?三維數字模型在機械裝備質檢技術培訓中的應用實踐

高海云

摘? 要 闡述傳統培訓模式的不足，論述三維數字模型的作用，分析三維數字模型的應用實踐，為促進機械裝備質檢技術培訓向信息化、數字化方向發展提供解決方案。

關鍵詞 三維數字模型;機械裝備;質檢技術培訓;仿真實訓

1 引言

隨著機械裝備生產制造向數字化、智能化方向發展，其技術含量和質量要求越來越高，迫切需要培養適應現代設計制造、現代信息科技發展和具有空間思維能力、形體構型能力以及創新能力的高素質質檢人才隊伍。目前，機械裝備質檢技術專業培訓的相關內容因專業性強、培訓手段傳統、教學方法單一，對于復雜的裝備結構又缺乏直觀有效的表達與演示方式，難以滿足質檢技術崗位人才培養的需要。隨著計算機三維建模仿真技術的發展及其在教學培訓領域的應用，有效利用三維數字模型所具有的互動性強、種類豐富、操作性強、成本低等優點，可以從根本上解決當前機械裝備質檢技術培訓模式存在的弊端，為提高培訓質量，促進機械裝備質檢技術培訓向信息化、數字化方向發展提供了很好的解決方案。

2 傳統培訓模式的不足

在機械裝備質檢技術培訓過程中，傳統的培訓模式主要是通過專家進行理論授課和講解示范，并在真實的環境下開展實操技能訓練。由于受到培訓條件限制，教學方法單一，傳統培訓模式存在諸多弊端，主要體現在以下幾個方面。

一是組織難? 機械裝備種類繁多、結構復雜、要求各異，傳統質檢技術培訓中需要準備大量的模型、掛圖、幻燈等設備;操作所需實物樣機體積大，調運困難，受時間、空間、人力、物力及財力等諸多因素制約，培訓組織工作量大，準備時間長，實際操作比較困難。

二是效果差? 傳統技術培訓模式往往以理論教學為主，參觀見習為輔，實際操作更少，大多數情況下都是講講理論、看看外觀，對產品的內部結構一知半解，更無法觀察和了解機械內部零部件的裝配關系和運動狀態;實訓時可供操作的樣機數量不足，場地受限，難以滿足全體質檢人員獨立實訓的需要，能掌握的知識和操作技能明顯低于預期。這種被動學習模式，學員的學習積極性難以調動，不利于培養質檢人員獨立思考問題、解決問題的能力，質檢人員的創造性思維和創新能力得不到提高。

三是成本高? 除培訓準備階段需要耗費大量人力、物力、財力外，在實訓過程中需要電力、燃油、燃氣等能源的保障，負載作業性能演示也需要消耗一定的原輔加工材料。在實際操作過程中如果操作不當，還會對裝備造成一定損傷，增加維修、更換成本。

四是風險大? 由于大部分機械裝備需要通過不同方式方法傳遞載荷，運動部件較多，作業過程又涉及電、氣等使用安全，如果現場沒有良好的安全機制保障，就有可能造成人身傷害，存在一定人身安全風險。加之質檢人員在實訓過程中不能大膽放開進行操作，不利于提高操作水平，影響實訓質量。

五是考核“虛”? 培訓考核方式單一，仍然以理論考試成績為主，缺乏科學、公正、規范的培訓效果評價體系。有的學員平時不好好學習，學習態度不端正，靠考前突擊仍能過關，考核成績不能客觀真實反映學員的實際學習水平和業務工作能力。

3 三維數字模型的作用

三維數字模型在機械裝備質檢技術培訓中的應用，是通過技術手段對傳統培訓模式的改革和創新，對提高培訓效率、提升培訓質量、增強質檢人員實踐能力等都具有十分重要的作用，具體表現在以下幾個方面。

三維數字模型是提高培訓效率的技術手段? 在培訓教學中，充分利用三維模型的直觀性進行演示分析，使大家能夠看到立體化的三維模型，不但可以展示設備的外觀結構，還能對設備進行虛擬分解，方便、直觀地了解設備內部的結構、組成及各部件的安裝位置與相互關系，使抽象化的培訓資料具體化、具體化的培訓資料形象化，通過技術手段彌補傳統培訓模式的不足，既能達到學習培訓的目的，又不消耗任何物理資源，一舉兩得。

三維數字模型是提升培訓質量的輔助工具? 利用建好的三維數字模型，以任意方向和任意角度對零件圖形進行實時動態觀察，將生產、裝配質量控制要求及關鍵控制點通過不同的實際案例直觀地呈現給質檢人員;同時利用動態剖切、模擬裝配及仿真動畫等功能，使圖形更加生動逼真，更能幫助培養質檢人員的空間思維能力，激發質檢人員的學習興趣，提升培訓質量。

三維數字模型是增強實踐能力的實現方式? 質檢專業培訓實踐性要求非常高，三維數字模型可以改善培訓教學結構，豐富教學手段，增加質檢人員觀察、實踐和參與的機會，有助于增強質檢人員的創造能力和實踐能力。對于部分實訓項目仍然缺乏真實實訓載體和實訓設施的現實情況，仿真實訓是唯一的實現方式。

4 三維數字模型的應用實踐

使培訓資源利用更加充分? 建立起來的機械裝備零件庫、裝配體庫和標準件庫，在滿足專業培訓的同時，還被運用到機械圖紙識讀運用、裝備質量檢查驗收和裝備技術改進升級中，只需根據不同需要靈活調用即可，充分滿足專業培訓、質檢實踐和裝備科研對模型種類及數量的需要，使有限資源得到最大限度的利用，發揮了最大作用。

使培訓活動更加生動? 在需要講解裝備零件和裝配體內部結構及生產裝配質量要求時，雖然可以借助真實物理樣機，但拆卸和解剖不便且操作費時費力;而采用模型庫中的虛擬數字模型，通過局部放大、平移和翻轉等演示，能夠觀察到零件復雜形體的外形與內腔各個部位的細節特征，直觀地顯現整個零件的結構和在裝配體中零件之間的連接關系，使教學的知識點更加清晰、生動、形象（見圖1）。

使培訓過程更加直觀? 在培訓時利用虛擬裝配技術來講解設備的裝配流程和質量控制要點，通過三維裝配體模型爆炸視圖的生成和解除模擬動畫（見圖2），將三維模型按照正確的順序進行安裝和拆卸，講解設備的裝配過程和工藝質量要求，使質檢人員更加直觀、逼真、立體地了解零部件的裝配關系、內部結構，幫助質檢人員更好地理解裝備的質量特性，為產品質量監督檢驗工作實踐提供了直觀的感性認識。

使培訓教學更加形象? 在機械裝備質檢專業培訓中，講解機構的運動狀態時要求質檢人員具有很強的空間想象能力，而質檢人員由于缺乏實踐經驗，導致實際培訓學習效果不佳。利用三維數字模型，通過定義馬達等運動算例，實現裝配體中零件的仿真運動，使不易觀察的機構運動通過虛擬仿真運動的形式真實地展現在質檢人員眼前，使質檢人員清楚地了解機構的運動狀態、工作原理、生產與裝配質量要求，在虛擬環境下觀察裝備在實際工作條件下的質量變化情況，檢驗裝備的各項性能指標（見圖3）。

使培訓考核更加公正? 三維數字模型的應用，使得培訓過程被分解為若干個工作情景和工作任務，從而把以往以理論考試成績占主導地位的成績評定方法，轉變為對每個工作情景和工作任務完成步驟、動作、過程和結果情況給出科學公正的評判，避免了靠考前突擊過關的弊端，更加公正地評價了質檢人員對于知識的全面理解和掌握程度，更加客觀地反映了質檢人員的學習態度和綜合能力。

5 結束語

從三維數字模型在機械裝備質檢技術培訓過程中的應用實踐情況來看，在培訓過程中對所講授知識點適時地進行立體展示和模擬仿真，彌補了傳統培訓方法和模式的不足，具有較大的新穎性，加深了質檢人員對培訓內容和要點的理解，激發了質檢人員的學習興趣和學習積極性，鍛煉了質檢人員將理論與實際應用相結合的能力，提高了質檢人員的空間思維能力、形體構型能力以及創新能力，提升了質檢人員的實踐操作技能和業務水平，有效提高了培訓質量和培訓效率。

三維數字模型的應用是機械裝備質檢技術培訓實現數字化、虛擬化的基礎，將是未來專業培訓模式改革發展的必然趨勢。后續可以在創建機械裝備三維數字模型與動畫的基礎上，研究開發基于數字仿真技術的機械裝備質量監督檢驗在線教學課程資源，以符合“互聯網+”時代對網絡在線培訓的要求，滿足質檢人員碎片化學習的需要;研究搭建基于虛擬現實技術的機械裝備質量監督檢驗模擬仿真實訓平臺，使質檢技術培訓可在虛擬環境條件下進行，培訓的組織與實施將不受時間和空間條件制約，分布式培訓仿真系統甚至可以使不同地點的質檢人員共同參與培訓，將使培訓的組織更加簡便、高效。

參考文獻

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