數(shù)控仿真在一體化數(shù)控教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足

李彤輝

摘要：如今數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件在職業(yè)院校中廣泛應(yīng)用，對數(shù)控專業(yè)的實際教學(xué)既有有利的一面，也有一定的不足之處。

關(guān)鍵詞：數(shù)控仿真軟件；數(shù)控教學(xué)；一體化

無論是普通學(xué)歷教育，還是職業(yè)教育，都在積極探索、實施理論與實踐緊密結(jié)合的一體化教學(xué)，尤其是職業(yè)教育，受其自身的性質(zhì)、特征和培養(yǎng)目標的牽制，勢在必行的展開教學(xué)改革。我校購買并使用了數(shù)控仿真軟件來進行教學(xué)的同時，摸索出將理論學(xué)習(xí)、模擬仿真、實訓(xùn)操作相結(jié)合的一體化教學(xué)模式。

一、一體化的數(shù)控教學(xué)模式

所謂一體化教學(xué)，簡單地說就是為了使理論與實踐更好的銜接，將理論教學(xué)與實習(xí)教學(xué)在單元教學(xué)時間里融為一體。其內(nèi)涵主要是打破傳統(tǒng)的學(xué)科體系和教學(xué)模式，根據(jù)職業(yè)教育培養(yǎng)目標的要求來重新整合教學(xué)資源，體現(xiàn)能力本位的特點，從而逐步實現(xiàn)了從以教師為中心如何“教給”學(xué)生，向以學(xué)生為中心如何“教會”學(xué)生轉(zhuǎn)變；從以教材為中心向以教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標為中心轉(zhuǎn)變；從以課堂為中心向以實驗室、實習(xí)車間為中心轉(zhuǎn)變[1]。

“工作過程學(xué)習(xí)化，學(xué)習(xí)過程工作化?！币惑w化教學(xué)中的行動導(dǎo)向六步法，讓學(xué)生主動的完成學(xué)習(xí)活動，教師只是指引者，實現(xiàn)教學(xué)到導(dǎo)學(xué)的轉(zhuǎn)變；行動導(dǎo)向教學(xué)法提倡提問和反思，以促進學(xué)生更深入地分析問題，檢驗先前提出的假設(shè)，提出多種解決問題的方案。行動導(dǎo)向課程的強調(diào)：學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。其核心就是要學(xué)生在“做”中學(xué)、在探究中學(xué)、在合作中學(xué)。

結(jié)合一體化理念，針對虛擬數(shù)控仿真軟件的特點運用虛擬數(shù)控仿真軟件建構(gòu)了一種適合職業(yè)數(shù)控專業(yè)課程課堂教學(xué)的探究型學(xué)習(xí)模式[2]，其模式如圖1所示

如上圖所示，該模式運用虛擬仿真軟件開展數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程的項目探究教學(xué)，有利于實現(xiàn)理論與實踐一體化教學(xué)。咨詢、計劃、決策的學(xué)習(xí)階段在仿真機房使用仿真軟件進行。如果用真實的機床，不但費時費料，還有可能造成安全事故。運用虛擬數(shù)控仿真軟件來學(xué)習(xí)，不但省時省料，十分安全，還能有軟件提示錯誤，解放了教師，學(xué)生自己就能知道自己的方案是否正確，不僅有利于探究型課堂的開展，也有利于學(xué)生實踐能力的提高。

該模式在自主探究、小組合作、小組成果互評階段以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)者，促進學(xué)生和學(xué)習(xí)伙伴溝通，利用情景、合作、溝通反思等要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、互動性和首創(chuàng)精神，最終達到學(xué)生知識意義構(gòu)建和創(chuàng)新的目的。在教師解疑、教師點評階段以教師為主導(dǎo)，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)者、解疑者、課堂主持人、意義建構(gòu)的幫助者、促進者，教師處于中心地位，學(xué)生處于傳遞、接受的學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生在教師幫助下進行主動思考與探索，便于師生之間的情感交流，有利于系統(tǒng)的科學(xué)知識的傳授。

二、數(shù)控仿真

數(shù)控仿真系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬實際機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)，具有安全可靠、培訓(xùn)費用低的優(yōu)點。數(shù)控仿真系統(tǒng)主要包括兩個部分：數(shù)控機床幾何仿真和切削過程的物理仿真。幾何仿真：模擬實際機床的加工環(huán)境，不考慮切削參數(shù)、切削力等對切削加工的影響，只仿真刀具工件幾何運動，檢查是否存在碰撞、干涉，驗證數(shù)控程序的正確性，避免因程序錯誤而導(dǎo)致的夾具刀具損壞、零件報廢等。幾何仿真包括硬件和軟件兩個部分。硬件仿真是指虛擬數(shù)控機床的幾何建模，虛擬數(shù)控機床與真實機床具有相似的結(jié)構(gòu)和完全相同的操作界面，能夠模仿機床的任何功能。軟件仿真主要是NC碼控制器模塊，它實現(xiàn)NC程序的編輯調(diào)試，通過加工仿真檢驗 NC代碼，對加工中能出現(xiàn)的碰撞、干涉進行報警提示[3]。

以我校使用的上海宇龍數(shù)控仿真軟件為例，雖然軟件中顯示的數(shù)控機床是模擬的機床實體，但對于機床的系統(tǒng)面板和操作面板及操作按鍵是依照真實的數(shù)控機床，對機床的操作也和真實的機床基本相同，它可以實現(xiàn)對數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心對加工零件全過程的仿真。其中包括毛坯定義和安裝、夾具及刀具的定義與選用、零件基準測量和設(shè)置、數(shù)控程序錄入和編輯、手動、自動等操作模式。該軟件還擁有FANUC數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng)，具有多系統(tǒng)、多機床、多零件的加工仿真模擬功能。

三、數(shù)控仿真在一體化數(shù)控教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足

首先，將仿真軟件應(yīng)用在數(shù)控專業(yè)實踐教學(xué)中的優(yōu)勢：

仿真軟件使數(shù)控專業(yè)的實踐教學(xué)更具經(jīng)濟性、科學(xué)性和多樣性，可為數(shù)控專業(yè)的學(xué)生提供多種型號的機床來進行實操練習(xí)。數(shù)控機床價格較貴、型號多樣，數(shù)控系統(tǒng)的種類各有不同，更新也比較快。對于學(xué)校來說，把市場上所有型號的機床都買回去的是不現(xiàn)實的，而同一地區(qū)的不同學(xué)校，所用的機床型號也往往會不一樣，這就有可能會使學(xué)生在學(xué)校所學(xué)的知識與就業(yè)后工廠里所用的知識脫節(jié)。數(shù)控仿真軟件可彌補這一點，可達到一種軟件多個系統(tǒng)的效果，解決學(xué)生實習(xí)機床型號單一的問題。

數(shù)控仿真軟件實習(xí)無任何額外費用，無任何安全隱患。以我校使用的宇龍數(shù)控仿真軟件為例，能夠隨意選取、更換毛坯，也可以選擇特定形狀的毛坯 在加工過程中利用軟件模擬實際的切削過程，操作者觀看軟件界面模擬顯示的機床和零件加工情況，不會感到抽象，只需點動鼠標和鍵盤進行數(shù)據(jù)的輸入即可完成。在車間實際操作中會出現(xiàn)的撞車、裝刀現(xiàn)象在仿真軟件上會以報警的方式提醒操作者以避免損壞，軟件中即使真地將工件損壞，也可以通過調(diào)用先前保存過的文件恢復(fù)到初始狀態(tài)，學(xué)生可以放心大膽地通過仿真軟件進行練習(xí)操作，以避免在實際加工中出現(xiàn)安全隱患。

數(shù)控仿真軟件有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。使用仿真軟件，教師就可利用計算機多媒體進行教學(xué)，直觀地向?qū)W生展示編程指令的實際應(yīng)用，而且學(xué)生能夠通過數(shù)控仿真軟件親自動手使用編程指令進行數(shù)控加工模擬訓(xùn)練，把所學(xué)的指令在仿真軟件上進行練習(xí)模擬，及時發(fā)現(xiàn)自己的錯誤，改正模擬過程中出現(xiàn)的問題，教師可以在學(xué)生模擬練習(xí)的過程中進行巡回觀察指導(dǎo)并學(xué)生解決疑難問題。這樣使枯燥空洞的編程指令變得具體、形象，直接觸發(fā)學(xué)生右腦參與思維活動，使學(xué)生的大腦保持足夠高的興奮度，利于學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)數(shù)控編程和操作技能，增強學(xué)習(xí)的積極性。endprint

數(shù)控仿真軟件可減少實訓(xùn)成本，合理評價，提高教學(xué)效果。數(shù)控機床品種多、價格高，實訓(xùn)如果都是機床的實際操作，會消耗很高的成本，仿真軟件可以彌補這種不足，減少數(shù)控教學(xué)成本，避免實習(xí)中因為不熟悉數(shù)控系統(tǒng)的操作所帶來的設(shè)備安全等問題，還能克服學(xué)生多，設(shè)備少的問題，實現(xiàn)實習(xí)活動多樣化，并提高學(xué)生的編程能力和學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)過程中還可以結(jié)合課堂內(nèi)容進行相對合理、全面的教學(xué)評價[4]。

四、數(shù)控仿真軟件在數(shù)控專業(yè)教學(xué)中的不足之處如下

數(shù)控仿真軟件操作與實際操作存在差距。由于數(shù)控仿真技術(shù)起步比較晚，實際數(shù)控車床與數(shù)控仿真軟件之間存在一定的差異。軟件中程序工藝參數(shù)可隨意設(shè)置，產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保障。通過計算機利用數(shù)控仿真軟件進行數(shù)控編程和仿真模擬操作時，很容易忽視刀具、切削用量選擇，以及零件的裝夾等問題，數(shù)控仿真軟件也沒辦法判斷工件的矯正尺寸精度，表面粗糙度等。而且數(shù)控仿真軟件是對數(shù)控加工過程的一個計算機模擬軟件，是一種摸不著的虛擬模擬，并不是實際的加工過程，無法替代學(xué)生在實際數(shù)控加工時的真實感受。這會使學(xué)生養(yǎng)成輕率工作的壞習(xí)慣，忽視對刀具選擇、切削用量、零件裝夾等重要因素的考量，進而在實操練習(xí)時就會不自覺地忽略這些對數(shù)控實際加工非常重要的因素，從而就會導(dǎo)致實際加工出來的工件無法達到應(yīng)有的精度要求，嚴重的還會發(fā)生碰撞等意外事故。

教學(xué)中過分依賴仿真軟件教學(xué)，會使學(xué)生安全意識淡薄。在實際數(shù)控機床上加工時，學(xué)生必須嚴格按照安全操作規(guī)章制度進行數(shù)控加工，同時還必須具備一定的聽音判斷能力。以數(shù)控車為例，能夠根據(jù)實際車床在不同情況下發(fā)出的不同聲音來及時調(diào)整車床或程序參數(shù)，以便使車床停機或發(fā)生故障概率減少到最低。但在數(shù)控仿真中，就只是模擬加工指令的運行。同時實際車床操作的規(guī)程也被忽視，如在數(shù)控加工前機床安全防護門要關(guān)閉，在機床加工過程中不允許隨意打開將頭伸入，這些規(guī)定在數(shù)控仿真時很容易被忽略了，而對于在計算機上利用仿真軟件練習(xí)時出現(xiàn)的撞刀等現(xiàn)象也不會引起重視。學(xué)生操作時的這些不良習(xí)慣如果養(yǎng)成，那就會在實際生產(chǎn)中造成重大失誤。

數(shù)控仿真軟件本身在使用中存在不足，容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴計算機的心理。軟件本身存在不足之處，自控能力較差的學(xué)生，長時間使用數(shù)控仿真軟件教學(xué)，就會使學(xué)生產(chǎn)生懶惰習(xí)慣，依賴仿真模擬而不愿上實際數(shù)控機床操作，個別學(xué)生甚至還會趁機在計算機上做一些其他的事情。要結(jié)合實際情況，針對學(xué)情合理使用教學(xué)方法，盡量減少數(shù)控仿真軟件在實際教學(xué)中的不利影響。

總之，將數(shù)控仿真軟件應(yīng)用到數(shù)控的實訓(xùn)教學(xué)中，通過教學(xué)方法彌補不足，充分發(fā)揮仿真軟件在教學(xué)中經(jīng)濟、科學(xué)、多樣并沒有安全隱患的優(yōu)勢，讓學(xué)生在初期學(xué)習(xí)中就能更快、更好地掌握專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會自學(xué)、獨立解決實際問題等方面的能力，合理評價并引導(dǎo)學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

參考文獻

[1] 章登霞，陳剛，沙琳.OPenGL在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，21（l）：105-107

[2] 王啟義，葛研軍，施志輝，盧碧紅.數(shù)控車虛擬加工環(huán)境全景仿真技術(shù)[J].先進制造技術(shù)，2001，30（1）：39-40

[3] 王彪，張?zhí)m主編.數(shù)控加工技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006

[4] 徐曉昂.在數(shù)控技術(shù)專業(yè)中開展模塊化教學(xué)的的研究[J].益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，（03）.endprint