淺談虛擬數(shù)控技術在工程訓練中的應用

劉兵

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及社會主義現(xiàn)代化建設的逐步完善，我國的制造業(yè)得到了迅猛發(fā)展，制造設備也從過去的手動操作形式轉(zhuǎn)化為了智能化、系統(tǒng)化、數(shù)控化和網(wǎng)絡化相集成的發(fā)展模式。虛擬數(shù)控技術作為這一發(fā)展模式的重要內(nèi)容，具有較為先進的特征，是新興學科的代表技術。本文就以虛擬數(shù)控技術的發(fā)展應用情況為依據(jù)，簡單闡述一下如何將其有效應用到工程訓練之中，建立虛擬數(shù)控操作實驗室，完善相關設備，并采用先進方法實施授課，提升學生的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生的動手能力，使其更好的參與市場競爭。

【關鍵詞】虛擬數(shù)控技術；工程訓練；實踐應用；有效對策

進入21世紀以來，社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，我國的現(xiàn)代化技術、制造業(yè)水平不斷提高。面對我國加入世界貿(mào)易組織的新形勢，市場競爭異常嚴峻，國家制造水平受到了社會各界的廣泛關注。虛擬數(shù)控技術是制造業(yè)的新興學科，具有較強的技術水平和發(fā)展空間，各大高校對該專業(yè)的重視度也越來越高。但是據(jù)調(diào)查顯示，我國目前各院校畢業(yè)的數(shù)控專業(yè)大學生的就業(yè)率較低，市場上的招聘信息卻較多，兩者似乎出現(xiàn)了一種矛盾現(xiàn)象。究其原因，主要在于技術教學存在較大的限制，虛擬數(shù)控技術得不到有效的推廣。其實，該技術具有廣泛的應用前景，它能夠為學生提供一個逼真的環(huán)境模擬場景，讓使用者仿佛置身于一個真實的環(huán)境氛圍之中，掌握了解實際作業(yè)的全過程。針對這樣的現(xiàn)象，我國各大高校一定要建立虛擬數(shù)控技術操作實訓基地，將現(xiàn)代化技術與實踐操作相結(jié)合，提高學生的實際動手能力，堅持創(chuàng)新發(fā)展，從而更好的滿足社會用人標準，將科學技術運用到實踐之中。

一、虛擬數(shù)控技術含義、內(nèi)容以及關鍵技術

所謂的虛擬數(shù)控技術主要是指利用最先進的計算機設備，對數(shù)控設備的真實環(huán)境進行模擬和仿真的手段。在具體操作過程中它以計算機的仿真和數(shù)控加工技術為基礎，是CAD、CAM、計算機圖形學、并行工程、網(wǎng)絡技術、人工智能、多煤體等技術集于一體的新方法，在數(shù)控虛擬條件下對數(shù)控設備進行全面的加工利用，具有極強的技術水準。虛擬數(shù)控技術主要包括兩大方面，即虛擬加工環(huán)境和虛擬加工過程，虛擬加工環(huán)境包含的內(nèi)容如下圖所示，在機床虛擬操作界面能夠利用如VB、VC等的計算機編程語言實現(xiàn)，也可以利用三維造型軟件進行建模。虛擬加工過程的主要內(nèi)容也在圖中有具體說明，程序編譯模塊提供了一個程序輸入和編輯的接口便于加工者使用，通過這些功能，該模塊可以實施軌跡模擬，然后通過設備將具體數(shù)據(jù)顯示在面板之上，達到仿真模擬的應用，并檢測NC程序是否正確。

虛擬數(shù)控系統(tǒng)總體構架圖

虛擬數(shù)控關鍵技術主要包括兩類。一是三維實體建模技術，實體建模是用簡單的幾何圖形構建出一個較為復雜的實體，然后將其在圖形設備上進行輸出。在仿真過程中則要去除多余材料，利用布爾運算更新毛坯體模型的進程，從而最終得到被加工零件的實體。視相離散建模法是將工件與刀具離散為Z-buffer結(jié)構，按照平行的透視原理實現(xiàn)視線的一一對應，找到精準的對應關系后對幾何數(shù)據(jù)進行修改。其二，圖像動態(tài)仿真技術。它是指利用計算機可視化技術與動畫手段對動態(tài)圖形實施加工的過程，它的優(yōu)點在于仿真效果好，具有真實感，能夠?qū)崿F(xiàn)試切加工的檢驗效果，通過相應的處理計算方法看清產(chǎn)品的最終形象。

二、虛擬數(shù)控技術在工程訓練中的有效應用

在上述內(nèi)容中，我們已經(jīng)清晰直觀的看到了我國虛擬數(shù)控技術涉及到的復雜內(nèi)容以及技術的多樣性，并且了解了虛擬數(shù)控技術在工程訓練中的重要作用，以及它的優(yōu)勢特征。為了將這些優(yōu)點發(fā)揮到最大，各大院校一定要做好技術培訓工作，將該技術與工程訓練相結(jié)合，提高學生的動手能力，從而加強人才建設。

（一）建立虛擬數(shù)控技術操作實驗室，規(guī)劃工程訓練模塊

數(shù)控技術是虛擬數(shù)控技術操作實驗的關鍵手段，也是制造自動化技術的重要組成部分之一，它在具體運用過程中要以現(xiàn)代化設備、計算機等的有機結(jié)合為基礎。各大高校想要培養(yǎng)具備較好綜合素質(zhì)的學生，一定要建立操作實驗室，加大資金投入數(shù)量，引進現(xiàn)代化設備設施。與此同時，教師想要幫助學生更好的掌握虛擬數(shù)控操作技術，還應該對課程進行整合規(guī)劃，規(guī)劃工程學習的各個模塊，結(jié)合不同課程的特點分層次開展教學，并通過openGL技術對機床、刀具、工件等進行造型，讓學生自行選擇加工。

（二）虛擬數(shù)控技術在工程訓練中的具體應用

虛擬數(shù)控技術是一門對技術要求、能力要求、環(huán)境要求、設備要求都較高的新學科，對學生的理論知識扎實程度和動手能力、操作水平都有很高的要求，該技術的使用并不是一個簡單的過程。想要充分挖掘?qū)W生的潛力，就應該將虛擬數(shù)控技術真正融入工程訓練之中，調(diào)動學生的學習積極性，解決課程枯燥的問題，從而培養(yǎng)實用型的社會人才。學生要根據(jù)所掌握的實踐經(jīng)驗，在虛擬的環(huán)境下開展操作，獨立完成各模塊的加工和設計工作，并利用網(wǎng)絡將其傳輸?shù)綌?shù)控機床之中，然后結(jié)合數(shù)據(jù)的真實情況實施檢驗、對比和處理。為了做到虛擬數(shù)控技術與工程訓練的有機結(jié)合，教師可以做一些與生活有關的實踐開展對學生的教學。例如，教師可以讓學生利用虛擬數(shù)控技術制作鼠標設計圖，運用圖形編輯功能對圖形進行繪制，然后進行刀具軌跡處理工作，生成加工代碼，并利用傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)，達到加工的目的。

（三）提高教師的教學專業(yè)技術

教師是教育教學的主導者，他們的教學質(zhì)量和教學能力直接關系到學生的學習情況，是影響教學的主要方面。各大高校在開展虛擬數(shù)控技術應用的同時，要做好教師選拔工作，選用具備良好操作能力的教師開展授課，幫助他們明確工程訓練和實踐的重要意義，然后將兩者有機結(jié)合在一起，并堅持實施“引進來與走出去”并存的發(fā)展戰(zhàn)略，切實做好工程訓練工作。

（四）運用信息技術促進工程訓練可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展是虛擬數(shù)控技術未來發(fā)展的新方向，眾所周知，學科之間具有極強的聯(lián)系性，將制造業(yè)先進技術與多學科相結(jié)合是保證其不被社會所淘汰的基礎。因此，將信息技術應用到教學中也就顯得尤為重要。具體而言，教師可以將虛擬數(shù)控技術實踐教學=內(nèi)容發(fā)布到網(wǎng)絡上，讓學生自由的進行觀看，解決受到時間限制的問題，打造網(wǎng)絡教育平臺。另外，利用信息化技術手段，還可以加強教師與學生的交流，通過網(wǎng)絡這一平臺開展探究合作，及時的將問題反饋給老師，并通過網(wǎng)絡創(chuàng)設新的教學模式，為學生提供生動的教學氛圍。

結(jié)束語

總而言之，在社會主義現(xiàn)代化建設逐步完善的大背景下，我國的制造業(yè)得到了迅猛發(fā)展，以往的數(shù)控技術已經(jīng)無法適應社會發(fā)展的新要求。在這樣的大背景下，我國一定要研發(fā)新型的虛擬數(shù)控技術，結(jié)合制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀開展教學，在實際教學中將虛擬數(shù)控技術與工程訓練實際緊密結(jié)合在一起，提高技術的實踐性能和操作水平。在此基礎上，學生還要掌握與虛擬數(shù)量技術有關的關鍵技術和內(nèi)容，學校要建立實訓基地，加大資金投入數(shù)量，實行模塊化教學，將其與生活相連，從而激發(fā)學生的學校熱情，真正提高他們的動手操作技能，做好實訓教學工作。

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