淺析信息化技術(shù)在焊接實訓中的應(yīng)用

王 鑫

（廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學院，河北 廊坊 065200）

0 序言

焊接實訓是一個高危險，高投入，高能耗的過程，尤其在實訓初期階段，由于不僅要投入大量的人力資源來保障實訓現(xiàn)場秩序，以保證實訓人員的安全，并且還要投入大量的試件及焊接材料，經(jīng)過長時間的反復練習，才能初步掌握基本操作要領(lǐng)，并且由于培訓人員水平參差不齊，也會對實訓人員基本操作產(chǎn)生不同的影響，并且由于焊接實際操作環(huán)境中有高壓電、弧光、飛濺、煙塵等，對于缺乏實際操作經(jīng)驗的學員很容易對其產(chǎn)生負面影響。

1 國外仿真技術(shù)在焊接實訓上的應(yīng)用

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，仿真模擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機駕駛，汽車駕駛等培訓領(lǐng)域，歐美等發(fā)達國家也已經(jīng)將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于焊接實訓領(lǐng)域。

在焊接實訓初期階段，模擬仿真實訓系統(tǒng)可以大大降低焊接實訓成本，并且保證在學員實踐經(jīng)驗不足的情況的降低其危險隱患，模擬仿真實訓系統(tǒng)借助先進的計算機技術(shù)，使學員能在優(yōu)美的，舒適的模擬操作臺上，置身于真實的操作環(huán)境中，多次重復體驗系統(tǒng)提供的最標準的狀態(tài)下的焊接全過程，盡快掌握焊接基本技能，為下一步進行焊接實際操作打下堅實的基礎(chǔ)。

歐美等發(fā)達國家在焊接仿真實訓領(lǐng)域起步較早，并且已經(jīng)有了較成熟和系統(tǒng)的仿真實訓產(chǎn)品，如法國西施公司生產(chǎn)的CS WAVE焊接姿勢操練系統(tǒng)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，通過該焊接實訓產(chǎn)品的使用使培訓成本降低達35%。通過該系統(tǒng)的使用降低焊接用原輔材料消耗；降低能源消耗(降低焊接氣體和電力消耗)，并且極大的提高了實訓過程的安全性。另外通過仿真系統(tǒng)的使用縮短了初級焊工早期培訓的周期（縮短周期達50%）,改進對教學工作的監(jiān)控，方便和加強學員管理 ,改善焊接環(huán)境，有利于環(huán)境保護,提高焊工培訓的層次 。

2 國內(nèi)仿真技術(shù)在焊接實訓上的發(fā)展現(xiàn)狀

雖然國外已經(jīng)大規(guī)模使用焊接仿真實訓設(shè)備，國內(nèi)近年也開始了在該方面的嘗試，但是由于沒有自主研發(fā)的設(shè)備，整套設(shè)備需要進口。而進口設(shè)備造價高昂，以法國西施公司生產(chǎn)的CS WAVE焊接姿勢操練系統(tǒng)為例，單臺設(shè)備到岸價格為40萬左右，每臺設(shè)備能滿足兩名學生實訓要求，按標準班40人計算，建成一個標準的焊接仿真實訓室需購進20臺仿真實訓設(shè)備，那么一個仿真實訓室前期投入將達到800萬左右，這是國內(nèi)一般高校很難承受的。

隨著模擬技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)許多高校也開始了這方面的研究，如燕山大學，西安交通大學等高校將焊接熱模擬技術(shù)已引入各種焊接試驗，諸如焊接熱影響區(qū)性能、鋼材CCT曲線測定、焊接過程模擬等方面的研究工作中，也取得了非常好的效果[1]。但是國內(nèi)鮮有高校對焊接實訓模擬開展系統(tǒng)性的探索和研究，僅有少數(shù)幾所高校模仿國外成熟的模擬仿真系統(tǒng)，開展了一些嘗試。

其開發(fā)步驟為[2]：。

1）虛擬環(huán)境建模。從現(xiàn)場環(huán)境取樣，通過三維造型的方法營造虛擬環(huán)境，給操作人員提供一個逼真的操作環(huán)境。

2）三維圖像生成。根據(jù)現(xiàn)實環(huán)境中物體的運動，連續(xù)進行采樣跟蹤，根據(jù)物體位置的變化，實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中物體的相應(yīng)變化。其關(guān)鍵是三維圖像的生成速度。物體空間位置的變化通過若干臺CCD攝像機進行監(jiān)控，監(jiān)控圖像經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由計算機進行處理和三維合成。同時在虛擬環(huán)境中成像。

3）傳感技術(shù)。通過接觸式的測量方法，在傳感器的幫助下感受操作人員手上施加力的情況，將力的大小反應(yīng)為虛擬環(huán)境中焊槍的前進，后退，轉(zhuǎn)動，提升，下降等動作。

4）評判機制。這是培訓系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)。通過評判機制對操作人員的動作進行分析判別，對不規(guī)范的操作動作提出警示。對相應(yīng)操作下焊接容易產(chǎn)生的缺陷進行分析，并提供給操作人員，幫助操作人員進行修正，提高操作技巧。

這種焊接模擬實訓手段是最接近國外成熟的模擬實訓技術(shù)的，但是由于經(jīng)費投入，技術(shù)，人員等因素制約，國內(nèi)高校對于這方面的研究多止步于理論階段，并沒有成型的產(chǎn)品可以投入教學。

3 建立“準仿真實訓焊接系統(tǒng)”的構(gòu)想

高職院校，培養(yǎng)的是生產(chǎn)、管理、建設(shè)、服務(wù)第一線需要的高級技術(shù)應(yīng)用型人才。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，主要取決于實踐教學開展。目前很多職業(yè)院校焊接專業(yè)實訓都面臨場地、實訓設(shè)備、實訓專業(yè)指導人員不足等復雜問題。這對我們職業(yè)教育從業(yè)者來說既是挑戰(zhàn)，又是機遇。在資源不足的情況下，我們可以改變傳統(tǒng)的教學模式，在焊接實訓初期階段引入視頻、動畫技術(shù)、計算機多媒體仿真技術(shù)建立一套“準焊接實訓仿真系統(tǒng)”（整個系統(tǒng)可分為4個一級模塊和若干二級模塊）使仿真實訓與實際操作相結(jié)合。這樣不僅可以極大的緩解我院場地、設(shè)備以及人員不足的問題，并且節(jié)省大量的實訓材料。另外信息化技術(shù)的引入還可以極大的提升學院的形象以及實力。在教學方面，信息化技術(shù)的引入可以使學生在直觀性好、交互性強的環(huán)境下學習焊接專業(yè)核心技能。為學生提供多種感官的綜合刺激，模擬真實的場景，有利于學習者產(chǎn)生強烈的學習欲望以及對知識、技能的獲取和保持；提高學生的學習效率與效果，體現(xiàn)學生的主體地位。

該套模擬仿真系統(tǒng)與國外進口仿真設(shè)備以及國內(nèi)一些高校正在研制模擬仿真設(shè)備相比具有以下幾點優(yōu)勢：

1）投入?。ú恍枰^多的硬件支持，主要以視頻、以及flash互動、以及網(wǎng)頁作為系統(tǒng)主要組成部分）。

2）研制周期短（從立項開始，大約使用1年時間即可投入使用）。

3）實用性強（可根據(jù)我院實際教學情況，隨時修改系統(tǒng)內(nèi)容）。

在實訓方面，如汽車駕駛，工程機械駕駛等均有模擬培訓系統(tǒng)的實踐，而國外焊接仿真模擬實訓系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用，并且取得良好的效果，但是高昂的價格和過高的技術(shù)門檻使其很難進入中國。本課題國內(nèi)尚無成功先例，如果將該系統(tǒng)引入到焊接實訓中，1.可以大大降低成本；2.可為入門焊工提供良好的學習氣氛；3.可以緩解我院場地、設(shè)備、人員不足的問題，4.將信息化技術(shù)引入實踐教學可以大大提高我院的知名度，也可以增強我院的實力。

［1］王鑫,張福成,呂博,等.貝氏體鋼轍叉與 U71Mn鋼軌的焊接[J].焊接學報,2009,30(12):61-64.

［2］薛金保,鄒林,陳小藝,等.焊接操作計算機模擬系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].焊接技術(shù),2005,34(7):56-57.