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经验证明，对于使用虚拟和混合现实工具对于培训汽车维修保养操作人员的有效性的评价标准和存在的挑战

关键词：

增强和虚拟现实 汽车 维修保养 培训效果 培训评估

摘要：

对于培训运营商与操作人员的虚拟现实和混合现实的工具的有效性的争论（虚拟现实 / 混合现实）一直存在着，关于突出贡献的争论，在文献中，有一些关于实验方法和评估标准的不足。在汽车方面，尽管汽车制造商在使用虚拟现实 / 混合现实工具来支撑设计师方面是先驱者，研究者们只在最近才开始发掘虚拟现实 / 混合现实系统的有效性作为对驾驶服务中心的外部运营商来说在汽车维修程序中获得必要的技能流程的一种工具。事实上，从在过去三十年刊登的关于虚拟现实 / 混合现实工具训练的463期刊文章中，在研究人员测试虚拟现实 / 混合现实工具对于培训服务运营商的技能的有效性的实验中，我们只认证八篇文章。为了调查这八项研究中目前的研究结果以及不足，我们使用了两个主要驱动因素：（一）组织培训项目的知名框架和（二）一份列有十一个由不同领域的研究人员使用虚拟现实 / 混合现实系统对于评估培训效果广泛应用的评价标准的清单列表。我们目前的分析允许我们来：（一）确认将他们的分析只聚焦于分析汽车服务运营商在时间和错误方面的表现的汽车研究人员的一种趋势，留下未开发的重要的培训前和培训后的可能会影响的虚拟现实 / 混合现实工具有效性的方面来提供培训的内容 - 例如，人际交往能力，以往的经验，存在和参与，可用性和满意度及（二）概述了设计和评估用于培训汽车服务运营商的虚拟现实 / 混合现实工具未来所面临的挑战。

1. 介绍

虚拟现实(虚拟现实)系统被定义为一种用户所沉浸、感知和交流的三维世界的人机环境[1,2]。然而,当米尔格拉姆和金石弄[2]强调,身临其境的系统在从虚拟到现实世界连接中只代表一,极端和点。事实上,沿着连接这条线索，研究人员和制造商,通过混合虚拟和真实的世界,开发了不同的混合动力技术来服务不同的目标。这些混合现实(混合现实)系统的设计是为了,例如,增加带有虚拟信息的真实环境的用户体验(增强现实)或通过实际输入增加虚拟系统(增强虚拟)。这场关于虚拟现实/ 混合现实工具应用的辩论在研究人员中开始于六十年代末：[3]，但由于这些仿真工具的高昂成本，只是限制了一组专家接近本次辩论。只是在九十年代，由于硬件的价格下降和的同时增加的技术表现，一个更加大型的专家团队开始研究虚拟现实/ 混合现实系统的潜力 [4,5]。

今天这些工具的成本仍然是一个障碍，排除许多研究人员访问,和实验分析这些技术。但是，现在几个不同的虚拟现实/ 混合现实系统在软件、硬件、功能和交互模式方面变化，[6]每天应用在不同的领域 - 例如，制造业，手术治疗，教育，军事 - 作为专家工作的支持，作为培训员工，专家和管理者技能的项目的一部分（例如，原型和总成，驱动，战斗，飞行，手术和程序等请参见：[7]）。

作为曼托瓦尼[8]线下的虚拟现实/ 混合现实工具的使用是由培训员传递的内容和促使运营商来获得，或增加他们以前的诀窍 - 意为一组的程序的技能。一致的培训体系设计必须以达到两个主要目标：（一）虚拟现实/ 混合现实系统必须帮助学员能够有效和高效地执行所有步骤，以实现一个目标[9] - ，即，执行过程,用最少的时间,并按照正确的顺序操作。（二）虚拟现实/ 混合现实培训系统需要运营商参与执行程序的核心技能的锻炼，如复杂的信息空间的抽象推理，可视化和管理等[10]。

在虚拟现实/ 混合现实应用程序的不同领域，汽车制造商一直是在制作原型和评估产品的设计时使用工具的先驱- 例如，计算机辅助设计 - 和验证装配精度和维护过程[11]。然而，相对于其他行业（例如航空，军事，医疗等），汽车制造商在近期才开始关注一下应用虚拟现实/ 混合现实的系统培训操作人员的系统知识。这种应用于虚拟现实/ 混合现实系统的培训工具最近吸引了一些支持汽车服务运营商的国际项目和系统产生兴趣- 例如，欧洲项目技能（http://www.skills-ip.eu/）和瑞致达（http://www.vistra-project.eu），还有通过米太奥创建的移动增强现实技术援助和大众汽车（http://www.metaio.com）和宝马增强现实眼镜（http://www.bmw.com/）。

汽车制造商有兴趣为汽车服务专业维修训练和提供支持工具;打算建立多步骤的高度专门化的方法，其中运营商必须以正确的方式来执行顺序：（一）汽车的拆卸和故障系统组件的去除，（二）更换或维修这些组件和，（三）汽车[12]的重组。

虽然，运营商在服务过程中所必须执行的主要步骤一个产业内几乎相同，如研究人员强调，服务业在以下方面是不同的[13,14]：（一）经济相关性，及（二）在市场竞争力的基础上服务的方法。这些因素影响服务的运营商在执行一个过程中必须面对不同的挑战。

从经济学观点出发，研究人员发现，服务质量是影响顾客忠诚度和整体品牌体验的重要因素[15-17]。 此外，特别是对于汽车领域，服务和维护是非常重要的市场。据统2012年，仅在美国，针对全球市场已售出的汽车的总额共计1665亿 [18]而在同一时期服务和维护市场总额几乎为 650亿 [19]。

因此，对于纷纷投向操作人员培训的汽车制造商而言，操作人员工作的质量可能显著影响品牌形象。

随着历史的发展，汽车产业已经成为了在其他工业领域中最有竞争力的市场[13]之一。为了正确竞争，汽车厂商纷纷在个性化和针对客户的需求模型改造上投入巨资。例如，目前市场上的豪车型号最多可以有1024个可能的配置 - 例如，不同的发动机，底盘，电子构型等等[20]。与此同时，不同的服务方法被开发和测试来回应相应水平的汽车个性化的产品 - 例如，客户为本，服务至上等[13,14]。

因此，不同于其他领域，服务中心在汽车市场上发挥重要的作用，而且，更重要的是，服务运营商往往被迫应对在配置方面也有很大不同的复杂的产品。不同的产品配置经常导致运营商面对同类车型时，服务程序在汽车部件，内部和电子设计和组织方面的可能存在的变化。从而，运营商被迫要适应和执行可能略有不同或者十分困难在各不相同的步骤方面和汽车配置的基础上执行程序。

在这种情况下，对汽车制造商而言，服务运营商实力的增强以及他们的维修程序精细化日常来说是更为重要的，因为运营商是连接顾客和他们的需求主要的接口，即解决他们的车的问题，并且它们是在市场竞争中维持品牌形象的重要资源。

虚拟现实/ 混合现实工具被认为是培训服务维护运营商可靠的解决方案，在文献中，至少有三个突出的主要原因[6,8,21]。首先，初始投资后获得系统，以及维护成本，虚拟现实/ 混合现实工具降低总体培训费用。其次，与学习方法相关[22]，虚拟现实/ 混合现实系统让人们在训期间看到并与模拟的真实物体互动。这种互动体验提高了学员技能获得的质量。此外，这些系统给人们提供了需要满足和学习方式良好的适应度，即个性化 - 通过在培训期间普遍增加学员的积极性。第三，从业者和培训人员通过虚拟现实/ 混合现实系统可以很容易地收集了一系列广泛了解学员的数据，用以检查，评估和校准培训过程。与该结果一致的是，具有虚拟现实/ 混合现实工具的培训被认为比传统的培训计划功能更强大，更有效。然而，使用虚拟现实/ 混合现实工具进行培训的有效性在科学文献中引起热议。事实上，研究人员通常使用的是小样本，并与一组有限的可比的评价标准来分析这些工具的有效性[23,24]。因此，目前实验结果的可靠性仍不明朗。

在虚拟现实技术工具应用于培训的领域中，一些差异可以被强调的。例如在以下手术或军事程序领域，类似的评价标准（在每个领域）可以用于研究评估虚拟现实/混合现实的有效工具，因为这个工具的应用是类似的：

培训项目的目标 - 即增加专家的课程，和（二）训练条件和内容 - 例如，来训练具体的手术过程，或者飞行或驾驶特定的车辆等。据此说法，通过目标培养一个或多个，具有一组标准化规则的具体和特定的程序，研究人员课在专业领域内评估学员的表现而非可比的基准。因此，对于这些类型的的训练应用程序，虽然研究的结果仍有争论，存在一套相对可靠的证据支持使用该虚拟现实/ 混合现实工具的培训是有效的这样的想法。

相反，当研究人员的目标是评估服务维修程序操作的训练时，一套不太稳定的与可比的评价标准可以应用，这是因为：（一）该计划的目标，参与培训的人员（即，经理，供应商，培训师，学员等[25]），以及虚拟现实/ 混合现实工具均来自不同的公司，和（二）通常经营者被进行可变程序的训练 - 例如，对不同的产品组装或维修时 [26]。因此，在虚拟现实/ 混合现实工具对培训服务、维护的有效性的结果可以使整个公司发生显著变化，从而对应用这些系统的有效性产生一个非常高的不确定性。

为了尽量减少有关应用虚拟现实/ 混合现实工具有效性的这种不确定性，汽车研究人员通常限制了被这些系统所执行的有效性评估，证明运营商在时间和错误方面表现的提高[27]。然而，正如一些作者所提及的，虚拟现实/ 混合现实系统是应用于培训计划的工具- 意为一组目标，设计规则，达到学习需要的行动和工具，与公司的要求相一致 - 与这些系统的有效性不能在培训计划框架之外进行评估[6,8,28,29]。因此，要充分评估虚拟现实/ 混合现实工具的有效性，有必要将注意力延伸至训练的成果- 即，学员的表现 - 学员经历的训练过程，和培训计划的目标和成果之间的比较[8]。

组织培训的主要组成部分和评估这些方案的关键因素在文献中都进行了很好的完善[6,8,30-34]，不过，研究人员在定义测试虚拟现实/ 混合现实工具有效性的评估标准时，很少提及背景。

本文考虑了应用虚拟现实/混合现实工具的一个培训计划的重要性，旨在调查目前对于培训操作人员在服务维护的产品方面的程序性技能的来评估虚拟现实/混合现实的有效性的方法，涉及到汽车领域与特定的利益相关的有效性数据。我们使用的训练方案设计公知采用了著名的框架[30,32,33]和一套应用于不同领域培训的实验研究的评价标准，如司机：（一）确定当前结果和这些研究在研究人员应用的评价标准方面的限制，及（二）概述在应用虚拟现实/ 混合现实工具培训汽车服务养护时未来面临的挑战。

1. 目前对于使用虚拟和混合现实工具培训服务维护运营商的有效性的研究

专业人士认为虚拟现实/ 混合现实工具是与公司需要相关的一次性创作 [6]。因此，在投资设计自己独特的工具之后，制造商被迫增加加额外的预算，通过将一些专门的运营商从移除他们参与的一个评估过程的工作，来测试这些系统的功效[23]。这种经济屏障通常组织研究者通过实验评估应用虚拟现实/ 混合现实工具进行培训的有效性。这种缺乏实验证据在制造业和汽车行业中尤为明显，研究人员往往试图证明，不是分析，应用虚拟现实/ 混合现实工具培训的有效性是以来自其他领域的实验结果为基础[27]。此外， 虚拟现实/ 混合现实工具的有效性已被实验评估，研究人员只有评估在执行准确的维护程序方面，工具优化运营商的时间的能力，独立于公司的培训计划之外，目标是应用虚拟现实/混合现实工具[8,27,35]。这种缺乏对组织需要和环境的考虑 - 即，演员和他们之间的关系 - 常常导致研究人员，关于维修保养培训应用虚拟现实/ 混合现实工具的有效性获得不一致，不具有可比性的结果[6,8,23,24]。

然而，使用虚拟现实 / 混合现实系统，为培养专业人才和在不同领域的运营商是一个不断增长的研究领域。如图1显示，关于使用虚拟现实/ 混合现实工具的培训发表文章的数量，在过去的三十年中不断增加。我们确定了一个463同行评审的论文的总样本（48篇从1990年至1999年; 225篇从2000至2009年; 190篇从2010至2013年），文章标题包含关键字“虚拟现实”，“增强现实”，”混合现实“和在司寇普思“培训”， 从1990年到2013年来自知网和IE检索。这些文章的60％（278）目的是分析一个或多个针对特定程序的虚拟现实/ 混合现实的培训体系模型的功能，并讨论设计方法和原则（例如，[7,36]）。30.5％的文章（141）旨在讨论与互动相关问题和在不同的领域使用虚拟现实/ 混合现实系统的趋势，——例如技术验收，可用性，使用的利益等（例如，[37]）。最后，与研究人员关于对缺乏有效性评估的担忧中，只有9.5％（44）的文章是系统性回顾和实验对学员表现进行评估 - 在时间，学习曲线，心理活动技能改善等（例如，[38,39]）。

图1. 从1990年到2013年包含关键字“虚拟现实”或“增强现实”“混合现实” 每年在斯高帕斯，知网和IE检索发表的文章、数量，线性趋势显示了关于使用VR/ MR工具培训出版文章的不断增长，而指数趋势估计多年来的预期增长

通过考虑关于虚拟现实/ 混合现实工具培训的有效性的结果的不确定性，为了拓展实验分析的可靠性，研究人员在外科领域经常有进行荟萃分析审查，来汇总用于专业技能培训工具的有效性的研究数据[23]。虽然Meta分析是一个可以了解清楚虚拟现实/ 混合现实工具对于培训的有效性的可靠的解决方案，目前存在太少实验和同质研究 - 即培训内容上 -在文献中是可以获得有关用于培训汽车服务维护制造运营商系统的有效性进行的有意义的荟萃分析。事实上，在44篇论文中，分析学员在使用虚拟现实/ 混合现实工具进行培训后的表现，我们发现其中只有十篇同行评议的文章研究人员在标题中，或在文章正文中声明，集中注意在虚拟现实/ 混合现实工具在培训用于整个（或一部分）的服务维护过程的程序技能的有效性。在这十篇论文中，只有两篇是在汽车领域中进行的实验研究（参见，表1：[25,35]）。然而，另外四篇文章被列入名单中，尽管这些文章在作者讨

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