本发明属于教学评估，具体涉及使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法和系统。
背景技术：
1、光刻机作为半导体制造中的核心设备，其高精度、高复杂性使得相关教学和评估工作面临巨大挑战。传统的光刻机教学主要依赖于现场实操和理论教学，但这种方式存在诸多局限。首先，光刻机操作复杂，需要长时间的实践积累，但现场实操的机会有限，无法满足大量学生的需求。其次，光刻机设备昂贵，一旦操作不当，容易造成设备损坏，增加教学成本。最后，传统评估方式多依赖于人为观察和记录，评估结果主观性较强，且难以量化。
2、随着科技的不断发展，虚拟现实(vr)技术逐渐成熟，为光刻机教学评估提供了新的可能。虚拟现实技术可以构建一个高度仿真的光刻机操作环境，让学生在虚拟环境中进行实践操作，既解决了现场实操机会有限的问题，又避免了设备损坏的风险，同时，虚拟现实技术还可以实时记录学生的操作过程，为教学评估提供客观、全面的数据支持。
3、然而，目前针对光刻机等高精尖设备的教学评估方案尚不完善，一些现有的方案虽然尝试利用虚拟现实技术进行模拟教学，但往往缺乏真实感和沉浸感，无法完全模拟光刻机的实际操作环境。此外，这些方案在评估方面也存在不足，缺乏科学、系统的评估标准和方法，难以准确反映学生的真实水平。
4、因此，开发一种使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法和系统具有重要的现实意义和应用价值。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法和系统，具体技术方案如下：
2、第一方面，本发明提供使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤s1，利用虚拟现实技术，构建光刻机操作场景，并基于神经网络模型对构建的光刻机操作场景输入输出参数进行训练，得到光刻机的虚拟教学平台，所述场景至少包括光刻机的各个零部件和操作界面。
4、进一步的，利用虚拟现实技术，构建光刻机操作场景包括：在openinventor系统建立光刻机的三维场景，包括光源系统、光学系统、掩膜对准系统、曝光系统和显影系统的零件与定位部件实体的逻辑位置装配。
5、获取光刻机实际操作界面的布局图，在openinventor中，使用布局管理器设计虚拟操作界面。
6、进一步的，基于神经网络模型对构建的光刻机操作场景输入输出参数进行训练，得到光刻机的虚拟教学平台。
7、对构建的光刻机操作场景输入输出参数进行训练的神经网络模型由依次连接的输入层、一维卷积层、池化层、双向门控循环层、dropout层、全连接层以及输出层构成；所述神经网络模型是通过在卷积神经网络的基础上增加双向门控循环层和dropout层获得。
8、进一步的，所述双向门控循环层中，假设在训练的t时刻，用xt代表输入层的状态，ot代表输出层状态，ht代表在双向gru层传递过程中的隐藏层状态，则：
9、
10、式中，代表前向层在单向传递过程中学习到的特征状态，是后向层在单向传递过程中学习到的特征状态；与是前向层、后向层依次到输出层的权值；bo则代表在输出层中加入的偏置向量。
11、所述光刻机操作场景输入输出参数包括输入样本数据和输出样本数据，所述输入样本数据和输出样本数据是实际光刻机在工作中收集的数据。
12、所述一维卷积层对输入样本数据进行特征提取，所述输入样本数据包含：设计图与掩膜版数据、工艺参数、硅片信息、机器状态与校准数据、环境监测数据。
13、所述池化层对一维卷积后的数据维度进行简化，将数据传入双向门控循环层。
14、所述双向门控循环层利用双向gru提取特征参数的序列特征，并进行非线性变换来确定输入与输出数据之间的内在逻辑关系。
15、经bigru层进行二次特征提取后的数据，在dropout层中随机丢弃数据的部分节点，以防止发生过拟合并将处理后的数据传入到全连接层，所述全连接层通过非线性组合将输出特征映射到样本的标签空间，经输出层linear回归运算输出光刻机的输出数据的预测值。
16、进一步的，将所述神经网络模型输出的输出数据的预测值与所述输出样本数据进行比较；所述输出样本数据包括：曝光图像数据、工艺参数记录、机器状态与监控数据、质量检测报告和故障诊断与报警信息；采用拟合度指标r2来描述模型的预测性能，0＜r≤1，当r2≥0.985时，满足模型训练停止条件，此时模型的参数即为神经网络模型结构的最优参数。
17、进一步的，若不满足则使用反向传播算法调整模型的偏差，继续训练；所述拟合度指标r2的计算式为：
18、式中，fi代表第i个输入样本对应的输出样本数据，为第i个样本对应的输出数据的预测值，为输出样本数据的平均值，m为样本总数。
19、步骤s2，在虚拟场景中设置针对光刻机教学的操作任务，所述操作任务包括：零件安装、参数设置、故障排查，学生按照所述操作任务进行虚拟操作，将操作过程产生的参数自动保存。
20、进一步的，所述零件安装是指在虚拟场景中，提供光刻机的各个零件模型，并设置相应的安装任务，学生根据光刻机的装配顺序和要求，将零件逐一安装到正确的位置，实时检测学生的安装过程，判断其操作的正确性和规范性，并给出相应的反馈。
21、所述参数设置是指设置光刻机的曝光时间、光源强度和焦距，在虚拟场景中模拟参数的设置过程，并要求学生进行相应的参数调整，记录学生的参数设置情况，并在操作结束后进行分析和评估。
22、所述故障排查是指在虚拟场景中设置光刻机故障场景，学生根据系统提示，分析故障原因，并采取相应的措施进行排查和修复。
23、步骤s3，根据收集到的操作过程产生的参数，自动生成光刻机教学评估报告，所述报告包含学生的知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力的评估结果。
24、进一步的，所述教学评估报告的生成步骤包括：
25、系统自动收集学生在光刻机虚拟仿真教学系统中的操作过程参数，包括理论题得分、操作题得分、操作正确性、操作速度、操作稳定性、故障识别时间、故障修复时间、故障修复成功次数。
26、根据评估计算公式，系统对收集到的数据进行处理，计算出学生在知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力方面的得分。
27、将学生在各项评估指标上的得分进行汇总，形成光刻机教学评估报告，以可视化方式呈现评估报告，同时将评估报告导出为pdf或excel格式。
28、进一步的，所述评估计算公式包括学生的知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力三个方面的评估计算。
29、所述知识掌握情况的计算公式包括：
30、知识掌握情况得分f1＝(理论题得分×权重1)+(操作题得分×权重2)；
31、操作正确性得分＝正确操作次数/总操作次数×100；
32、操作速度得分＝(标准操作时间-实际操作时间)/标准操作时间×100；
33、操作稳定性得分＝(1-操作失误次数/总操作次数)×100；
34、技能操作水平得分f2＝(操作正确性得分×权重3)+(操作速度得分×权重4)+(操作稳定性得分×权重5)；
35、故障识别时间得分＝(标准识别时间-实际识别时间)/标准识别时间×100；
36、故障修复时间得分＝(标准修复时间-实际修复时间)/标准修复时间×100；
37、故障修复成功率得分＝修复成功次数/总故障次数×100；
38、问题解决能力得分f3＝(故障识别时间得分×权重6)+(故障修复时间得分×权重7)+(故障修复成功率得分×权重8)。
39、进一步的，学生评估总分数的计算公式为：f＝f1×w1+f2×w2+f3×w3，其中，w1、w2、w3分别为f1、f2和f3的权重，w1+w2+w3＝1。
40、第二方面，本发明提供使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的系统，用于执行第一方面的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，所述系统包括：虚拟现实教学平台、数据收集与分析模块和评估报告生成模块。
41、所述虚拟现实教学平台与所述数据收集与分析模块连接，利用虚拟现实技术，构建光刻机操作场景，并基于神经网络模型对构建的光刻机操作场景输入输出参数进行训练，得到光刻机的虚拟教学平台。
42、所述数据收集与分析模块通过在虚拟场景中设置针对光刻机教学的操作任务，所述操作任务包括：零件安装、参数设置、故障排查，学生按照所述操作任务进行虚拟操作，将操作过程产生的参数自动保存，并发送至与所述数据收集与分析模块连接的评估报告生成模块。
43、所述评估报告生成模块根据收集到的操作过程产生的参数，自动生成光刻机教学评估报告，所述报告包含学生的知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力的评估结果。
44、进一步的，所述系统还包括实时反馈模块，该模块能够接收学生在虚拟场景中进行的操作数据，并根据预设的评估标准对学生的操作进行实时评分和反馈，以便学生能够及时了解自己的操作表现并进行调整。
45、本发明与现有技术相比，其有益效果是：
46、1.本发明通过利用虚拟现实技术构建光刻机操作场景，能够为学生提供一个高度仿真且沉浸式的光刻机教学环境。这种环境不仅还原了光刻机的真实零部件和操作界面，还通过神经网络模型对场景输入输出参数进行训练，使得虚拟教学平台更加接近实际光刻机的操作特性。这有助于学生更好地理解和掌握光刻机的操作技巧，提高教学效果；使得学生可以在不接触实体设备的情况下进行实践操作，不仅降低了教学成本，还大大增加了学生的实操机会；同时，避免了因操作不当导致的设备损坏，降低了教学风险。
47、2.本发明能够自动收集学生在虚拟操作过程中的参数，并基于这些参数生成光刻机教学评估报告，这份报告涵盖了学生的知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力等多个方面的评估结果，使得教学评估更加全面客观；由于是基于虚拟现实技术构建的教学平台，本发明具有高度的灵活性和可扩展性。教师可以根据教学需求随时调整虚拟场景和操作任务，以适应不同学生的学习进度和能力水平。同时，随着光刻机技术的不断更新换代，虚拟教学平台也可以方便地进行更新和扩展，以满足新的教学需求。
1.使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述步骤s1中，利用虚拟现实技术，构建光刻机操作场景包括：在openinventor系统建立光刻机的三维场景，包括光源系统、光学系统、掩膜对准系统、曝光系统和显影系统的零件与定位部件实体的逻辑位置装配；
3.根据权利要求2所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，对构建的光刻机操作场景输入输出参数进行训练的神经网络模型由依次连接的输入层、一维卷积层、池化层、双向门控循环层、dropout层、全连接层以及输出层构成；所述神经网络模型是通过在卷积神经网络的基础上增加双向门控循环层和dropout层获得；
4.根据权利要求3所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，将所述神经网络模型输出的输出数据的预测值与所述输出样本数据进行比较；所述输出样本数据包括：曝光图像数据、工艺参数记录、机器状态与监控数据、质量检测报告和故障诊断与报警信息；采用拟合度指标r2来描述模型的预测性能，0＜r≤1，当r2≥0.985时，满足模型训练停止条件，此时模型的参数即为神经网络模型结构的最优参数；
5.根据权利要求1所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述零件安装是指在虚拟场景中，提供光刻机的各个零件模型，并设置相应的安装任务，学生根据光刻机的装配顺序和要求，将零件逐一安装到正确的位置，实时检测学生的安装过程，判断其操作的正确性和规范性，并给出相应的反馈；
6.根据权利要求5所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述教学评估报告的生成步骤包括：
7.根据权利要求6所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述评估计算公式包括学生的知识掌握情况、技能操作水平和问题解决能力三个方面的评估计算；
8.根据权利要求7所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，学生评估总分数的计算公式为：f＝f1×w1+f2×w2+f3×w3，其中，w1、w2、w3分别为f1、f2和f3的权重，w1+w2+w3＝1。
9.使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的系统，用于执行权利要求1-8任一项所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的方法，其特征在于，所述系统包括：虚拟现实教学平台、数据收集与分析模块和评估报告生成模块；
10.根据权利要求9所述的使用虚拟现实技术进行光刻机教学评估的系统，其特征在于，所述系统还包括实时反馈模块，该模块能够接收学生在虚拟场景中进行的操作数据，并根据预设的评估标准对学生的操作进行实时评分和反馈，以便学生能够及时了解自己的操作表现并进行调整。
