表面貼裝技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革研究

李嫄

關(guān)鍵詞 課程改革 降低損耗 虛擬仿真 表面貼裝技術(shù)

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.049

Abstract At present， the positioning of surface mounting technology has gradually evolved from general production technology such as connection and assembly to a key technology for realizing highly diversified electronic information equipment. Surface mounting process is an important part of the mounting process. The problems involved in the mounting process are complex and difficult. It requires repeated training to master the mounting process. But the mounter equipment is expensive and precise， and the existing equipment cannot meet the training of a large number of students. In addition， the original parts of the mounter in the training link are consumed a lot， and the training cost is too high. Virtual simulation software simulates the workflow of electronic component surface mounting equipment， simulates the process of circuit board mounting， realizes the logic of basic mounting equipment and corresponding process actions. It can be used in teaching and training to save a lot of teaching cost.

Keywords course reform; reduce wastage; virtual simulation; surface mounting technology

1 研究背景

隨著我國電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國表面貼裝技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展，表面貼裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備是自動貼片機(jī)，我國目前貼片機(jī)的保有量已經(jīng)位居世界前列。實(shí)訓(xùn)室作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力，實(shí)現(xiàn)知識技能轉(zhuǎn)化的平臺，對于職業(yè)院校、應(yīng)用型大學(xué)人才培養(yǎng)至關(guān)重要。但貼片機(jī)價格昂貴，學(xué)生直接進(jìn)行實(shí)物操作，往往因出錯率較高造成設(shè)備損壞，尤其是貼裝過程需要反復(fù)練習(xí)才能掌握，貼裝實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)貼片原件損耗量大。如果在實(shí)操之前應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行模擬訓(xùn)練，既可有效解決上述問題，提高實(shí)訓(xùn)效率、又可降低不必要的損耗。因此開發(fā)表面貼裝技術(shù)的虛擬仿真軟件用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)可以大量節(jié)約教學(xué)成本。虛擬仿真必將成為高校實(shí)訓(xùn)的主要發(fā)展方向。

2要求軟件實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 PCB板制作模塊

該模塊支持用戶自定義PCB板。通過載入對應(yīng)的貼裝電路圖片并輸入PCB板的參數(shù)（旋轉(zhuǎn)角度、外形尺寸），系統(tǒng)自動生成對應(yīng)的PCB板。

2.2貼片元件制作模塊

該模塊也同樣支持用戶自定義電子元件。實(shí)現(xiàn)通過參數(shù)自定義元件或從元件庫中取出元件（也可將自定義好的元件保存至元件庫中以供下一次調(diào)用）等功能。

（1）元件種類：方形芯片、圓筒形芯片、鋁電解容器、SOT、SOP、SOJ、QFP、PLCC（QFJ）、PQFP（BQFP）、TSOP、TSOP-2、BGA、網(wǎng)絡(luò)電阻、微調(diào)電容、連接器。

（2）新建元件;元件包裝方式：帶狀、管狀;帶狀參數(shù)：外形尺寸、吸取深度、帶寬、元件供應(yīng)角度、供料間距;管狀參數(shù)：外形尺寸、元件供應(yīng)角度、送料器等待時間;調(diào)校數(shù)據(jù)：本體X/Y、引腳寬帶/長度、對準(zhǔn)Z高度、誤差、偏移量X/Y/R、區(qū)域補(bǔ)償、示意圖。

2.3生產(chǎn)程序編輯模塊

該模塊主要供用戶自定議貼片程序的編輯，用戶在相關(guān)窗口，設(shè)置參數(shù)，完成指令程序的編輯。（1）制作基板數(shù)據(jù)：基本設(shè)置（基板ID、定位方式、基板配置、標(biāo)記識別、BOC類型、壞版標(biāo)記類、條形碼處理），尺寸設(shè)置（基板尺寸、定位孔位置、基板設(shè)計(jì)偏移量、第1～3號BOC標(biāo)記位及基板高度/厚度/背面高度;（2）制作貼片數(shù)據(jù)：列表（編號、元件ID、貼片位置X/Y、貼片角度、元件名稱、Head、標(biāo)記、忽略）;（3）制作元件數(shù)據(jù)：列表、表格（元件信息、包裝方式、定中心、附加信息、詳述、檢測）;（4）制作吸取數(shù)據(jù)：列表、表格（元件名稱、包裝、送料器類型、角度、供應(yīng)、位置、通道號、吸取坐標(biāo)、狀態(tài)）。

2.4 制作料盤

（1）物料配置（元件名稱、元件種類、包裝方式、定中心、外形尺寸、供料參數(shù)）;（2）匹配Feeder（料盤信息、匹配飛達(dá)）。

2.5 HOD操作

點(diǎn)擊HOD面板中的按鈕進(jìn)行操作，用攝像機(jī)作為示教工具（用于設(shè)置元件貼在PCB板上的帖裝位置，與吸取元件的位置）。

2.6 PCB監(jiān)視面板

可進(jìn)行監(jiān)視畫面鎖定、放大、縮小、上移、下移、左移、右移、進(jìn)板、出板、退出。

2.7 伺服模塊

伺服功能是本系統(tǒng)的核心模塊之一，它用于解析用戶預(yù)先編輯的生產(chǎn)程序，并結(jié)合用戶在其它模塊所設(shè)定的參數(shù)，完成對應(yīng)的貼裝流程，從而達(dá)到仿真效果。

2.8 工程的存取模塊

能夠?qū)⒂脩舻纳a(chǎn)文件以獨(dú)立的外部文件形式保存，以便下次打開工程時，可以繼續(xù)該項(xiàng)目的仿真應(yīng)用教學(xué)。

2.9 要求表面貼裝技術(shù)（SMT）

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的安裝、升級和維護(hù)的成本低廉。當(dāng)系統(tǒng)升級時，只需要升級客戶端的軟硬件環(huán)境就可以提升整個系統(tǒng)的效率以及視覺體驗(yàn)，客戶端無需做其他特殊設(shè)置。做到最大限度的方便用戶。

3 特色和創(chuàng)新

軟件的特色和創(chuàng)新之處在于允許用戶自定義編輯貼片程序，并按實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)仿真解析用戶自定義的貼片程序，最終完成貼片工序的仿真。學(xué)生可以在仿真練習(xí)中積累一線的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，掌握生產(chǎn)線上每個工作崗位的基本技能和要求，從而達(dá)到仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)。

4 建設(shè)指標(biāo)

表面貼裝技術(shù)（SMT）虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)圍繞著表面貼裝工藝貼片環(huán)節(jié)來豐富實(shí)現(xiàn)的教學(xué)仿真系統(tǒng)。它包含基板制作、元件制作、Feeder 制作、伺服系統(tǒng)、生產(chǎn)程序編輯系統(tǒng)等，這一系列的有機(jī)模塊組合成了這款軟件。同時這些模塊也從適用性、拓展性以及可維護(hù)性等方面考慮，從用戶的角度去合理設(shè)計(jì)，方便用戶的操作及學(xué)習(xí)使用。

實(shí)訓(xùn)軟件建設(shè)指標(biāo)是能完成虛擬仿真電子元件表面貼裝設(shè)備的工作流程，模擬對電路板貼裝工藝貼片環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)貼裝設(shè)備基礎(chǔ)貼裝的邏輯及對應(yīng)工序動作。軟件的特色在于允許用戶自定義編輯貼片程序，并按實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)仿真解析用戶自定義的貼片程序，最終完成貼片工序的仿真，達(dá)到仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)。

5 達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會經(jīng)濟(jì)效益

貼裝是整個表面貼裝工藝的重要組成部分，它所涉及到的問題較其它工序更復(fù)雜，難度更大，需要學(xué)員反復(fù)實(shí)訓(xùn)來掌握貼裝工藝。貼片機(jī)設(shè)備價格昂貴，設(shè)備精密，現(xiàn)有設(shè)備滿足不了批量學(xué)員的實(shí)訓(xùn)，加上實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)貼片原件損耗量大，因此開發(fā)表面貼裝技術(shù)的虛擬仿真軟件用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)不僅可以大量節(jié)約教學(xué)成本，同時同學(xué)們也可以掌握貼裝技術(shù)。

6 教學(xué)實(shí)施方案

（1）教學(xué)要求。利用企業(yè)的技術(shù)和資金優(yōu)勢，將企業(yè)訂單引入到教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)校企共建。校企聯(lián)合共同探索適合表面貼裝技術(shù)的教學(xué)方法，堅(jiān)持以學(xué)生為中心、邊學(xué)邊做的教學(xué)理念。尋找現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)仿真軟件教學(xué)與實(shí)體操作練習(xí)的完美結(jié)合;充分調(diào)研公司對應(yīng)崗位工作實(shí)際情況，實(shí)施契合企業(yè)所需的項(xiàng)目化教學(xué)，開展企業(yè)崗位能力內(nèi)容培訓(xùn)和業(yè)績考核。

（2）教學(xué)組織形式。要針對學(xué)生的基礎(chǔ)，確定理論內(nèi)容講解的深度，增加現(xiàn)場教學(xué)強(qiáng)度，改革教學(xué)方法，創(chuàng)新教學(xué)手段和教學(xué)模式。首先觀看實(shí)際表面貼裝的工藝視頻，從中發(fā)現(xiàn)問題，討論問題，解決問題。集中講授以任務(wù)驅(qū)動、頭腦風(fēng)暴等方法，突出培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力;利用仿真資源教學(xué)資源使教學(xué)手段實(shí)現(xiàn)多元化，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，多媒體教學(xué)，引入企業(yè)的遠(yuǎn)程資源。

7 教學(xué)實(shí)施建議

（1）以表面貼裝技術(shù)知識技能為導(dǎo)向，基于工作過程，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”有機(jī)融合。合理設(shè)置仿真環(huán)境布局，讓學(xué)生身臨其境體驗(yàn)實(shí)際的工作環(huán)境。改變傳統(tǒng)教學(xué)“重理論、輕實(shí)踐、缺實(shí)戰(zhàn)”的弊端，在虛擬仿真訓(xùn)練中積累操作經(jīng)驗(yàn)。

（2）建設(shè)課程配套的教學(xué)資源，將概念、原理、問題和解決方法等知識點(diǎn)、技能點(diǎn)進(jìn)行可視化處理，使抽象的概念 學(xué)習(xí)、操作技能變得容易理解并能夠快速掌握。為了提高教學(xué)效率，教師錄制操作視頻直接上傳到教室的電腦，學(xué)生隨時可以進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)，實(shí)操過程中隨時查閱對照，加深認(rèn)識。

（3）建設(shè)基于智能手機(jī)、平板電腦等數(shù)字化應(yīng)用的新型學(xué)習(xí)平臺。學(xué)生可以通過移動學(xué)習(xí)平臺下載資源，也可以通過掃一掃實(shí)訓(xùn)室內(nèi)設(shè)備、元件學(xué)習(xí)器件及掛圖中帶有二維碼的知識點(diǎn)，選擇相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容下載到自己的手機(jī)上，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)（不需要流量）。通過考試系統(tǒng)還能隨時檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)的效果，極大的方便學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（4）根據(jù)學(xué)校實(shí)際的教學(xué)情況，可以考慮建設(shè)校企合作的實(shí)習(xí)模式?？梢越栌闷髽I(yè)的設(shè)備;如果學(xué)校資金允許，也可以由學(xué)校投入場地和設(shè)備。引入企業(yè)的技術(shù)，讓學(xué)生來完成企業(yè)的訂單。這樣邊學(xué)習(xí)邊生產(chǎn)，不僅可以提高學(xué)生實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，還可以為學(xué)校節(jié)約實(shí)訓(xùn)耗材和培養(yǎng)經(jīng)費(fèi)。當(dāng)然，企業(yè)的目的是生產(chǎn)盈利，以企業(yè)生成為主導(dǎo)，必將會影響教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)進(jìn)度。所以要綜合企業(yè)和學(xué)校的情況，實(shí)時修改教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)進(jìn)度。

8 結(jié)束語

2016年我院成功申報(bào)《機(jī)電一體化技術(shù)》高職教育品牌專業(yè)建設(shè);2016年創(chuàng)建現(xiàn)代職業(yè)教育綜合改革試點(diǎn)省爭先創(chuàng)優(yōu)專項(xiàng)資金（高職教育部分）項(xiàng)目。機(jī)械工程系在積極完成項(xiàng)目及課程建設(shè)的過程中積累了眾多的研究實(shí)踐基礎(chǔ)，也出臺了扶持與配套政策，為本課程改革的研究與實(shí)踐提供了良好的契機(jī)。

通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程改革，實(shí)訓(xùn)過程可以大量節(jié)約教學(xué)成本，學(xué)生能夠掌握到一線實(shí)習(xí)操作經(jīng)驗(yàn)，掌握生產(chǎn)線上每個工作崗位的基本技能和要求。在以后的教學(xué)研究中，需要進(jìn)一步明確表面貼裝技術(shù)生產(chǎn)線上各崗位職責(zé)，要求學(xué)生不但會操作還要會管理。進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的工程意識。

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