模具虛擬拆裝實訓在模具教學中的應用

任建平

（臺州科技職業學院機電工程系，浙江 臺州318020）

模具理論教學一直以來都是比較枯燥乏味的，而模具拆裝實訓教學以三維空間立體的形式激發學生的學生學習樂趣，加深書本上理論知識的理解，運用，鞏固和提升，同時有效地提高實際動手能力使之更快的適應于模具生產而受學生老師歡迎。模具拆裝實訓是模具專業理論過渡到實踐的一門實踐技能課，是學生對模具從理論性認識過渡到感性認識，并能熟記在心中的有效途徑，為后續課程的學習奠定基礎。

1 模具實物拆裝實訓存在的問題

塑料模具典型的模具結構有：單分型面注射模具、雙分型面注塑模具、斜導柱側向分型與抽芯注射模具。這三類典型模具的機構運動原理和注射成型過程：模具與模具周邊設備（注射機、模溫機、冷卻水塔等）的協調與配合關系。因此，目前塑料模具結構認知教學采用現場實物拆裝。以典型塑料模具的真實模具為例，以知識點為導向，對典型模具實物模具進行拆裝、測繪、裝配、試模、評價等內容，在理論的學習基礎上通過模具拆裝進一步直觀的了解模具結構、注塑原理、配合關系、裝配順序等內容。由于直觀、形象的特點，被學生和老師當作學習模具結構認知教學的途徑。目前，隨著電腦科技的迅猛發展，實物模具拆裝的缺點也變得日益突出，如：模具比較笨重有一定的風險；模具實物不可視化；模具裝配過程中會丟失部分零件等導致模具結構不完整。

1.1 教學成本高

由于亞克力、鋁合金作為模具材料廣泛應用于模具拆裝實訓用的模具中，雖然成本降低很多，但作為教具依然成本偏高，模具的可靠性、精度也降低了很多。然而模具種類多、結構復雜，其基本結構就包括單分型面注射模具、雙分型面注塑模具、斜導柱側向分型與抽芯注射模具、熱流道注射模具、Hafe注塑模具等。因此，要準備齊各類模具結構所需要的成本比較高。

1.2 教學內容和實物模型不符

模具教學內容比較廣泛，對應的模具實物模型需要提供上百種模具實物模型，這對于收集模具成本較高，因此存在一定的局限性，又由于教學內容和實物模型不相互匹配，學生對模具理論的教學想從實物模型來鞏固的效果大打折扣，在實物模具中塑料的流動行為、金屬板料拉伸時的流動行為瞬間無法觀察到，因此與真實感有一定的差距。

1.3 教學效果不佳

模具實物拆裝過程中受到實物模型種類、實物模型數量、學生數量、教學秩序的維持、教學場地、教學時間、同種模型的數量等諸多方面制約。例如，學校配備的同一種模型的模具數量無法達到跟學生的數量一樣即無法滿足人手一件，無法對所有的學生同步教學，導致學生在實訓過程中只能拆裝部分模具結構，存在結構認識不全的重大教學缺陷。

1.4 品種有限，難以更新

實物模具模型配置成本高，簡單的教學模具通過學校的競爭性采購也需要1萬元，成本較高。另外由于場地的限制，因實物拆裝需要的場地一般較大，配備工具較全才可進行拆裝，一般情況能同時容納一個班級的場地要60 m2。因此，現有的教學選用基本模型結構進行拆裝來完成實訓教學，難以全面反映模具的種類和結構變化，就不用談現代先進模具的拆裝，如雙色模具及其他特殊的模具結構。

1.5 教學管理難度高

由于學生的動手能力有好有差，對于結構比較難的模具學生很難把它裝配全，因此拆裝過程學生采用蠻干、硬敲、藏匿等行為導致模具零件丟失、模具磨損、裝配困難、配件卡死等問題，導致一次拆裝后模具下次無法使用或者零配件丟失，大大增加了實訓管理難度。

現有以真實教學模具實物拆裝或者真實小型模具拆裝實訓為主體的模具結構認知教學方式已經很難適應模具專業的規模化教學的需要，不利于有效解決學生提高模具技能與企業人才供求產生的矛盾，因此只采用模具實物拆裝的教學方式達不到模具人才培養的有效性。隨著電腦信息科技的不斷發展，現代化的電腦科技信息處理模具相關技術提供了新的平臺，比較前沿的高校借助于現代電腦科技技術建立教學資源庫，通過三維軟件計算機建庫的方式讓學生更直觀地認知理論知識并且提供了全面的知識點的模具結構，從而有效克服由于硬件條件所限帶來的教學問題，也能很好地提高教學的質量。

2 模具虛擬拆裝實訓的優勢

對于模具專業實訓教學，針對模具結構認知拆裝實訓，模具虛擬拆裝實訓工場，利用電腦虛擬三維軟件對真實模具結構分析、模具拆裝過程和模具試模具運動仿真，實現可視化人機交互式，大大提高學生認知模具的興趣，并通過提問設置、練習反饋等形式，創建良好的學習平臺環境。相比于原有的教學資源，開發的三維高仿真的虛擬拆裝實訓工場有著顯著的優勢：

2.1 降低成本

通過電腦軟件虛擬三維模型人機交互的實訓方式，實訓的管理強度大大的降低。另外，虛擬實訓的場地、設備、安全等實訓影響因素不限，減少管理成本。隨著現代模具的高速發展，模具結構和類型也發生較大的變化，對后續先進模具的添加較為方便，成本也較低，這是真實模具都無法比擬的。另外，軟件的操作三維模型不會對模具結構、零件的磨損和缺失造成麻煩，維護方便。因此實訓的內容可以更加豐富，可以把理論方面的教學全部融入到虛擬平臺的模型庫中來，啟發學生的興趣教育，及對新知識的加深鞏固。交互式的人機教學軟件，充分發揮學生的主動學習的能力，提高學生對模具及先進現代模具的興趣。

2.2 人機交互全面化

模具虛擬教學資源庫是基于互動式、立體式、多媒體化的教學模式，包括模具三維結構認知、模具注射過程的運動原理、模具裝配關系三大模塊，使得學生能自主、簡潔、清楚、直觀地學習模具相關理論知識，無論是整體模具結構還是局部工作零件，外部裝配還是內部結構，注射過程等。

2.3 高知識關聯度

理論內容與模型缺乏對應關系是使用實物模具教具最大的弊端，如果制作書本理論上的所有模具實物勢必造價太高，因此造成知識點之間無法無縫結合，教學效果受到較大影響。虛擬模具拆裝具有開發的模具知識索引、拆裝實訓、實訓考核等模具相關的特色功能，方便相關知識點查找、鞏固、學習，同時，還能實現對學生實訓情況進行評價考核。良好的擴展性。

3 虛擬實訓平臺的介紹

浙江大學，模具結構認知與拆裝虛擬實訓平臺。模具拆裝虛擬實訓平臺提供28套典型的注塑模具裝配圖，可拆卸，可模擬模具運動過程，可交互式學習。

江蘇大學開發的基于UG I平臺設計開發模具在注塑過程中的三維運動。虛擬注塑機構運動仿真，模擬模具在注塑機中開模、保壓、頂出和合模運動的過程，可以實時檢查干涉，可以可視化塑料流動行為，分析其流動參數及機器運行參數等內容。

創壹虛擬模具培訓（M1）系統是國內首創最先進的虛擬模具教學系統，在培養模具優秀人才提供可靠的平臺。通過網絡虛擬實驗3D環境運行該系統，采用虛擬現實的三維仿真技術與模具教學大綱同步，將注塑模、沖壓模、擠壓模、吹塑模等三十四種模具，向學生進行全方位地展示。

4 虛擬實訓應用實例

如圖1、2、3為創壹虛擬模具拆裝平臺，能為教學提供具有逼真3D互動虛擬實驗、3D模具模型、3D部件模型可任意方向旋轉及視點變換，能夠實現大量并行用戶快速下載及構建渲染動態3D場景，確保用戶與3D場景互動的即時性，所有部件都可360°全方位觀看，具有直觀立體，真實互動的效果。

圖1 模具結構虛擬演示

圖2 冷卻系統結構拆裝

圖3 模具動作虛擬演示

5 結束語

隨著計算機虛擬現實技術的不斷發展，開發模具拆裝虛擬教學平臺對模具的拆裝有著重大的實踐意義，但目前為止在模具教學方面卻較少有被涉及，尤其優質的虛擬教學資源較少。我們應當充分利用計算機帶來的紅利大力發掘職業教育資源，增加模具有效教學方法和手段，在模具高職中利用這以平臺，培養培養模具高端技能型人才，以適應瞬息萬變的市場的需求。

利用模具虛擬平臺作為教學資源，能夠較好的克服傳統實體模具的缺點，較少實訓風險，提高教學成本和效率，實現有效教學。為高職院校模具專業教學質量的提高提供強有力的保障，為教師教學、學生實訓、技能考核及學生自主學習提供平臺，具有一定的推廣價值。