淺談加工仿真系統(tǒng)在開放教育《數(shù)控技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：在國家大力振興裝備制造業(yè)的背景下，電大開放教育機電專業(yè)開設(shè)數(shù)控技術(shù)課程，對培養(yǎng)該專業(yè)應(yīng)用型高級專門人才，具有重要作用。本文試闡述在數(shù)控設(shè)施設(shè)備缺乏情況下，開放教育數(shù)控課程教學(xué)中如何引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。以及應(yīng)用該軟件系統(tǒng)對機電專業(yè)人才培養(yǎng)的作用和意義等問題。

關(guān)鍵詞：電大；開放教育；數(shù)控課程；加工仿真系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著科技、經(jīng)濟的飛速發(fā)展，機械工程現(xiàn)已跨越機械、電子、計算機、信息控制、管理工程以及技術(shù)經(jīng)濟等多個學(xué)科，發(fā)展成為綜合技術(shù)應(yīng)用學(xué)科。對現(xiàn)代機械制造業(yè)而言，數(shù)控工藝裝備應(yīng)用早已成為其核心技術(shù)之一。我國電大開放教育開設(shè)機電工程專業(yè)，其任務(wù)是培養(yǎng)該專業(yè)適應(yīng)地方和基層經(jīng)濟社會建設(shè)需要的高質(zhì)量應(yīng)用型人才。所以，電大開放教育在培養(yǎng)計劃中開設(shè)數(shù)控技術(shù)課程就成為必然要求。

當(dāng)前開放教育數(shù)控課程教學(xué)中存在的問題

由于數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字信息對機床設(shè)備空間運動坐標(biāo)實現(xiàn)控制，其集機械、電子、自動控制、計算機技術(shù)為一體，使得數(shù)控技術(shù)課程在教學(xué)中較為抽象、復(fù)雜，從實用和操作的角度看，其教學(xué)實施也必然對課程實驗(實踐)環(huán)節(jié)提出較高要求，使該課程具有鮮明的實踐性特點。

然而，數(shù)控機床屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其機床本體和控制系統(tǒng)品類繁多，價格高昂，一般數(shù)控車或銑床單價約十萬到二三十萬，加工中心則動輒幾十萬甚至數(shù)百萬。如果開放教育數(shù)控課程的實驗、實訓(xùn)環(huán)節(jié)完全依賴數(shù)控機床，則投入巨大、消耗多、成本貴、實驗風(fēng)險高，學(xué)校將無力組織教學(xué)。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)概述

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，是指某一特定的計算機軟、硬件系統(tǒng)，實驗者可在此計算機系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)演示、分析數(shù)控加工從零件設(shè)計圖到加工程序調(diào)試直至動態(tài)切削演示的全過程。

根據(jù)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)特點和面向的用戶對象不同，一般將之分為兩大類：一類是教學(xué)專用系統(tǒng)，代表者有英國Danford系統(tǒng)的國產(chǎn)宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)、華中數(shù)控教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)等。它們的特點是面向數(shù)控加工技術(shù)初學(xué)者，具有強大的數(shù)控知識呈現(xiàn)功能，具有用于輔助教學(xué)的各種模塊設(shè)置，如編程模擬模塊、考試管理模塊、實時教學(xué)幫助模塊等；另一類是面向制造企業(yè)的專業(yè)系統(tǒng)(一般是大型CAD/CAM軟件自帶的仿真模塊)，如Pro/Engi-neer，MasterCAM，UG，Cimitron等，它們實際加工能力突出，能提供刀具路徑檢查校驗、切削過程仿真及錄像等功能，若應(yīng)用于教學(xué)，則主要適用于中、高級數(shù)控加工從業(yè)人員深入學(xué)習(xí)使用。

目前，運用加工仿真系統(tǒng)進行數(shù)控課程特別是其實驗實踐環(huán)節(jié)教學(xué)，是解決前述矛盾問題的重要方法。其初期投資成本和運行耗費相對實體設(shè)備投資而言較低廉。通過軟件模擬仿真基本上可解決學(xué)生熟悉機床控制面板及數(shù)控系統(tǒng)操作等問題，是一種耗費比較低的教學(xué)手段。

下面以國內(nèi)教育行業(yè)運用最廣的宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)為例，具體介紹軟件特點：系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能基本實現(xiàn)對數(shù)控機床操作全過程和加工運行全環(huán)境的仿真，包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準(zhǔn)測量和設(shè)置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試等，甚至具有工件的三維測量功能；該軟件能夠仿真Fanuc O、Fanue O-Ⅰ、Fanue PowerMate O、Siemens 810D、Siemens802C、Siemens 802D、PA 8000、三菱60、大森數(shù)控、華中數(shù)控和廣州數(shù)控等主流系統(tǒng)，提供的機床面板包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、立式和臥式加工中心等幾十種。宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)方面主要具有互動教學(xué)功能和考試功能：互動教學(xué)功能使教師可以廣播方式在每個學(xué)生的計算機終端屏幕上演示數(shù)控加工仿真教學(xué)內(nèi)容，也可在學(xué)生自主練習(xí)時通過教師機終端屏幕監(jiān)控其操作情況，實時了解教學(xué)進展；對遠程開放教育而言，該軟件可在局域網(wǎng)上實現(xiàn)互動教學(xué)，也可基于INTERNET進行雙向互動遠程教學(xué)；具備較完善的考核功能；可完整記錄具體操作過程和測試結(jié)果，并通過回放供教師察看，另外，學(xué)生完成仿真加工后，系統(tǒng)可對工件進行全自動智能化測量，如果事先設(shè)定有評分規(guī)則，還能實現(xiàn)全自動測試評分，這對遠程教育模式下的數(shù)控課程實驗教學(xué)而言是非常適宜的。

開放教育數(shù)控課程教學(xué)中如何應(yīng)用加工仿真系統(tǒng)

1.集中面授輔導(dǎo)環(huán)節(jié)適當(dāng)運用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，充分發(fā)揮其演示作用，使學(xué)生獲得良好的教學(xué)效果

數(shù)控技術(shù)課程是理論性、實踐性均很強的課程，如果教師在集中面授輔導(dǎo)教學(xué)中僅采用常規(guī)的單向灌輸式教學(xué)模式，不結(jié)合適當(dāng)?shù)难菔臼侄危湔n堂教學(xué)效果往往事倍而功半。若在面授教學(xué)中運用大屏幕投影設(shè)備運行數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，適時向?qū)W生演示理論教學(xué)中涉及的機床控制面板、數(shù)控系統(tǒng)NC程序、加工運動軌跡等，可使學(xué)生加深對數(shù)控理論知識的理解，并更好地加以掌握，從而最終獲得良好的理論教學(xué)效果。

2.科學(xué)安排數(shù)控加工仿真系統(tǒng)遠程實訓(xùn)，提高學(xué)生實際操作能力

利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)基于因特網(wǎng)的交互式雙向教學(xué)功能，可在開放教育辦學(xué)系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建數(shù)控課程遠程實訓(xùn)實驗教學(xué)平臺，加強學(xué)生實際操作能力鍛煉。在遠程實訓(xùn)教學(xué)安排中，可將教學(xué)內(nèi)容分為三個板塊：一是基礎(chǔ)部分，主要訓(xùn)練學(xué)生運用最常用的FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心進行編程、加工操作等。通過這板塊實訓(xùn)教學(xué)，使學(xué)生打下堅實的數(shù)控操作基礎(chǔ)；二是提高部分，主要訓(xùn)練學(xué)生運用SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)三大機床進行編程與操作，提高對不同數(shù)控系統(tǒng)編程、操作方法的理解與應(yīng)用能力；三是拓展部分，主要訓(xùn)練學(xué)生運用國產(chǎn)華中數(shù)控系統(tǒng)和廣州數(shù)控系統(tǒng)進行車床編程與操作，擴大知識覆蓋面，提高學(xué)生對不同系統(tǒng)、不同面板的適應(yīng)能力。

3.利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)實施形成性考核

在開放教育教學(xué)模式中，形成性考核對于提高教學(xué)效果和質(zhì)量具有重要作用。開放教育機電專業(yè)數(shù)控課程教學(xué)，可充分利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)考試功能方便地實現(xiàn)對學(xué)生的形成性考核。由教師根據(jù)教學(xué)計劃進程，適當(dāng)安排階段性課題作業(yè)，學(xué)生通過遠程實訓(xùn)平臺完成仿真操作后，將操作記錄文件傳送給服務(wù)器，教師作出檢查評價即可。

綜上，應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)替代大部分真實數(shù)控設(shè)備，是開放教育數(shù)控課程教學(xué)的有效手段，能合理利用有限的教學(xué)資金投入，大大提高開放教育機電專業(yè)辦學(xué)效益和教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]白鳳光，王陽合等，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)與實現(xiàn)，成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005年6月第2期

[2]劉清，朱容憶，仿真系統(tǒng)在數(shù)控人才培養(yǎng)中的應(yīng)用，長沙大學(xué)學(xué)報[J]2006年3月第20卷第2期