數(shù)字化虛擬工廠在教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字化虛擬工廠實訓(xùn)把現(xiàn)代化的無紙化的企業(yè)生產(chǎn)模式引入學(xué)校，真實模擬現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營場景，成為培養(yǎng)工科制造類學(xué)生職業(yè)能力的理想實踐場所。

一、數(shù)字化虛擬工廠總體框架

數(shù)字化虛擬工廠由體驗中心、現(xiàn)場教學(xué)示范區(qū)、視頻監(jiān)控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。體驗中心建有數(shù)字化設(shè)計制造平臺、教學(xué)管理平臺，從而實現(xiàn)教學(xué)、實訓(xùn)的全數(shù)字化。

二、體驗中心軟件配置

體驗中心的軟件配置按照銷售采購、設(shè)計、工藝編程和生產(chǎn)等角色分工，建立典型零件實例庫，通過典型零件的接訂單、設(shè)計、工藝、編程、采購、加工等流程完成綜合實訓(xùn)。

1.數(shù)字化測繪平臺。體現(xiàn)從產(chǎn)品測量開始、二維工程圖繪圖、產(chǎn)品運動仿真及虛擬裝配樣機的過程，以及上述過程的數(shù)據(jù)流程管理。可以集成現(xiàn)有二維繪圖軟件，直接瀏覽、測量、動態(tài)觀測相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.數(shù)字化工藝平臺。實現(xiàn)實時從測繪數(shù)字化平臺中獲得產(chǎn)品測繪模型和二維工程圖數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)生成工藝過程卡、工序卡、派工單及質(zhì)量檢驗卡的過程及過程管理。集成各種工藝資源，包括機床設(shè)備、刀具、夾具、量具等企業(yè)工藝要素。可以集成國家標(biāo)準(zhǔn)工藝手冊，可以在線查閱更多國標(biāo)工藝參數(shù)。

3.數(shù)字化加工平臺。實現(xiàn)針對不同數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控自動編程，數(shù)控代碼自動生成及加工仿真。完成數(shù)控大賽集訓(xùn)仿真條件建設(shè)。實現(xiàn)數(shù)控代碼從計算機到機床的自動傳輸過程。實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的無線以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，并通過網(wǎng)絡(luò)對數(shù)控設(shè)備進行實時監(jiān)控。實現(xiàn)車間現(xiàn)場實時察看三維測繪模型、二維工程圖和工藝數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車間無紙化生產(chǎn)模式。

4.數(shù)字化管理平臺。打通從測繪到工藝到生產(chǎn)制造的全流程，實現(xiàn)從訂單開始、方案測繪直至應(yīng)用維護的產(chǎn)品全生命周期過程的管理；提供項目教學(xué)案例，包括測繪、工藝、數(shù)控加工及說明等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

三、數(shù)字化現(xiàn)場教學(xué)示范區(qū)

在車間現(xiàn)場設(shè)置一個數(shù)字化的教學(xué)示范區(qū)，通過交互式電子白板的教學(xué)方式，與學(xué)生進行互動。教師和學(xué)生也可以通過電子白板訪問到體驗中心中的服務(wù)器，將基于工作過程所做過的實例調(diào)出來進行實際加工，使實踐與理論一體化。這樣做改變了傳統(tǒng)的紙質(zhì)教學(xué)模式，實現(xiàn)與現(xiàn)代化的企業(yè)的生產(chǎn)流程接軌。對外加工用到的軟件及編完的工藝和程序，通過車間電腦可以直接傳輸?shù)綑C床上進行加工，真正實現(xiàn)無紙化的設(shè)計與生產(chǎn)模式。

四、數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理

數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)。對于有網(wǎng)卡的數(shù)控機床直接設(shè)置IP地址和網(wǎng)絡(luò)連接，對于具備RS232接口的數(shù)控設(shè)備通過數(shù)據(jù)線連接智能終端轉(zhuǎn)換為RJ45口，并設(shè)置IP地址和網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下。

五、基于工作過程的教學(xué)模式

按照企業(yè)設(shè)計、工藝、生產(chǎn)流程，完成所有相關(guān)的技術(shù)文件及產(chǎn)品數(shù)據(jù)。同時，按照企業(yè)的模式對技術(shù)文件和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行調(diào)度與管理。

1.流程定義。首先定義出產(chǎn)品設(shè)計流程，使不同人員角色在工作中按照定義的流程進行工作。可以監(jiān)控到工作流程狀態(tài)。

2.三維設(shè)計。使用軟件實體設(shè)計接收逆向工程的曲面數(shù)據(jù)（IGES格式），在三維設(shè)計環(huán)境中進行產(chǎn)品設(shè)計，包含零件設(shè)計和產(chǎn)品裝配設(shè)計。產(chǎn)品模型進行機構(gòu)運動仿真和碰撞干涉檢查。3.二維工程圖。當(dāng)設(shè)計完成三維實體文件后可以通過電子圖板的三維接口生成該實體的二維工程圖。電子圖板在讀取三維實體文件時可以選擇讀取的文件格式，用戶也可以選擇UG、Pro/E、Catia等三維軟件產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)通用格式.xt等格式。生成后用戶只需要對生成的工程視圖進行修改、標(biāo)注等操作即可快速完成二維圖紙的設(shè)計。

4.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理。在設(shè)計管理軟件中提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，以結(jié)構(gòu)樹的方式顯示產(chǎn)品的裝配組成關(guān)系。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹為用戶提供關(guān)于產(chǎn)品組成的直觀視圖，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的基礎(chǔ)上，可以進一步實現(xiàn)產(chǎn)品的變型設(shè)計；實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對應(yīng)的BOM輸出。

5.引入企業(yè)工藝工作流程。企業(yè)的工藝流程一般是設(shè)計完成、轉(zhuǎn)入工藝設(shè)計（包括派工單的下發(fā)、零部件工藝工序卡片編制、材料定額、工時定額的工藝信息的統(tǒng)計匯總，設(shè)計與工藝的協(xié)同等），通過搭建數(shù)字化的工藝平臺，讓學(xué)生體驗企業(yè)的工藝編制、工藝文件管理等流程，同時提高學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力。

6.對于數(shù)控加工的零件，通過CAM軟件完成從造型到加工代碼的生成及代碼仿真校驗。加工代碼經(jīng)校驗后通過數(shù)字化的制造解決方案可直接下發(fā)到機床加工。

7.數(shù)字化編程與仿真方案。CAM軟件作為數(shù)字化制造方案的一部分，主要是幫助程序編制人員利用該軟件快速地手工編制程序，并進行校對和仿真。

六、理論與實踐互動

在數(shù)控機床里面安裝視頻監(jiān)控及信息采集系統(tǒng)，在數(shù)字化互動教學(xué)體驗中心可以看到機床的工作過程，方便理論與實踐教學(xué)的互動。可以采集到機床運轉(zhuǎn)的相關(guān)信息，教師在辦公室也可以了解到機床的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過教師機可以訪問體驗中心的項目數(shù)據(jù)及教案、課件，使實踐教學(xué)與理論教學(xué)互動起來。在數(shù)據(jù)庫中建立教學(xué)資源庫，按照教師或資源類別分類管理，實現(xiàn)教學(xué)資源的共享。管理教案、課件、企業(yè)實例、題庫、實訓(xùn)項目等資源，實現(xiàn)數(shù)字化教學(xué)資源規(guī)范化管理。

【責(zé)編 田彩霞】