易忠奇，王衡軍

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410151）

模擬仿真技術(shù)在高職焊接專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

易忠奇，王衡軍

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410151）

高職焊接專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐性與專(zhuān)業(yè)性都很強(qiáng)，需要投入大量的設(shè)備和耗材等。學(xué)生焊接操作技能的培養(yǎng)需要通過(guò)有效的訓(xùn)練方能掌握，加上傳統(tǒng)焊接作業(yè)工作環(huán)境相對(duì)較差、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)有一定的難度。為改善工作條件，節(jié)約訓(xùn)練成本，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院在焊接專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中將焊接模擬仿真設(shè)備應(yīng)用于教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地節(jié)約了訓(xùn)練成本。

高職教育；焊接專(zhuān)業(yè)；模擬仿真；專(zhuān)業(yè)教學(xué)

一、背景與現(xiàn)狀

“中國(guó)制造2025”提出我國(guó)要實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，由制造向智造轉(zhuǎn)型。焊接技術(shù)是制造業(yè)中的一種關(guān)鍵連接技術(shù)，而目前還沒(méi)有其他方法能夠比焊接更廣泛地應(yīng)用于金屬連接，并能為所焊產(chǎn)品增加更多的附加值。[1]在工業(yè)化發(fā)達(dá)的美國(guó)，焊接被視為制造業(yè)的命脈。焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金屬及合金的高效連接，不管是建筑、橋梁，還是在車(chē)輛、計(jì)算機(jī)及醫(yī)療器械，包括很多日常生活用品的制造都離不開(kāi)焊接技術(shù)。社會(huì)對(duì)焊接人才特別是技術(shù)技能人才的需求也在不斷增加，但焊接人才的培養(yǎng)一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。焊接高級(jí)技術(shù)技能人才的培養(yǎng)需要一定的周期與時(shí)間，從一些大國(guó)工匠的成長(zhǎng)經(jīng)歷就可以看出，一名優(yōu)秀焊接技術(shù)技能人才的培養(yǎng)需要大量的資金與材料消耗。如2012年CCTV-2播出的《大國(guó)重器》節(jié)目中就提到，培養(yǎng)一名焊接LNG船倉(cāng)的殷瓦焊工需要近幾十萬(wàn)元，以及最近央視播出的《大國(guó)工匠》等電視節(jié)目中都有焊接技術(shù)技能人才，每一名焊接高級(jí)技術(shù)技能人才的培養(yǎng)與成長(zhǎng)都需要長(zhǎng)時(shí)間的積累與高成本投入。

焊接專(zhuān)業(yè)是一個(gè)需要大量材料消耗的專(zhuān)業(yè)，操作技能水平的培養(yǎng)需要通過(guò)有效的技能訓(xùn)練方能掌握，焊接專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要投入大量的設(shè)備、焊條（焊絲）、焊接材料、氣體等。當(dāng)前，不少高職院校因招生和培養(yǎng)成本等方面的原因而不再開(kāi)設(shè)焊接專(zhuān)業(yè)。為提高專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量、挖掘節(jié)約潛力，我院（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院）經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上應(yīng)用較多的焊接模擬仿真設(shè)備（如福尼斯、捷安高科等）進(jìn)行深入比較，選擇了武漢灣流新技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的焊接模擬仿真訓(xùn)練器應(yīng)用于焊接專(zhuān)業(yè)教學(xué)之中，對(duì)焊接專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)與教學(xué)做出了新的探索。

二、焊接模擬仿真訓(xùn)練器的優(yōu)勢(shì)

1．節(jié)省訓(xùn)練材料

焊接模擬仿真訓(xùn)練器代替了焊接操作訓(xùn)練所需要的焊機(jī)、焊條（焊絲）、焊接材料、氣體等物資，每次焊接完成后只需要重新設(shè)置即可再次進(jìn)行訓(xùn)練，相當(dāng)于材料可以無(wú)限次的利用。模擬機(jī)節(jié)省占地、無(wú)任何焊接材料消耗，一名教師可以同時(shí)管理多臺(tái)學(xué)員機(jī)進(jìn)行教學(xué)，有效節(jié)省了教學(xué)成本。對(duì)于初學(xué)者來(lái)講，只需要一臺(tái)焊接模擬仿真訓(xùn)練器就可以進(jìn)行訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，模擬仿真訓(xùn)練器是對(duì)專(zhuān)業(yè)其它教學(xué)資源的有效補(bǔ)充與擴(kuò)展。

2．提高操作安全性，改善工作環(huán)境

傳統(tǒng)焊接教學(xué)，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，由于操作不當(dāng)便可能造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)的損失，而帶壓管道的在役焊接等一些危險(xiǎn)性較大的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也無(wú)法親自操作。[2]焊接模擬仿真訓(xùn)練器安全環(huán)保，設(shè)備無(wú)強(qiáng)電磁污染、無(wú)化學(xué)污染、無(wú)強(qiáng)光高溫傷害、訓(xùn)練過(guò)程綠色環(huán)保。焊接專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的設(shè)備一般較少在正常的教學(xué)時(shí)間以外開(kāi)放，其主要原因是考慮到安全與管理等方面的因素。焊接模擬仿真訓(xùn)練器使安全性得到了極大的提高，基本不存在傳統(tǒng)教學(xué)中的安全性問(wèn)題與因素。傳統(tǒng)焊接操作教學(xué)中當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練時(shí)，由于操作不當(dāng)或失誤可能造成人身傷害或財(cái)產(chǎn)損失，教學(xué)過(guò)程中要求教師隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的操作是否規(guī)范與正確，對(duì)操作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題更要及時(shí)地指出與糾正，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，學(xué)生又沒(méi)有意識(shí)到問(wèn)題時(shí)，可能就會(huì)造成危險(xiǎn)事故。焊接模擬仿真設(shè)備能有效地避免真實(shí)操作中的各種安全問(wèn)題，同時(shí)彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足，形成互補(bǔ)。模擬仿真改善了工作環(huán)境，焊接實(shí)際操作過(guò)程中產(chǎn)生的弧光、飛濺、粉塵、有毒有害物質(zhì)在模擬仿真時(shí)不會(huì)產(chǎn)生，也在一定程度上減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3．學(xué)習(xí)更為形象化，提高學(xué)習(xí)興趣

仿真教學(xué)環(huán)境的操作流程和規(guī)則立足于實(shí)際業(yè)務(wù)操作規(guī)范，虛擬操作環(huán)境和真實(shí)操作體驗(yàn)是一致的，與傳統(tǒng)只能做單向知識(shí)傳遞的“視頻教學(xué)”模式完全不同，學(xué)員可以在仿真環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際操作，與業(yè)務(wù)環(huán)境進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)雙向良性互動(dòng)。[3]提高設(shè)備利用率的同時(shí)，使學(xué)習(xí)更為形象化，焊接訓(xùn)練時(shí)設(shè)備可提供實(shí)時(shí)輔助顯示。學(xué)員進(jìn)行焊接操作練習(xí)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將焊接操作參數(shù)（弧長(zhǎng)、焊接速度、行走角度等）轉(zhuǎn)化成圖形后給出提示，方便教師與學(xué)員進(jìn)行觀察與對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整。訓(xùn)練者還可在模擬訓(xùn)練器上查閱與本次操作相關(guān)的焊接知識(shí)，教師可配合課程的需要在后臺(tái)動(dòng)態(tài)地更新、上傳、刪除相關(guān)學(xué)習(xí)資料。

4．增加訓(xùn)練者自主性

利用模擬仿真訓(xùn)練器，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣靈活地選擇訓(xùn)練方案與訓(xùn)練項(xiàng)目，根據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)與要求不斷地重復(fù)練習(xí)，并可在線對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行分析，系統(tǒng)實(shí)時(shí)地記錄練習(xí)過(guò)程中的每一個(gè)參數(shù)。這對(duì)訓(xùn)練者回顧練習(xí)時(shí)的操作手法具有重要的參考價(jià)值，學(xué)生在嘗試和總結(jié)中進(jìn)行探索、發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)和規(guī)律，有利于擴(kuò)展思維空間，有助于提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。

三、焊接模擬仿真訓(xùn)練器的主要功能

焊接模擬仿真訓(xùn)練器具備進(jìn)行焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊、氬弧焊以及焊接機(jī)器人操作模擬訓(xùn)練的功能。通過(guò)視覺(jué)仿真技術(shù)，操作者在操作過(guò)程中可以感受到真實(shí)的焊接操作環(huán)境與過(guò)程，極大地提高了真實(shí)度，使操作者有身臨其境的感受。對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的訓(xùn)練者，還可提供高級(jí)訓(xùn)練平臺(tái)，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)進(jìn)行焊接操作，訓(xùn)練者可以從中學(xué)到要點(diǎn)并能簡(jiǎn)便有效地將這些焊接技能轉(zhuǎn)化到實(shí)際的焊接工作之中。其主要有以下功能。

1．一機(jī)多練

模擬訓(xùn)練器采用兩工位操作共用一臺(tái)采集主機(jī)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提供兩個(gè)工位同時(shí)訓(xùn)練，提高了模擬機(jī)的使用效率。

2．操作零延時(shí)

模擬訓(xùn)練器采用先進(jìn)的傳感器及顯示設(shè)備讓訓(xùn)練者在模擬空間中的操作零延時(shí)響應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)快速地操作，使焊槍操作無(wú)絲毫滯后感，仿真度極大提高。

3．采用3D立體視覺(jué)焊接模擬

模擬訓(xùn)練器使用3D立體視覺(jué)進(jìn)行模擬訓(xùn)練，訓(xùn)練者可通過(guò)立體頭盔所顯示的立體畫(huà)面直觀地識(shí)別焊槍與焊件的空間距離，這種立體視覺(jué)訓(xùn)練符合人類(lèi)視覺(jué)定位的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，讓訓(xùn)練真實(shí)度極大提高。

4．實(shí)時(shí)廣播教學(xué)模式

教師能在模擬訓(xùn)練器上對(duì)全班進(jìn)行廣播教學(xué)，實(shí)時(shí)的焊接畫(huà)面可以同步到每一臺(tái)學(xué)員機(jī)上，以方便學(xué)生進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)以及與老師進(jìn)行研討。學(xué)員可將教師的焊接過(guò)程同步到自己的學(xué)員機(jī)上，以實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)教師的焊接手法，達(dá)到“手把手”教的教學(xué)模式。

5．“手把手”引導(dǎo)學(xué)習(xí)模式

學(xué)員在焊接訓(xùn)練前采取“手把手”的引導(dǎo)學(xué)習(xí)模式，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)“引導(dǎo)焊槍”，學(xué)員只需一步一步地跟隨系統(tǒng)提示進(jìn)行操作，通過(guò)此模式進(jìn)一步細(xì)化了焊接操作步驟與過(guò)程，方便學(xué)員進(jìn)行學(xué)習(xí)。

6．實(shí)時(shí)輔助顯示

學(xué)員在進(jìn)行焊接操作練習(xí)時(shí)，仿真系統(tǒng)可以將焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化提示，對(duì)學(xué)員操作的過(guò)程可以進(jìn)行圖形化的顯示與記錄，并可以通過(guò)操作記錄數(shù)據(jù)分析每個(gè)學(xué)員的操作習(xí)慣，可以對(duì)每個(gè)學(xué)員的操作情況進(jìn)行一對(duì)一的點(diǎn)評(píng)與分析，達(dá)到個(gè)性化教學(xué)的效果。

7．多焊件多位置焊接

模擬訓(xùn)練器提供有四種實(shí)物焊件（平板練習(xí)、對(duì)接坡口板、T型板、圓管）來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練，并支持多種焊接位置訓(xùn)練，如平焊、立焊、橫焊、仰焊等。

四、焊接模擬仿真訓(xùn)練器在教學(xué)中的應(yīng)用

一是在仿真教學(xué)實(shí)施前，需要對(duì)學(xué)員進(jìn)行設(shè)備基本操作的培訓(xùn)，當(dāng)掌握基本的操作方法后，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的訓(xùn)練模塊自主地選擇相應(yīng)部分進(jìn)行操作練習(xí)，并可以根據(jù)課程教學(xué)的需要，適當(dāng)增加教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生參與思考問(wèn)題與創(chuàng)新的能力，將理論與實(shí)際有效的結(jié)合，提高教學(xué)效果。二是動(dòng)態(tài)任務(wù)設(shè)定、分級(jí)教學(xué)。教師管理端下達(dá)任務(wù)時(shí)，通過(guò)設(shè)定不同任務(wù)參數(shù)，進(jìn)行任務(wù)難易程度的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)從易到難分級(jí)教學(xué)。三是培訓(xùn)自動(dòng)化，教學(xué)效果能夠進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師管理機(jī)能夠有效的管理多臺(tái)學(xué)員機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)任務(wù)管理與成績(jī)管理。訓(xùn)練結(jié)束后能輕松將數(shù)據(jù)上傳，仿真系統(tǒng)能自動(dòng)地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)，操作訓(xùn)練完成后的可以再次查看訓(xùn)練錄像回放。

焊接模擬器作為高職焊接技術(shù)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要模擬訓(xùn)練設(shè)備，已經(jīng)在現(xiàn)代焊接教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中得到廣泛應(yīng)用，并在焊接人才培養(yǎng)質(zhì)量提升方面發(fā)揮著重要的作用。[4]將模擬仿真技術(shù)引入焊接專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，能充分發(fā)揮其直觀、感性的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，對(duì)操作安全、節(jié)省焊接訓(xùn)練材料等方面具有重要意義，課程教學(xué)效果有顯著提升。在人才培養(yǎng)的全過(guò)程中，需要模擬仿真與實(shí)際操作的有機(jī)銜接，處理好實(shí)際操作與模擬仿真教學(xué)的重點(diǎn)與區(qū)別，在仿真教學(xué)中要把傳統(tǒng)教學(xué)中優(yōu)勢(shì)的理論、行為、方法策略繼承下來(lái)，在新課改理論下以虛擬技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，以便更有效地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展，優(yōu)化課堂教學(xué)過(guò)程。[5]

總之，模擬仿真訓(xùn)練器畢竟不是真實(shí)的焊接設(shè)備，只是一種模擬的教學(xué)應(yīng)用設(shè)備，實(shí)際操作中的某些功能是不可能百分之百實(shí)現(xiàn)的[6]，所以，它不能完全替代實(shí)際操作訓(xùn)練。在專(zhuān)業(yè)教學(xué)與訓(xùn)練過(guò)程中要始終堅(jiān)持仿真教學(xué)的模擬性，發(fā)揮其在模擬仿真進(jìn)行焊接原理、操作手法等方面教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)訓(xùn)練者達(dá)到一定水平后一定要結(jié)合實(shí)際操作進(jìn)行練習(xí)，不能以模擬仿真的操作水平代替實(shí)際操作的技能水平。

[1]耿新會(huì).淺析焊接專(zhuān)業(yè)模擬仿真在實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].考試周刊,2015(67):17.

[2]李美艷,雷毅,韓濤,等.卓越計(jì)劃背景下虛擬實(shí)驗(yàn)室在金屬焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015(8):112-117.

[3]張麗.現(xiàn)代職業(yè)教育仿真實(shí)訓(xùn)課程開(kāi)發(fā)與教學(xué)改革:以鐵道通信信號(hào)專(zhuān)業(yè)為例[J].遼寧高職學(xué)報(bào),2015(1):75-77.

[4]顧園,張泉.WM-WS/D型焊接模擬器在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電大理工,2016(3):81-82.

[5]汪春蕾.仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的探究[J].科學(xué)大眾(科學(xué)教育), 2012(5):123.

[6]陳妍.仿真技術(shù)在高職專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用:以焊接檢測(cè)課程為例[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2013(19):68-69.

[責(zé)任編輯，撫順職院：陳輝]

The Application of Analog Simulation in the Teaching of Higher Vocational Welding Major

YI Zhong-qi，WANG Heng-jun
（Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic，Changsha 410151,China）

The practice and professionalism of higher vocational welding major is strong,and the teaching needs to invest a lot of welding equipment.The training of welding operational skills needs to adopt effective training methods,the working environment of traditional welding operating is relatively poor,and the labor intensity is large.To improve the working conditions,save training cost,and improve the quality of talents cultivation,in the training process of welding talents,Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic applies welding simulation equipment to the teaching,and this improves the learning enthusiasm of students and saves the training cost effectively.

higher vocational education;welding major;analog simulation;professional teaching

G712

A

1009—7600（2017）04—0034—03

2017-02-15

湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2016年度課題（XJK016CZY030）

易忠奇（1983—），男，湖南桃源人，講師；王衡軍（1976—），男，湖南常德人，高級(jí)技師。