隋國(guó)亮 趙月利 劉洋 姜超凡

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù) ? 中職 ? 數(shù)控

作為當(dāng)下技術(shù)最為先進(jìn)、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的虛擬仿真技術(shù)，越來越被教育領(lǐng)域的工作者所青睞。中等職業(yè)教育作為我國(guó)職業(yè)教育中的重要組成部分，也應(yīng)當(dāng)引進(jìn)這一先進(jìn)技術(shù)，以應(yīng)用于機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)活動(dòng)中。這既是中等職業(yè)學(xué)校發(fā)展的需要，也是機(jī)械類專業(yè)教學(xué)方法改革的必然趨勢(shì)。

虛擬仿真技術(shù)與中職機(jī)械類專業(yè)數(shù)控課程的結(jié)合，能夠改善傳統(tǒng)教學(xué)方法中的許多問題，例如數(shù)控機(jī)床的數(shù)量少、設(shè)備有限等。通過仿真三維空間的構(gòu)建，為學(xué)生提供較為逼真的數(shù)控加工環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)，使他們掌握最為直接的數(shù)控加工過程，從而提升他們的實(shí)際操作能力、動(dòng)手能力等，為機(jī)械類專業(yè)數(shù)控課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，從而激發(fā)學(xué)生形成對(duì)數(shù)控課程的學(xué)習(xí)興趣。

一、中職數(shù)控課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作和動(dòng)手能力是數(shù)控課程教學(xué)的核心，二者直接關(guān)乎學(xué)生的就業(yè)和未來的發(fā)展。所以提升學(xué)生對(duì)本課程的興趣，加深對(duì)本課程知識(shí)的理解，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)操能力是影響本課程教學(xué)質(zhì)量的決定性因素。通過我的多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，本課程的教學(xué)中存在以下問題：

學(xué)生對(duì)數(shù)控相關(guān)知識(shí)的掌握程度不足。因?yàn)閿?shù)控相關(guān)知識(shí)的理論性較強(qiáng)，而中職機(jī)械類專業(yè)學(xué)生普遍學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較為薄弱，所以對(duì)學(xué)生而言數(shù)控相關(guān)知識(shí)掌握起來較難，無法形成對(duì)數(shù)控課程的濃厚學(xué)習(xí)興趣。

學(xué)生對(duì)本課程不夠重視。多數(shù)學(xué)生在課前從不進(jìn)行預(yù)習(xí)等準(zhǔn)備工作，在上課過程中不愿意看教師示范的規(guī)范操作步驟，這直接導(dǎo)致了學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中疑問多、效率慢的現(xiàn)象，使得教師無法按時(shí)完成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

學(xué)生動(dòng)手能力不足。部分學(xué)生不愿親自參與實(shí)訓(xùn)加工過程，自己只做工件測(cè)量等簡(jiǎn)單工作，而設(shè)計(jì)、編程、加工等復(fù)雜工作則是讓小組中的其他學(xué)生完成，所以這些不愿參與實(shí)訓(xùn)的同學(xué)很難完成教師規(guī)定的任務(wù)。

數(shù)控課程教學(xué)體系較為復(fù)雜。數(shù)控課程涉及的教學(xué)內(nèi)容繁多，例如需要學(xué)習(xí)數(shù)控手工編程、制圖軟件、計(jì)算機(jī)輔助編程、數(shù)控機(jī)床使用等。復(fù)雜的教學(xué)體系使學(xué)生無法抓到學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，如果其中某個(gè)環(huán)節(jié)沒能學(xué)會(huì)，會(huì)使學(xué)生失去對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

二、虛擬仿真技術(shù)與中職數(shù)控課程的結(jié)合

因我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，數(shù)控加工技術(shù)成為了行業(yè)發(fā)展的主流，所以各大企業(yè)工廠對(duì)數(shù)控加工相關(guān)的技術(shù)人才有著大量需求。為此大部分中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)都開設(shè)了數(shù)控課程，數(shù)控加工技術(shù)成為了中職機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的必備專業(yè)素質(zhì)之一。與傳統(tǒng)的機(jī)械基礎(chǔ)課程相比，數(shù)控課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，學(xué)生無法在教師的憑空講授下獲得技能的進(jìn)步，只有通過實(shí)際操作才能掌握數(shù)控加工的相關(guān)知識(shí)。然而對(duì)于剛剛步入數(shù)控課程的中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生而言，教學(xué)初期直接進(jìn)行實(shí)際操作必然會(huì)導(dǎo)致人員和資源的大量浪費(fèi)，甚至還具有一定的危險(xiǎn)性。對(duì)此，可以將虛擬仿真技術(shù)與中職數(shù)控課程相結(jié)合，形成全新的教學(xué)方法來改善傳統(tǒng)數(shù)控課程教學(xué)的不足。

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一個(gè)用仿真系統(tǒng)模擬一個(gè)真實(shí)環(huán)境的技術(shù)。它可以打破以往的二維平面圖像，創(chuàng)造出虛擬仿真的三維空間，使得人們?cè)谔摂M系統(tǒng)內(nèi)能自如地操縱由真實(shí)環(huán)境設(shè)計(jì)出來的物體，隨著科技的迅猛發(fā)展，本技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)影像、教育教學(xué)等生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域中。近幾年，在中等職業(yè)教育的教學(xué)中也引入了虛擬仿真技術(shù)，本技術(shù)不僅可以提供新的教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)方法，而且可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，給中職學(xué)校教學(xué)帶來新的模式。為使虛擬仿真技術(shù)與中職機(jī)械類專業(yè)的數(shù)控課程相結(jié)合，產(chǎn)生良好的教學(xué)效果，應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)要求：

（一）仿真程度要高 仿真程度的高低要考慮兩個(gè)方面的因素。首先是仿真加工是否與真實(shí)加工情況相同，包括與實(shí)際工件尺寸、走刀路徑、數(shù)控切削操作過程、控制面板顯示內(nèi)容、工件切削效果等方面的符合程度。其次是仿真加工的精度，包括虛擬仿真系統(tǒng)中數(shù)控機(jī)床在完成換刀、進(jìn)給、主軸旋轉(zhuǎn)、退刀等動(dòng)作時(shí)的運(yùn)動(dòng)精度以及虛擬仿真系統(tǒng)中所加工出工件的尺寸精度。

（二）仿真的功能要完善 虛擬數(shù)控仿真系統(tǒng)應(yīng)該擁有和真實(shí)數(shù)控系統(tǒng)相同的功能，例如控制面板的基本操作、數(shù)控代碼的輸入、數(shù)控代碼的編譯、數(shù)控代碼的分析、數(shù)控機(jī)床換刀、機(jī)床主軸進(jìn)給、完整的切削流程等多方面功能，要做到與真實(shí)加工情況相差無幾，避免遺漏。

（三）三維效果要逼真 在注重?cái)?shù)控切削加工過程和功能仿真的同時(shí)，還要注重視覺上的三維效果上的仿真。虛擬仿真系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)之一就是沉浸性強(qiáng)，用戶在系統(tǒng)中擁有較為真實(shí)的體驗(yàn)。三維效果的好壞主要取決于三維立體的構(gòu)建，通過在硬件系統(tǒng)上建立相應(yīng)的三維軟件，根據(jù)軟件中一定的程序指令生成立體的三維效果，這不僅需要硬件系統(tǒng)的具有較高的質(zhì)量，還需要軟件系統(tǒng)擁有良好的結(jié)融合程度，以方便用戶對(duì)虛擬數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制和對(duì)加工過程進(jìn)行觀察。

三、基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)控課程改革方法

基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)控課程改革方法主要是建立數(shù)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中的虛擬仿真空間需要實(shí)現(xiàn)三種功能：一是利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床操作界面、數(shù)控機(jī)床完整結(jié)構(gòu)的顯示。與現(xiàn)實(shí)中的數(shù)控機(jī)床相同，利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床操作界面上也能夠顯示出相同的操作按鈕和加工參數(shù)信息。學(xué)生可在虛擬仿真數(shù)控機(jī)床操作界面上進(jìn)行模擬編程訓(xùn)練，即使輸入錯(cuò)誤的程序或數(shù)據(jù)也不會(huì)像真實(shí)機(jī)床那樣對(duì)工件造成損壞，因?yàn)樘摂M數(shù)控機(jī)床會(huì)發(fā)出報(bào)警，學(xué)生可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并更正，起到了自我反饋、自我更正、自主學(xué)習(xí)的效果。虛擬數(shù)控機(jī)床使學(xué)生有了更多的機(jī)會(huì)和時(shí)間接觸數(shù)控機(jī)床，有利于對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)知識(shí)的掌握;二是利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工過程的展示。學(xué)生在虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的數(shù)控機(jī)床中輸入與真實(shí)加工相同的程序和數(shù)據(jù)后，該虛擬機(jī)床可以以三維的形式展現(xiàn)出加工過程。這不僅可以節(jié)約數(shù)控機(jī)床以及相關(guān)教學(xué)設(shè)備，同時(shí)也可大大提高操作的安全性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;三是利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控課程的考核。目前的考核形式主要是教師給出加工圖樣，等待學(xué)生實(shí)操加工后檢驗(yàn)工件的尺寸和精度，忽略了對(duì)加工過程的檢驗(yàn)和發(fā)生錯(cuò)誤之處的指導(dǎo)。利用本教學(xué)方法，學(xué)生可以在虛擬仿真系統(tǒng)中完成考試件的加工，由系統(tǒng)對(duì)每一加工步驟和加工結(jié)果進(jìn)行打分，教師根據(jù)系統(tǒng)出示的結(jié)果進(jìn)行打分、點(diǎn)評(píng)和講解。由教師對(duì)考試的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)后，學(xué)生可以在系統(tǒng)中繼續(xù)嘗試完成本次考試，以彌補(bǔ)自身的不足，使他們真正地掌握數(shù)控相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)際操作的技能，提升專業(yè)素質(zhì)。

四、結(jié)語

中職數(shù)控課程與虛擬仿真技術(shù)的結(jié)合，使本課程的教學(xué)方法發(fā)生深刻的變革，可以實(shí)現(xiàn)以數(shù)控基本知識(shí)、實(shí)操技能傳授為主的教學(xué)方法向以培養(yǎng)綜合能力為主的教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變。這種教學(xué)方法所秉持的教育理念是以學(xué)生為主體，學(xué)生在這種教學(xué)方法下可以體現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，明顯提升數(shù)控課程的教學(xué)水平，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)控課程的濃厚興趣，使他們形成踏實(shí)認(rèn)學(xué)的良好學(xué)習(xí)作風(fēng)，為將來的學(xué)習(xí)和就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝二濤.應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)提升中職數(shù)控教學(xué)效率的研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，（19）：118.

[2]何時(shí)劍，殷紅梅，汪木蘭，等.三維數(shù)控綜合測(cè)試平臺(tái)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018，（05）：50-53.

[3]劉旭波，熊智文，李學(xué)文，等.“數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用”課程虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，（08）：121-124.

[4]鄧敏.虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣東蠶業(yè)，2018，（08）：63.

[5]李雙文.虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)法在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2018，（13）：161-162.

（作者單位：長(zhǎng)春市大師工作室）