褚夫廣

摘要：近幾年教育改革的進(jìn)程不斷推進(jìn)，對中職院校數(shù)控維修教學(xué)質(zhì)量的要求也越來越高。特別是那些原理及功能較為復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)生故障時維修難度較大，學(xué)生必須在實(shí)訓(xùn)課程中加強(qiáng)練習(xí)才能有效掌握相關(guān)技能。大量的實(shí)證研究表明，引入虛擬數(shù)控機(jī)床可以有效地解決數(shù)控設(shè)備不新不足的問題，同時還能夠有效地提升學(xué)生們的動手能力。本文以虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述及中職數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，探討了虛擬數(shù)控機(jī)床在中職院校數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：中職院校 虛擬數(shù)控機(jī)床 教學(xué)

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，用人單位對中職院校培養(yǎng)的數(shù)控人才的要求也越來越高，不僅要求其能夠熟練地掌握基本的操作要領(lǐng)及程序的編寫，還要掌握其他的維修及調(diào)試技術(shù)。但是，在實(shí)際的教學(xué)過程中，教學(xué)設(shè)備及教學(xué)環(huán)境都受到了一定的限制，導(dǎo)致培養(yǎng)出來的學(xué)生的能力沒有辦法滿足用人單位要求。所以，將虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)用到中職院校的數(shù)控維修教學(xué)過程中是非常有必要的。

一、虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述

所謂的虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)就是通過計算機(jī)對數(shù)控加工的整體環(huán)境進(jìn)行模擬仿真，操作者就可以在這個模擬環(huán)境中進(jìn)行模擬實(shí)際的操作了。在進(jìn)行虛擬數(shù)控機(jī)床操作的過程中，為了能夠保證虛擬數(shù)控機(jī)床可以真實(shí)地反映出實(shí)際數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)狀態(tài)，研發(fā)人員所采用的所有參數(shù)都是來自于實(shí)際數(shù)控機(jī)床，使得虛擬數(shù)控機(jī)床能夠模擬出真實(shí)數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)，為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)參考。另外，為了加強(qiáng)虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了模塊化設(shè)計。通常情況下，虛擬數(shù)控機(jī)床是由一些互相獨(dú)立的系統(tǒng)模塊所組成的，這種組合方式可以使虛擬數(shù)控機(jī)床和實(shí)際數(shù)控機(jī)床更為相似，在操作者進(jìn)行模擬仿真操作時，可以最大限度地按照實(shí)際情況進(jìn)行模擬。同時，系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，能夠在需要其他功能時隨時進(jìn)行模塊重組，使虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的仿真能力更為出色。利用虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)，在模擬環(huán)境中，整個數(shù)控機(jī)床的加工過程都能夠被顯示出來，并且發(fā)生一些故障時，在模擬環(huán)境中能夠進(jìn)行預(yù)警提示。這樣能夠一定程度地提高生產(chǎn)效率，同時減少在實(shí)際操作過程中有可能發(fā)生的危險。與現(xiàn)場的實(shí)際數(shù)控機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床主要有以下特點(diǎn)。

第一，在整體的結(jié)構(gòu)上，非常相似。利用虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)顯示出來的數(shù)控機(jī)床操作界面，與實(shí)際現(xiàn)場中的數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上是非常接近的。同時，很多實(shí)際的功能都是能夠?qū)崿F(xiàn)的，學(xué)生在操作的過程中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)失真問題的解決，并且虛擬數(shù)控機(jī)床的模塊是非常有利于學(xué)生進(jìn)行操作的。第二，相比于現(xiàn)場實(shí)際的數(shù)控機(jī)床，虛擬數(shù)控機(jī)床的界面上能夠顯示出一定的圖形信息及參數(shù)信息，這些信息能夠讓學(xué)生了解當(dāng)前的運(yùn)行狀況，有利于學(xué)生完成人機(jī)操作。第三，具有更為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。學(xué)生在進(jìn)行操作的過程中，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，有利于外界資源的獲取。第四，能夠通過計算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的仿真。在學(xué)生進(jìn)行虛擬數(shù)控機(jī)床的操作時，采用的數(shù)據(jù)都是真實(shí)的，所以數(shù)控機(jī)床能夠以三維的形式展現(xiàn)出來，這有利于學(xué)生在操作的過程中，及時地發(fā)現(xiàn)問題并且處理問題。

二、中職院校數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀

雖然近些年來，中職院校數(shù)控維修教學(xué)的效果越來越好。同時，面對用人單位的需求，已經(jīng)開始著重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。但是，在實(shí)際的教學(xué)過程中，還是存在著一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.從數(shù)控系統(tǒng)角度

當(dāng)前，中職院校數(shù)控維修教學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)控機(jī)床電子、綜合實(shí)驗(yàn)室及拆裝。但是，大部分中職院校都是以綜合實(shí)驗(yàn)室為主，并且實(shí)驗(yàn)室中的數(shù)控系統(tǒng)較多的是FAuNc等類型，由于資金等問題，很少有學(xué)校能夠引進(jìn)一些高端的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快導(dǎo)致數(shù)控設(shè)備更新得較快，很多新的數(shù)控機(jī)床在原理和功能上都與以前的數(shù)控機(jī)床差別很大。如果一直使用較為落后甚至一些被淘汰的數(shù)控系統(tǒng)，學(xué)生無法及時地掌握最新技術(shù)，真正的實(shí)踐能力也得不到提升，便無法滿足用人單位的需求。

2.從電氣連接角度

傳統(tǒng)的中職數(shù)控維修專業(yè)的教學(xué)更側(cè)重于數(shù)控機(jī)床技術(shù)的教學(xué)，對于一些電氣方面的教學(xué)只是一帶而過。近幾年來，數(shù)控維修專業(yè)的教學(xué)逐漸地走向綜合化，數(shù)控機(jī)床電氣連接相關(guān)知識逐漸被重視起來，很多用人單位都要求數(shù)控維修專業(yè)的學(xué)生必須掌握一定的電氣技術(shù)。但是，在實(shí)際的教學(xué)過程中，電氣連接的教學(xué)要比數(shù)控機(jī)床的教學(xué)更為復(fù)雜，相關(guān)的電器元件種類很多，在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的連接時，操作比較繁瑣，非常容易造成電氣材料的極大消耗，并且電纜的連接處也會受到很大的影響。學(xué)生在進(jìn)行電氣連接相關(guān)操作過程中，通常需要進(jìn)行很多次操作才能夠了解一些基礎(chǔ)的技能，嚴(yán)重影響了數(shù)控機(jī)床電氣連接教學(xué)的效果。

3.從功能部件拆裝角度

在中職數(shù)控維修教學(xué)內(nèi)容中，數(shù)控機(jī)床的功能部件拆裝是非常重要的部分，學(xué)生對這部分技能的掌握程度直接影響著未來工作中的實(shí)際動手能力。目前，很多中職院校的功能部件拆裝教學(xué)都存在著很大的問題。教師在教學(xué)的過程中，更多的是進(jìn)行一些比較簡單的部件拆裝教學(xué)，這些教學(xué)內(nèi)容在解決一些實(shí)際問題時，并不能派上用場。并且，在練習(xí)的過程中，學(xué)生手里所拿的部件通常都是一些年代久遠(yuǎn)或者是實(shí)際生產(chǎn)中損壞的產(chǎn)品，不僅數(shù)量難以滿足人手一個，很多的部件都是早已淘汰不用的了，這樣的實(shí)訓(xùn)教學(xué)并沒有太多的實(shí)際意義。眾所周知，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展速度特別快，相應(yīng)的部件更新速度也是特別快，很多新的部件在原理及使用上都是不同于淘汰部件的，如果在教學(xué)過程中只讓學(xué)生采用一些淘汰或者是損壞的部件，那么在以后的工作崗位上，學(xué)生是無法勝任工作的。

4.從傳感檢測器角度

與電氣連接相關(guān)技能的教學(xué)一樣，傳感檢測器應(yīng)用技能的教學(xué)在傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)中只占了很小一部分。傳感檢測器的作用是用來保證機(jī)床的精度，其結(jié)構(gòu)不大，內(nèi)部構(gòu)造卻很復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用過程中非常容易出現(xiàn)故障。一旦傳感器出現(xiàn)故障，要在第一時間進(jìn)行解決，如果傳感器故障沒有及時解決，數(shù)控機(jī)床的精度便無法得到保障。所以，傳感檢測器的維修也應(yīng)該是中職數(shù)控維修專業(yè)學(xué)生必須掌握的。但是，在很多中職院校中，有關(guān)傳感檢測器的教學(xué)及實(shí)訓(xùn)都只是處在建設(shè)階段，大多數(shù)學(xué)生并沒有得到相應(yīng)的技能培訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)的課程仍然以數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)為主，造成學(xué)生并不能有效掌握傳感檢測器的應(yīng)用技能。

三、虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

1.虛擬數(shù)控機(jī)床在理論教學(xué)中的作用

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是非常迅速的，市場上出現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床的種類越來越多。全新的數(shù)控機(jī)床不論是在工作原理上，還是在功能上都更加復(fù)雜。如果還只是采用一些多媒體教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，或者是通過一些淘汰的課件進(jìn)行教學(xué)，就無法使學(xué)生及時掌握最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)。因此，要利用好虛擬數(shù)控機(jī)床進(jìn)行教學(xué)。在虛擬數(shù)控機(jī)床中，無論數(shù)控技術(shù)怎樣發(fā)展，最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)都能夠更新到系統(tǒng)中。學(xué)生通過虛擬數(shù)控機(jī)床就能夠掌握最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)。同時，通過虛擬數(shù)控機(jī)床，實(shí)際的機(jī)床整體都能夠展示在界面中，學(xué)生可以在模擬仿真中掌握數(shù)控機(jī)床的技術(shù)。為了更有效地幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中自我反饋，在虛擬數(shù)控機(jī)床中設(shè)計了預(yù)警功能，利用該功能，使學(xué)生能夠及時發(fā)現(xiàn)自己操作過程中的問題，并及時進(jìn)行更正，有利于學(xué)生對于數(shù)控機(jī)床技能的掌握。

2.虛擬數(shù)控機(jī)床在電氣連接中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學(xué)過程中，電氣連接的問題會嚴(yán)重影響到數(shù)控機(jī)床教學(xué)的質(zhì)量。在采用了虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)之后，學(xué)生對數(shù)控機(jī)床電氣連接中有關(guān)線路布局及電器元器件的選擇等技能，會有更深的理解。特別是在電氣布局這一塊，傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，由于電氣布局相對復(fù)雜，很難一次成功，要反復(fù)地進(jìn)行操作，頻繁的操作會很大程度地造成元器件及線路損傷，導(dǎo)致浪費(fèi)很多元器件。但是，在虛擬數(shù)控機(jī)床中，教師在實(shí)訓(xùn)的過程中只要教會學(xué)生怎樣去做好電氣連接的合理布局，以及如何選擇相關(guān)的元器件并通過導(dǎo)線進(jìn)行電氣柜的連接，學(xué)生就可以通過虛擬數(shù)控機(jī)床進(jìn)行練習(xí)。除此之外，在教學(xué)過程中，教師也可以教學(xué)生如何利用虛擬數(shù)控機(jī)床中的萬用表及示波器對自己的操作進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)連接沒有問題，再進(jìn)行實(shí)際機(jī)床的電氣連接即可。采用虛擬數(shù)控機(jī)床能夠使電氣連接技能的教學(xué)更加便捷，能夠解決元器件浪費(fèi)的問題，幫助節(jié)省很多的教學(xué)資源，并且能夠使學(xué)生對知識掌握得更加牢固。

3.虛擬數(shù)控機(jī)床在裝拆中的應(yīng)用

針對部件拆裝教學(xué)中存在的問題，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修內(nèi)容中有關(guān)部件拆裝技能的教學(xué)時，可以采用虛擬數(shù)控機(jī)床中3D交互式的形式進(jìn)行教學(xué)。比如，進(jìn)行銑床整機(jī)的安裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)時，可以通過虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)提供的零部件和工具進(jìn)行教學(xué)，通過對系統(tǒng)中零部件的拆裝操作，可以使學(xué)生對真實(shí)的拆裝過程有所了解，為學(xué)生營造出一個更好的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。在虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，專門設(shè)置了一個裝拆工具庫，通過這個工具庫，整個實(shí)訓(xùn)過程變得更加便捷，同時還能夠加強(qiáng)學(xué)生的動手能力。除此之外，從前面的內(nèi)容中可以得出，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床拆裝教學(xué)所使用的部件大多數(shù)是一些被淘汰或者是損壞的部件。如果想要學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的過程中使用的都是最新的部件，那么學(xué)校要投入大量的資金進(jìn)行購買，但由于數(shù)控部件更新太快，這一想法無法實(shí)現(xiàn)。但是，通過虛擬數(shù)控機(jī)床能夠很好地解決這一問題。在虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，能夠不斷地更新最新的部件，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的過程中，可以及時地了解最新部件的工作原理及使用方法，有助于掌握最新部件的拆裝技術(shù)。同時，這樣也能夠解決傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)過程中，由于反復(fù)操作造成部件損壞的問題，大大地減少了學(xué)校的資金投入，幫助學(xué)校減輕了財政負(fù)擔(dān)，最重要的是能夠有效提升學(xué)生的動手能力及教學(xué)質(zhì)量。

4.虛擬數(shù)控機(jī)床在故障診斷方面的應(yīng)用

在中職院校數(shù)控維修教學(xué)中，還有一個比較關(guān)鍵的內(nèi)容，就是數(shù)控機(jī)床的故障診斷。學(xué)生不能只掌握如何使用，而缺少故障診斷的能力，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷是學(xué)生以后工作中必須掌握并且熟練的一門技術(shù)。在進(jìn)行故障診斷的時候，數(shù)控機(jī)床要和計算機(jī)一起使用，然后把握好每一個操作細(xì)節(jié)。所以，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的故障診斷教學(xué)時，要以虛擬數(shù)控機(jī)床操作界面上提供的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，教師要教會學(xué)生如何在短時間內(nèi)從界面的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)機(jī)床的問題。在進(jìn)行故障診斷的實(shí)訓(xùn)時，在引入了虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)后，教師可以教學(xué)生通過可編程控制器進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的調(diào)試，同時根據(jù)計算機(jī)顯示出來的一些故障信息，對機(jī)床進(jìn)行維修。所以，通過虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的過程中，能夠通過操作界面上的數(shù)據(jù)及時了解數(shù)控機(jī)床的故障問題，同時通過一些調(diào)試技巧進(jìn)行故障的維修，有效地提升了學(xué)生的數(shù)控機(jī)床維修能力。

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，中職院校傳統(tǒng)數(shù)控維修教學(xué)培養(yǎng)的人才已經(jīng)無法滿足用人單位的需求，采用虛擬數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為一種必然趨勢。本文以虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述為基礎(chǔ)，從數(shù)控系統(tǒng)、電氣連接、功能部件拆裝、傳感檢測器四個角度去分析中職數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀，然后再從這四個角度提出了中職院校數(shù)控維修教學(xué)應(yīng)用虛擬數(shù)控機(jī)床的策略。但在教學(xué)的過程中一定不能忽視數(shù)控機(jī)床維修理論的教學(xué)。要充分發(fā)揮理論聯(lián)系實(shí)際的作用，不緊要提升教學(xué)質(zhì)量，同時還要加強(qiáng)學(xué)生的動手能力，為社會和用人單位培養(yǎng)出更多的復(fù)合型人才。

（作者單位：天津市機(jī)電工藝學(xué)院）