塑料模具虛擬實驗室的研究和開發(fā)探討

程艷

摘 要： 隨著科學(xué)技術(shù)水平的逐步推升，實驗的相關(guān)人員在進(jìn)行實驗教學(xué)時，為了促進(jìn)實驗技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從而將虛擬實驗這種新型的實驗?zāi)Ｊ竭\用到了實驗教學(xué)之中。虛擬實驗的應(yīng)用和發(fā)展，是實驗技術(shù)在發(fā)展的過程中新的發(fā)展方向，同時也能夠通過這種方式，進(jìn)一步的補充和完善傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，對于幫助高等職業(yè)教育做好高素質(zhì)人才的培養(yǎng)工作，有著極大的促進(jìn)作用。而塑料模具作為塑料加工工業(yè)中和塑料成型機配套，是一種賦予了塑料制品以完整構(gòu)型和精確尺寸的工具。隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，各個高校在進(jìn)行塑料模具專業(yè)的教學(xué)時，為了改善當(dāng)前的教學(xué)環(huán)境，進(jìn)一步的培養(yǎng)好技術(shù)應(yīng)用型人才，從而進(jìn)行了塑料模具虛擬實驗室的研究和開發(fā)方面的工作。虛擬實驗作為實驗技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，通過使用虛擬實驗系統(tǒng)輔助實驗教學(xué)，是實驗教學(xué)改革發(fā)展的需要，有利于塑料模具專業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為了做好相關(guān)的研究工作，本文主要對塑料模具虛擬實驗室開發(fā)的意義，塑料模具虛擬實驗室的組成方式和主要的功能，以及塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析，以推動相關(guān)教學(xué)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 塑料模具；虛擬實驗室；研究和開發(fā)

0.引言

隨著我國教育改革和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，我國現(xiàn)代職業(yè)教育在不斷的發(fā)展過程中，為了促進(jìn)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，從而將實驗教學(xué)運用到了教學(xué)之中。通過實驗教學(xué)，有利于在一定程度上將理論知識與實踐活動、間接經(jīng)驗與直接經(jīng)驗、抽象與形象相結(jié)合。由于理論教學(xué)存在著直觀性、實踐性、科研性、綜合性與創(chuàng)新性等特點，因此對于技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，有著極大的促進(jìn)作用。而虛擬實驗室作為實驗教學(xué)的重要的發(fā)展方向，將這種教學(xué)模式運用到塑料模具的教學(xué)之中，不僅有利于促進(jìn)相關(guān)教學(xué)改革的進(jìn)一步發(fā)展，同時對于職業(yè)教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段也會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，如果現(xiàn)代職業(yè)教育在進(jìn)行塑料模具方面的教學(xué)時，如果做好了虛擬實驗室開發(fā)方面的工作，對于塑料模具教學(xué)的發(fā)展，將會產(chǎn)生重要的意義。

1.塑料模具虛擬實驗室開發(fā)的意義

作為現(xiàn)代職業(yè)教育中的重要教學(xué)類型，塑料模具課程是機械類的專業(yè)課程，是模具設(shè)計與制造專業(yè)和主干課程之一。進(jìn)行塑料模具課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)，能夠讓相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，不僅能夠更好地掌握好塑料的特性和塑料成型規(guī)律，同時還能掌握好其中典型的塑料模具的結(jié)構(gòu)，對于學(xué)生設(shè)計塑料模具能力的培養(yǎng)，有著極大的促進(jìn)作用[1]。如果進(jìn)行了塑料模具虛擬實驗室開發(fā)方面的工作，就可以將來自于生產(chǎn)一線的典型塑料模具通過三維數(shù)字化的方式進(jìn)行處理方面的工作，進(jìn)而在計算機上進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知、三維仿真、模具結(jié)構(gòu)演示，能夠清楚地觀察到塑料材料在成形過程中的變化。在進(jìn)行模具零件或部件進(jìn)行移動、 旋轉(zhuǎn)、實時縮放、剖切、測量及標(biāo)注尺寸、虛擬裝配等方面的工作時，由于虛擬實驗室的開發(fā)和發(fā)展，這些工作都可以在電腦上通過鼠標(biāo)與鍵盤的方式就能做好相關(guān)的工作，從而實現(xiàn)人機交互式模具拆裝練習(xí)，對于培養(yǎng)會學(xué)習(xí)、勤思考、有決策、善溝通、能動手的模具技術(shù)應(yīng)用型人才，有著極大的促進(jìn)作用[2]。

首先，如果進(jìn)行了塑料模具虛擬實驗室開發(fā)方面的工作，就能夠在一定程度上幫助學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)時，能夠減少時間和空間方面的限制，學(xué)生通過這種方式，能夠隨時隨地的進(jìn)行相關(guān)知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時，學(xué)生們還可以學(xué)習(xí)之前相關(guān)人員所進(jìn)行研究的內(nèi)容，進(jìn)而通過促進(jìn)自身創(chuàng)造性思維的發(fā)展，對之前人員所進(jìn)行的研究進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新，有利于自身塑料模具相關(guān)知識水平的進(jìn)一步提升，從而促進(jìn)自身的進(jìn)一步發(fā)展。同時，如果做好了塑料模具虛擬實驗室開發(fā)方面的工作，就能夠在一定程度上促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)基本方法和獲得直接經(jīng)驗方式的改變。獲得直接經(jīng)驗既是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式，同時通過直接經(jīng)驗的影響，也能夠幫助學(xué)生加深對于間接經(jīng)驗的理解，有利于學(xué)生的進(jìn)一步發(fā)展。并且進(jìn)行塑料模具虛擬實驗室開發(fā)方面的工作，就能夠幫助學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)實驗的過程中將斷續(xù)出現(xiàn)的問題進(jìn)行進(jìn)一步的連接，對于學(xué)生實驗范圍的進(jìn)一步擴展，也有著一定的幫助。如果實驗范圍得到了擴展，就能夠幫助學(xué)生促進(jìn)實驗質(zhì)量的進(jìn)一步提升，從而完成傳統(tǒng)實驗方式所無法完成的工作。同時由于傳統(tǒng)的模具實驗在進(jìn)行的過程中，由于試驗場地、設(shè)備和時間等方面的制約，就會使得相關(guān)的實驗無法有效的進(jìn)行開展，不利于學(xué)生的技術(shù)水平的提升。傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ叫枰ㄟ^兩人甚至是多人之間的配合，才能進(jìn)一步的推動相關(guān)實驗的發(fā)展，不過如果開發(fā)了塑料模具虛擬實驗室，就能夠促進(jìn)教學(xué)實驗的進(jìn)一步開放，通過計算機獨自進(jìn)行實驗工作，有利于實驗質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

2.塑料模具虛擬實驗室的組成方式

由于相關(guān)的職業(yè)教育學(xué)校所進(jìn)行的塑料模具課程的教學(xué)，是根據(jù)教學(xué)大綱要求與模具實物實驗室教學(xué)的需要進(jìn)行開展的，因此為了促進(jìn)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，塑料模具虛擬實驗室的組成，也必須按照一定的方式進(jìn)行組合。而這其中，由于了解模塑工藝過程和材料成型規(guī)律、掌握模具工作原理、熟悉模具結(jié)構(gòu)和模具零件裝配關(guān)系，以及認(rèn)識模具各個零件的名稱、作用和相配零件的配合關(guān)系是塑料模具虛擬實驗室的主要功能，因此塑料模具虛擬實驗室的組成方式，則是通過以下的組成方式進(jìn)行組合的。

塑料模具虛擬實驗室的組成，主要包括了模具介紹模塊、模具拆裝演示模塊、模具工作原理仿真模塊、模具虛擬拆裝模塊以及塑料模具設(shè)計資料進(jìn)行組合的。并且不同的組成結(jié)構(gòu)在發(fā)展的過程中，擁有著不同的作用。其中模具介紹模塊是用于介紹模具的用途、適用范圍、主要結(jié)構(gòu)特點和模具零件的名稱等方面的工作的，對于提高學(xué)生對模具認(rèn)知程度，有著極大的促進(jìn)作用[3]。而用于指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察模具零件的裝配關(guān)系，同時幫助學(xué)生加深理解零件結(jié)構(gòu)特點和模具的拆裝順序，則是模具拆裝演示模塊所需要進(jìn)行的工作。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，進(jìn)行了仿真模具在進(jìn)行生產(chǎn)時的開模、注塑、冷卻、頂出脫模、制品跌落和合模過程中的機構(gòu)運動過程方面的工作，進(jìn)而實現(xiàn)了連續(xù)播放或單步播放仿真運動，說明學(xué)生進(jìn)行了模具工作原理仿真模塊的學(xué)習(xí)，這也是塑料模具虛擬實驗室中重要的組成部分[4]。同時在整個塑料模具虛擬實驗室中還有模具虛擬拆裝模塊，而這組成部分的主要功能，則是其中重要的人機交互拆卸和組裝模具。通過這個部分，有利于學(xué)生在通過計算機鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行相關(guān)實驗時，能夠?qū)α慵虿考M(jìn)行移動、旋轉(zhuǎn)、實時縮放、剖切、測量等方面的工作，逐步實現(xiàn)人機交互式虛擬拆裝，有利于幫助學(xué)生進(jìn)一步的提升實驗質(zhì)量，有利于促進(jìn)學(xué)生的進(jìn)一步發(fā)展。而塑料模具設(shè)計資料這一組成部分，其主要的功能就是幫助學(xué)生進(jìn)行查詢模塊和數(shù)據(jù)管理模塊方面的工作，對于學(xué)生的發(fā)展，也有著一定的促進(jìn)作用。

3.塑料模具虛擬實驗室的主要功能

要想做好塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用方面的工作，就需要對塑料模具虛擬實驗室的主要功能進(jìn)行一定的探究。根據(jù)之前的研究人員所進(jìn)行的研究顯示，塑料模具虛擬實驗室的主要功能架構(gòu)包括了模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知、模具拆裝實訓(xùn)以及模具運動仿真三個方面的功能。

3.1模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知

按照模具分類，通過虛擬實驗室認(rèn)知各類模具系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的知識及標(biāo)準(zhǔn)部件。如澆注系統(tǒng)的澆口、冷卻系統(tǒng)的冷卻水管等。同時這里面還有一系列如設(shè)置透明度、縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等方面的輔助觀察工具，同時還有線框顯示、著色顯示、藝術(shù)外觀等方面的顯示模式，這就是模具主要的結(jié)構(gòu)類型[5]。

3.2模具拆裝實訓(xùn)

作為模具教學(xué)虛擬實驗室最重要的部分，模具拆裝實訓(xùn)功能主要是通過查看標(biāo)準(zhǔn)的裝配演示，以及自主拆裝實訓(xùn)的實現(xiàn)進(jìn)行體現(xiàn)的。如果進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的裝配演示的查看，就能夠能實現(xiàn)對裝配過程的播放，并且可以觀察已正確裝配的模具，播放演示其裝配過程，同時也可以實現(xiàn)對模具的旋轉(zhuǎn)，放大，查看知識等操作，有利于模具拆裝實訓(xùn)的進(jìn)一步開展。因此，為了做好相關(guān)的工作，必須選擇正確的輔助工具進(jìn)行裝配和拆卸工作，進(jìn)而將其放置在指定位置[6]。只有這樣，才能促進(jìn)模具拆裝實訓(xùn)工作的進(jìn)一步開展。

3.3模具運動仿真的功能

通過虛擬實驗室系統(tǒng)調(diào)用模具三維模型，同時利用模具系統(tǒng)運動仿真工具箱，控制仿真過程與顯示模式。通過這種模式的開展，有利于幫助相關(guān)人員提供知識引導(dǎo)機制以及各種觀察控制工具，進(jìn)而就可以查看某個結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識及標(biāo)準(zhǔn)部件[7]。通過模具系統(tǒng)工具箱的使用，可以控制仿真過程，實現(xiàn)連續(xù)運行，也可以單步仿真，對于塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用，有著一定的促進(jìn)作用。

4.塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用

4.1塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)過程

為了能夠?qū)⑺芰夏＞咛摂M實驗室順利運用于對學(xué)生的教學(xué)過程中，促進(jìn)學(xué)生技術(shù)水平的進(jìn)一步，以幫助學(xué)生更好的在以后的工作中獲得更多的進(jìn)步，就需要做好塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)方面的工作。而為了能夠?qū)崿F(xiàn)模具虛擬實驗室的功能，就需要在進(jìn)行開發(fā)的過程中，將“平民化”的技術(shù)運用到?jīng)_壓模具虛擬實驗室之中，從而通過這種方式，最終實現(xiàn)教學(xué)型虛擬實驗室的建設(shè)和應(yīng)用，以促進(jìn)塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)[8]。通過這種方式進(jìn)行塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)，有利于模具設(shè)計人員進(jìn)行模具方面的建設(shè)時，有利于幫助設(shè)計人員達(dá)到專注于模具結(jié)構(gòu)研究方面的工作，進(jìn)而充分體現(xiàn)出模具虛擬實驗室的核心功能，有利于虛擬實驗室的順利開發(fā)，進(jìn)而運用到實驗環(huán)節(jié)之中，有利于促進(jìn)實驗人員實驗技術(shù)水平的提升。

而在進(jìn)行開發(fā)的過程中，為了做好相關(guān)的工作，需要對塑料模具虛擬實驗室首先進(jìn)行三維建模，而三維建模的主要方式，則是通過相關(guān)的電腦軟件如Pro/E、UG、Autocad進(jìn)行建造的。在進(jìn)行建模時，需要將Pro/E、UG軟件格式文件轉(zhuǎn)換成Autocad的DWG格式文件，進(jìn)而將其倒入到3Dmax這一三維動畫軟件之中。通過這一步驟，有利于將相關(guān)模具的外型進(jìn)行動畫化的設(shè)計，從而實現(xiàn)對模具的工作原理仿真與拆裝演示，進(jìn)而促使塑料模具虛擬實驗室得以開發(fā)和運用，有利于促進(jìn)塑料模具虛擬實驗室的進(jìn)一步發(fā)展[9]。

4.2塑料模具虛擬實驗室的運用

為了探討模具虛擬實驗室在教學(xué)中的應(yīng)用效果，同時也為了充分了解學(xué)生利用虛擬實驗室進(jìn)行學(xué)習(xí)的情況，需要做好相關(guān)的調(diào)查工作進(jìn)行相關(guān)問題的探討。而所使用的調(diào)查方式，可以通過調(diào)查問卷的方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)查工作。而所調(diào)查的人數(shù)，主要以100人為主。而通過這種方式進(jìn)行分析的標(biāo)準(zhǔn)，則可以通過好、一般、差的方式進(jìn)行分析。通過相應(yīng)的調(diào)查和分析工作之后，需要對所進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果做好分析工作，所分析出來的調(diào)查結(jié)果，詳情見表1。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)的顯示，通過塑料模具虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用，對于學(xué)生的發(fā)展，有著極其重要的作用。其中主要體現(xiàn)在了以下幾個方面。首先，將塑料模具虛擬實驗室運用在實驗教學(xué)之中，能夠在一定程度上幫助學(xué)生促進(jìn)學(xué)習(xí)積極性的進(jìn)一步提升。并且由于學(xué)生們所進(jìn)行的實驗，都是通過獨立方式進(jìn)行實驗的，因此有利于促進(jìn)學(xué)生對于塑料模具相關(guān)知識理解能力的提升[10]。并且?guī)椭藢W(xué)生擺脫了傳統(tǒng)書本教育和普通多媒體演示的教學(xué)模式，真實再現(xiàn)了各種教學(xué)場景，對于學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的激發(fā)，也有著極大的促進(jìn)作用[11]。而且學(xué)生利用塑料模具虛擬實驗室進(jìn)行相關(guān)的實驗工作，有利于促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升，能夠有效地把

知識學(xué)習(xí)和能力形成結(jié)合在一起，提高學(xué)生的動手能力，也有利于幫助學(xué)生提升職業(yè)技能。

5.結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，我國塑料模具的實驗教學(xué)也有了一定程度的改善。在發(fā)展的過程中，逐漸將模具教學(xué)虛擬實驗室系統(tǒng)運用到了教學(xué)之中。通過模具教學(xué)虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用，不僅可以在一定程度上幫助學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中避免傳統(tǒng)實驗教學(xué)的缺點，同時還可以通過運用計算機進(jìn)行相關(guān)的實驗，促使學(xué)生實驗效率的進(jìn)一步提升，有利于促進(jìn)課程教學(xué)改革的發(fā)展，有利于幫助教師改變教學(xué)方式和教學(xué)手段，同時也能夠幫助學(xué)生促進(jìn)自身專業(yè)能力的提升，有利于推動相關(guān)實驗教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]許愛軍，張文金.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在職業(yè)教育中應(yīng)用的現(xiàn)狀、問題及對策[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2011，8（8）：44-47.

[2]蔣琴仙，施江瀾，戴仁俊.沖壓模具的結(jié)構(gòu)分析與拆裝網(wǎng)上虛擬實驗[J].實驗室研究與探索，2012，25（5），629-631.

[3]黃慕雄.高校教學(xué)型虛擬實驗室建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究，2014，5（9）：77-80.

[4]潘光永，趙悅，苗盈.模具專業(yè)第三代教學(xué)資源的開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，20（5）：110-111.

[5]陳曉琴.高職院校數(shù)字化教學(xué)資源體系的模型研究[J].職業(yè)技術(shù)教育，2011，12（14）：85-87.

[6]劉淳.交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的研究與實現(xiàn)[J].南京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2012，42（1）：29-37.

[7]吳緯緯，范建蓓.裝備認(rèn)知虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2012，19（9）：117-120.

[8]孫傳松.以科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)高校實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2015，24（9）：1-3.

[9]馬天揮基于PDM系統(tǒng)的注塑機虛擬設(shè)計平臺[J].輕工機械，2011，27（2）：l-3.

[10]高潁，鐘嘯，許志國，等.基于VR的航空發(fā)動機虛擬教學(xué)實驗系統(tǒng)設(shè)計[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2013，20（11）：2925-2930.

[11]李風(fēng)保，彭安盎，古天樣.基于Web的網(wǎng)嬉化虛擬教學(xué)實驗室[J].儀器儀表學(xué)報，2012，23（5）：460-463.