲染；实时监测仿真状态，输出动态仿真结果，分析、评价仿

真过程数据。

2.2教师端管理子系统

通过教学控制机可同时实现多终端学生机的控制与监控，还能通过教学网络进行数

据查看和评定，实现网络监控管理和考核功能。

2.3局域网设备包括路由器、网线等，将教室管理端与多个焊接操作训练模拟器构成局

域网。

3.特性指标

3.1主控设备

（1）虚拟焊枪的移动、旋转与现实动作实时快速准确同步，同步延时响应时间W30ms,

移动位移精度W2mm,动作可捕捉空间2（水平x纵向x高度）3.0mX3.0mX3.0m。

3

焊接操作台可移至远离焊接位置90、45和0度的横臂角度

焊接横臂位置可以居左、中、右

以体验实际停接时的感受适合于2G,5G和6G的管道焊接位置

（2）系统运行最低帧率数不得少于60帧/秒。

（3）空间位置测量模块及其系统总成，空间测量动态精度＜1mm,空间测量范围2

2000mm2,定位过程不应受到各种电磁环境影响。

（4）焊接视觉头盔能追踪用户头部的旋转和用户头部的移动，头盔同时追踪延时响

小于20ms。通过红外位置捕捉功能，可捕捉的位移范围1.5立方米以上；并可进行水平

360度、垂直360度全方位角度侦测，视景显示屏材质为0LED,单眼分辨率：1440X1600,

双眼分辨率：2880X1600,刷新率不小于90Hz,视场角：110°,使用者配带视觉头盔

无需学习，与现实中用双眼看世界感觉一致。支持5.1声道的左右耳机，HDMI接口；

取下显示器时自动关闭电源的感应装置。

品牌型号：HTCvivepro

本产品为全球首款使用3D立体视觉进行焊接模拟训练，与现实中人用双眼来进行

空间位置的识别一样，受训者通过立体头盔显示的立体画面可以直观的识别到枪与焊件

的空间距离，这种立体视觉训练符合人类视觉定位的传统经验让训练真实度极大提高。

这也是其它公司产品并不具备的功能特点。焊接视觉头盔不仅能追踪用户头部的旋转,

还能追踪用户头部的移动，如：站立，蹲下，左右侧移动。

焊接作业

4

操作视角

实操画面头盔视角

5

VIVEPro专业版产品参数

•拥有Hi-ResAudio认证的3D立体空间育效创造前所未有的现场感

♦保持舒适的使用体跄：离湾五质、《0螭羊、优做C加收纳及人体工学设

计，舒恒沉湿在虚拟世界

・陪护人引导系统

•搭配VIVE无线升级套件，体验无限VR自由*

•VIVE

头戴式设备参数

屏总：2个3.S英寸AMOLED

分情率：单眼湖率1440x1600,率为3K(2880x1600)

刷新率：90Hz

视场用：110度

领・Hi-ResAudio认证头«试设务

出：Hi-ResAudio认证耳机（可拆卸式）

支持高阻抗耳机

音明内置麦克风

入：

连接口：流牙、US8-C3.0

传喊器:SteamV嘴扇J术、G-senso1校正、gyroscope陀修仪、

pcoximity®离成测器、双眼舒3iSS（lPD）

人体工学可谢维头距离（适配AUK蝌用户）

设计：可词式双眼舒适度设置（IPD）

可两式耳机

可词式头带

追踪头部旋转追踪头部移动

（5）模拟真实焊机主机，按真实物理存在的旋钮进行电流电压等参数的设置。

6

（6）仿真焊枪：可模拟焊条电弧焊枪、C02气体保护焊枪、氢弧焊枪，MMA电弧焊

有焊接操作手感；MIG熔化极气保焊提供喷气、出丝等手感；训练者在手工焊接操作

时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系

统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到焊接训练效果。

7

壶示取报in倏根国

(VR)仿真气体保护焊枪

(VR)仿真焊条电弧焊枪

8

显示纵推□日U1搂程角

(VR)仿真量弧焊枪

实物气保焊枪

实物电弧焊枪

9

实物氢弧焊枪

氨弧焊丝

学生能够调节实物焊件位置和角度，可进行平焊、横焊、立焊、仰焊、45度倾斜

等多种焊接位置的训练。

（7）音响系统：2.0声道，模拟各类作业环境音效；

（8）学生可以保存上传自己的焊接录像，并可以随时用360度任意自由视角，查看

以前的个人或老师的焊接三维回看录像。录像中以三维模型线段标示出焊枪移动的空间

轨迹。并且录像中的三维焊枪移动数据可直接设置为该焊接项目的“引导枪”，方便学

生在训练项目时直接对比“实时临摹”老师的焊接手法。

3.2配套软件

1.虚拟焊机模拟系统适用于多种焊接类型，可模拟三种不同的焊机，包含：二氧

化碳保护焊、焊条电弧焊、TIG氢弧焊。

10

①Tracker真实焊枪

▲藁弧焊焊枪

▲虢弧焊焊丝

▲焊条电弧焊焊枪

2.手工焊条焊支持酸性焊条J422（①2.5、①3.2、①4.0）；碱性焊条J507（①2.5、

①3.2、04.0）的各种手工焊条焊操作训练，包括：平焊、立焊、横焊、仰焊。

伴随不同焊接位置的调整可设置90°、120°、150°、180。四种焊条夹持角度,

11

且具有焊条与钢板粘结的效果。

丰富的多板件、多角度焊接训练内容:

12

90°焊条夹持角度

120°焊条夹持角度

13

当前课程：8mm低碳钢圆管焊接TW（平悻PA/2G）用户信息：未登录

训练时间：0:0:44

150°焊条夹持角度

当前课程：8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（仰焊PE/4G）用户信忠：未登录

训练时间：0:0:42

Weldingtrainingcenter

180°焊条夹持角度

3.C02气体保护焊：药芯焊丝YJ502、YJ507>YJ507CuCr.YJ607、YJ707；自保护：焊

丝直径①1.0、①1.2、①1.6。

14

,%晶，SSJilllS点迎使用气施保和程是弗训练畿指器!

用户信息：未置录

—请选择要使用的构件—

体现氮弧焊燃烧稳定、热量集中、熔滴细小、飞溅少的使用特点。

（5）包含初级课程、中级课程、高级课程和专业课程，专业教学课程要有以12mm

特厚实物焊板进行专业焊接学习，可进行多层多道焊，单面焊双面成型等职业技能大赛

训练项目为教学训练实操模拟训练。系统具备下述专业课程功能：

引弧

基础课程

运弧之直线运条

15

运弧之直线往复运弧法

运弧之锯齿形运弧法

运弧之月牙形运弧法

运弧之正三角形运弧法

运弧之斜三角形运弧法

运弧之正圆圈形运弧法

运弧之斜圆圈形运弧法

收弧

6mm低碳钢平板PW（平焊PA）

8mm低碳钢平板PW（平焊PA）

6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（平焊PA/1G）

8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（平焊PA/1G）

6mm低碳钢T型接头FW（平焊PA/2F）

初级课程

8mm低碳钢T型接头FW（平焊PA）

6nmi低碳钢平板PW（立向上焊PF）

6mm低碳钢平板PW（立向下焊PG）

8mm低碳钢平板PW（立向上焊PF）

8mm低碳钢平板叫（立向下焊PG）

6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向上焊PF/3G）

6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向下焊PG/3G）

8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向上焊PF）

8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向下焊PG）

中级课程

8mm低碳钢T型接头FW（立向上焊PF）

8mm低碳钢T型接头FW（立向下焊PG）

6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（横焊PC/2G）

8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（横焊PC）

6mm低碳钢T型接头FW（立向上焊PF/3F）

6mm低碳钢T型接头FW（立向下焊PG/3F）

8mm低碳钢圆管焊接TW（平焊PA）

高级训练

管板焊接

8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（仰焊PE）

10mm低碳钢V型坡口对接接头BW（平焊PA）

以12mm特厚实物焊板进行专业焊接课程学习，

专业课程

可进行多层多道焊，单面焊双面成形等职业技术能大赛训练项目

16

①12mm不锈钢V型坡口对接接头BW（平对接焊/1G）（可单面焊双面成型）

②12mm不锈钢I型接头FW（平焊PA/1F）

③121nm不锈钢T型接头FW（横焊PC/2F）

④12nlm不锈钢T型接头FW（立焊/3F）

⑤12mm不锈钢I型接头FW（仰焊PE/4F）

@24mm不锈钢带钢衬垫平板对接接头BW（平对接焊）

⑦24mm不锈钢留间隙平板对接接头BW（平对接焊）（可焊条焊清根）

⑧10mm复合位置6G,管管对接坡口TW（6G位置对接焊）

@10mm/12mm复合位置6GR,带限制环管管不等厚对接坡口TW（6G位置对

接焊）

⑩15nlm碳钢T型接头FW（立向上焊PF）（可单面焊双面成型）

⑪15mm碳钢T型接头FW（横焊PC）（可单面焊双面成型）

平板PW（平焊PA）

T型接头FW（平焊PA）

T型接头FW（立向上焊PF）

V型坡口对接接头BW（平焊PA）

自由课程

V型坡口对接接头BW（立向上焊PF）

T型接头FW（立向下焊PG）

V型坡口对接接头BW（立向下焊PG）

V型坡口对接接头BW（横焊PC）

石油管道焊接

情景训练

客船焊接

①12mm不锈钢V型坡口对接接头BW（平对接焊/1G）（可单面焊双面成型）

12mm不镑钢V型坡口对接接头BW（平对接饵/1G）

②12mm不锈钢T型接头FW（平焊PA/1F）

17

③12mm不锈钢T型接头FW（横焊PC/2F）

@12mni不锈钢T型接头FW（立焊/3F）

⑤12mm不锈钢T型接头FW（仰焊PE/4F）

⑥24mm不锈钢带钢衬垫平板对接接头BW（平对接焊）

18

⑦24nlm不锈钢留间隙平板对接接头BW（平对接焊）（可焊条焊清根）

⑧10mm复合位置6G,管管对接坡口TW（6G位置对接焊）

@10mm/12mm复合位置6GR,带限制环管管不等厚对接坡口TW（6G位置对接焊）

⑩15nmi碳钢T型接头FW（立向上焊PF）（可单面焊双面成型）

19

15nlm碳钢T型接头FW（横焊PC）（可单面焊双面成型）

（6）具有多种不同的情景实训模拟，系统提供船厂、车间等相关专业化场景体验，并

能在生产场景中体验企业实际应用焊接工艺和操作流程。以焊接工作量较大的船舶行业

为例，船舶企业的实地拍摄为基础，整理归纳出船舶建造过程中，分段阶段、合拢阶段

和胭装过程中应用的典型焊接场景。使用3D沉浸式体验方式，清晰地将企业生产场景

搬到教室，实现产教的充分融合。留有接口，亦可根据定制需要按照要求定制至少2种

野战情景下的装备焊接模拟实训科目。

情景训练可以设置不同的情景，学员可对不同的物体进行模拟焊接。例如石油管道

焊接，让学员体验在逼真的石油管道环境中进行焊接训练。场景包括：船舶建造、大型

石油管道、船体板缝焊接、港口、工厂工况、货场工况、工程机械维修、货场仓储集装

箱、航空机库、汽车镀金焊接。

使用3D沉浸式体验方式，清晰地将企业生产场景搬到教室，实现产教的充分融合。

功能展示功能说明

20

□NEW以焊接工作量较大的船舶行业

•r・・・・・

为例，船舶企业的实地拍摄为基

蹑迎使用保扣博婢招调练一用器!

础，整理归纳出船舶建造过程

国回国中，分段阶段、合拢阶段和船装

过程中应用的典型焊接工艺。

学员可对不同阶段的不同物体

iQ■Rttiia进行模拟焊接，

调忖：wwmw

iM内网：0:0:19

W/TvUilUiV■

石油管道焊接：

学员可对不同的物体进行模拟

焊接。例如石油管道焊接，让学

员体验在逼真的大型管管焊接

情景训练。

21

船舱焊接：

模拟港口的船舱内工况场景，进

行舱门的焊接修复训练。

货场焊接工况场景、工程机械焊

接：

模拟大型货场机械及工程机械

修复训练。

电网铁塔钱链焊接：

模拟网公司铁塔连接钱链设备

破裂后应急修复训练。

22

23

（7）软件平台中的电流电压等参数与模拟器硬件旋钮参数的设置进行交互，在焊接过

程中电压电流会根据焊接的情况模拟产生交互互动，学生可根据任务的焊接工艺标准，

调整焊接电流、焊接电压、气体流量和焊丝直径的数值大小，调节参数后在焊接中会有

对应的物体表现，如：熔池大小变化、飞溅变化、焊接声音变化等。

（8）焊接过程中的实时数据显示：手工焊接时，要求能提供干伸长度，焊枪角度、焊

枪速度、电流、电压等实时数据，并根据用户操作时的状态实时进行语音提醒。训练结

束后，在教员端可对干伸长度、焊枪夹角、行走速度进行不同权限的打分设置。

24

*（9）焊接时可以实时表现熔池大小以及形状的变化，且具有焊穿效果。

25

当前课程：国赛

训练时间：0:3:45

in操硬由

当前课程：15mm磁钢T2接（立向上饵PF）

训练时间：0:0:37

当前正在焊接照1层

焊穿板件

B示诙抵in搜布第

*（10）焊缝的宽度和余高会随着电流电压变化。电弧和飞溅会随着电流和弧长而变化。

26

*(11)焊接缺陷：焊缝过宽，焊缝过窄，焊缝跑偏，未焊，咬边，焊穿，飞溅，气孔,

夹渣，弧坑，余高，未焊透。

(12)能够真实的模拟焊接过程中的各种条件设置，引弧、焊接、收弧中的各种手法,

电弧、明暗场、飞溅、焊缝、声效表现逼真。

27

O湾N施EW股份后F用"慎灌融器

作⑪使用亏加保和牌牌辑ill练腹用器!

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（13）有“引导枪”功能，通过颜色变化来引导学生参考掌握干伸距离、行走速度等运

枪手法。该引导枪可以由教师自己行录制并上传，来帮助学生对教师的运枪手法进行“实

时临摹”对比操作。

28

(14)手工焊接录像网络转播功能：具备有网络实时转播功能，学生可以在自己的工位

上实时收看老师的焊接转播画面，以不同的角度和视角查看和学习老师在焊接时的操作

手法。

★(15)升级功能：系统软件具有升级功能，且提供终身免费升级服务。

4.教师管理系统

4.1基本功能

通过教学控制机可以同时实现单个或多个终端学生机的控制与监控，并可以对学生

进行全面的管理。教师端管理系统是焊接仿真器的教师服务器控制端，能够监控学员的

29

实训设备训练的状态及数据，可远程管理多台实训设备，管理学员注册及登录，管理学

员训练的数据结果并可随时抽取查看，进行教学演示，实时训练成本估算等。具有一体

化教学功能能通过教学控制机可以同时实现多终端学生机的控制与监控，还能通过教学

网络进行数据查看和评定，实现网络监控管理和考核功能。

4.2教学功能

教师端管理系统与数字化焊接系统是采用网络管理方式，即单台管理系统可动态的

管理多台实训设备，即可以同时监控实训数据并控制多个实训设备的注册、练习、考核、

焊接录像等功能，也可以点对点的方式对单台实训设备进行训练状态的监控和控制，可

以将任意学员的实训焊接信息在管理系统上进行再现，教师可通过教学投影设备对多个

学员教学讲解及管理系统内容的推送，并也将学员的数据信息及操作内容连接至远程的

校园网络及互联网络。

具体功能示意如下：

UKI仿氏~穗实训&备1・机仿接实训&务26依仿H煌格实以收04伪*煌信实

实训中心管理系统结构示意图

4.3系统功能说明

(1)主机：一1台台式电脑。

联想T4900V

Intel酷睿2双核(3.0GHz)以上，8G内存，500G固态硬盘，19寸液晶，键盘鼠标。

(2)音响系统：2.0声道，模拟各类作业环境音效。

(3)管理功能：

①基本功能，通过教学控制机可以同时实现单个或多个终端学生机的控制与监控，并

可以对学生进行全面的管理。

②理论教学功能，建立标准作业库，既可作为学生机训练的参考也可以做校内网上的

30

多媒体课程资源，供学生进行网络学习。

③任务设定功能，教师机能够实现任务设置与终止，并可以按学生等级进行不同阶段

的训练难易设定，以使对学生循序渐进的培训，从易至难的过程。

④考核评定功能，系统在考试完毕后可立即生成考试结果及评定，并上传至数据库进

行长期保存，可随时进行查询、打印。

⑤扩展功能教师可通过教学投影设备可以进行理论知识的教学及标准操作录像回放,

并可以随时调取学生训练记录进行重现、查看。

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系统查询考试成绩界面

学员历史焊接结果查询界面

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教师端管理系统训练参数设置界面

4.3.1监控功能

设备监控，教师可以选择焊接模拟器设备向其发送训练或考试任务。每台设备应可

以接受不同类型的课程，或进入不同的模式。同时可以管理每台训练模拟机上所能使用

的训练课程如：禁用部分课程，强制训练指定课程或任务等。还能在教师端看到学员当

前所进行的操作信息及状态。教师可通过教学投影设备可以进行理论知识的教学及标准

操作录像回放，并可以随时调取学生训练记录进行重现、查看。

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4.3.2课程设计

具备理论教学功能，建立标准作业库，既可作为学生机训练的参考也可以做校内网

上的多媒体课程资源，供学生进行网路学习。

可以对课程内容进行设置，应包括：课程名称、任务等，并可方便的添加和删除。

32

应可以查看课程信息：选择一个节点，显示出该节点的详细信息。

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4.3.3考试任务

实现任务设定功能，教师机能够实现任务设置与终止，并可以按学生等级进行不同

阶段的训练难易设定，以便对学生循序渐进的培训，从易至难的过程。

可教学系统教师端可以对考试内容进行设置，包括：考试名称、任务等，并可方便

的添加和删除；可以查看课程信息：选择一个节点，显示出该节点的详细信息。

33

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系饯包理任务列表

学员宜押张老。二复化"保护饵任务列表

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二气化，保沪母T接手忤

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用材材料:号材影状：板■板

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1、考试任务设计

可以对任务内容进行设置，包括：任务名称、目的、焊机类型、接口类型、焊接位

置、坡口类型和母材厚度等；查看该教师设计的任务：选择一个节点显示出该节点的详

细信息。

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2、任务共享

查看其它教师所设计的任务并能共享；选择要查看的教师，任务列表中会显示出所

有的任务，单击某一任务可以查看任务详细信息。的任务并能共享；选择要查看的教师,

任务列表中会显示出所有的任务，单击某一任务可以查看任务详细信息。

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3、考试任务发布

教师端操作可以具备学员考核系统、学员管理系统与教师后台管理系统，能任务共

享及一键实时发送任务。在学员端可以分别接收到“课程任务”、“课后作业”、及“模

拟试题”，三种不同属性的推送任务。

35

ONEW

湾流股份

用户信息：未^景

歌迎使用气血保扣牌牌技训练辕用器!

学员机实时同步教学系统布置的训练及考核任务

ONEW蹑理使用气血照和算牌箱训练辍用器!

湾流股份

考试任务项目说明

10:8mm低碳钢平板PW（立向上埠PF）

11:8mm低碳钢平板PW（立向下烽PG）

12:6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向上焊PF/3G）

13:6mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向下焊PG/3G）

14:8mm低碳翎屋坡口对接接头BW（立向上悻PF/3G）

8mm低碳钢平板PW（立向上焊PF）

15:8mm低碳钢V型坡口对接接头BW（立向下焊PG/3G）

16:8mm低碳钢T型接头FW（立向上焊PF/3F）

17:8mm低碳钢T型接头FW（立向下埠PG/3F）

18:6mm低碳钢V里坡口对接接头BW（横焊PC/2G）

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模拟考试任务列表

4、学员考试自动评判

学生在学生端接收到任务后进行考试，系统可自动对学生的操作过程给与评价并打

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