工業(yè)X射線探傷擬真教學(xué)體系構(gòu)建

劉軍華

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 211100）

0 引言

X射線探傷為利用X射線可穿透物質(zhì)且在物質(zhì)中衰減的特性，以發(fā)現(xiàn)物質(zhì)中缺陷的無損檢測方法［1］。X射線探傷可檢查金屬、非金屬材料及其制品的內(nèi)部缺陷，如焊縫中的氣孔、夾渣、裂紋及未焊透等體積性缺陷。

射線探傷可直觀呈現(xiàn)工件內(nèi)部缺陷大小和形狀，且射線底片可長期保存，成為無損檢測技術(shù)中首選的工藝方案。射線探傷技術(shù)作為產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量檢測的核心，承載著優(yōu)化工藝、降低成本及控制質(zhì)量的生產(chǎn)重任，廣泛應(yīng)用于諸多生產(chǎn)領(lǐng)域。

但X射線對生物細胞產(chǎn)生生物效應(yīng)，X射線照射機體后致使組織細胞和體液發(fā)生系列變化，從而引發(fā)以造血組織損傷為主的放射性損害，對人及生物構(gòu)成致命傷害。為有效防護X射線對人體及生物的傷害，X射線探傷技能訓(xùn)練必須匹配專業(yè)、規(guī)范的曝光場所。受安全、環(huán)保、經(jīng)濟、場地等諸多因素制約，致使X射線探傷技能實景訓(xùn)練出現(xiàn)瓶頸。此外，X射線底片質(zhì)量評定需要豐富經(jīng)驗，對師資、底片素材、培訓(xùn)周期等方面均提出了極高的要求。

實踐表明，生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)射線探傷人才的需求，重點呈現(xiàn)了X射線探傷機理及檢測工藝要素，并將探傷操作工藝以及底片質(zhì)量評定作為其檢測人員的核心技能。如射線探傷Ⅱ級職業(yè)資格，要求熟練的檢測操作及底片評定技術(shù)，人員資格證書的培訓(xùn)、考取也完全與此吻合。

目前，大多設(shè)有X射線探傷教學(xué)的院校、培訓(xùn)機構(gòu)，射線探傷技能尚無法實機隨意訓(xùn)練，底片評定多處于自主學(xué)習(xí)層面，致使相關(guān)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練無法與生產(chǎn)領(lǐng)域合理銜接。顯然，為有效解決X射線探傷損傷及底片評定技術(shù)瓶頸，亟須科學(xué)合理構(gòu)建其擬真教學(xué)體系，以突破X射線傷害人體瓶頸，實景呈現(xiàn)X射線檢測工藝及底片評定，有效服務(wù)于生產(chǎn)領(lǐng)域。

1 正確認知虛擬仿真教學(xué)體系

虛擬仿真技術(shù)為利用計算機創(chuàng)建和模擬現(xiàn)實活動的技術(shù)。虛擬仿真教學(xué)則為利用計算機組建系統(tǒng)平臺，創(chuàng)建各種虛擬現(xiàn)實模擬真實環(huán)境，然后根據(jù)真實環(huán)境理論和操作情景，在虛擬環(huán)境中操作、驗證、設(shè)計及運行等的教學(xué)方式［2］。虛擬仿真技術(shù)可通過多種媒體手段，實現(xiàn)教學(xué)活動的沉浸性和交互性。

X射線探傷涉及高危和極端環(huán)境，其擬真教學(xué)體系可為學(xué)習(xí)、訓(xùn)練提供可靠、安全及經(jīng)濟的實驗項目，構(gòu)建X射線探傷擬真教學(xué)體系，其核心宗旨是完成真實實驗難以實現(xiàn)的教學(xué)功能。此外，借助X射線探傷擬真教學(xué)體系，能充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的聽、視、觸等感官，接受并反饋知識信息，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)者的主觀能動性。

1.1 擬真教學(xué)體系構(gòu)建的基本原則

必須緊密結(jié)合工程實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)需求，充分體現(xiàn)虛實結(jié)合、相互補充，尤其是能實不虛的原則［3］，開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源，科學(xué)合理構(gòu)建射線探傷擬真教學(xué)體系。

1.1.1 嚴格遵循教育學(xué)和心理學(xué)客觀規(guī)律

虛擬仿真教學(xué)體系構(gòu)建，必須以知識點有效應(yīng)用到現(xiàn)實情景為主線設(shè)計學(xué)習(xí)行為，學(xué)習(xí)活動應(yīng)完全建立于現(xiàn)實應(yīng)用基礎(chǔ)之上。虛擬仿真教學(xué)體系構(gòu)建，必須以學(xué)習(xí)者為核心開展教學(xué)活動，重點強調(diào)學(xué)習(xí)者的主觀能動性［4］。

虛擬仿真教學(xué)應(yīng)呈現(xiàn)教與學(xué)、學(xué)與學(xué)間的互動，注重理論和實踐有機結(jié)合。

1.1.2 充分借鑒虛擬及仿真現(xiàn)實的技術(shù)特征

擺脫時間及空間束縛，將虛擬教育和現(xiàn)實教育有機融合，實現(xiàn)虛擬實驗室、虛擬現(xiàn)場及虛擬場景等，使學(xué)習(xí)者獲得身臨其境的感覺［5］。

通過仿真展現(xiàn)理論和實驗工藝流程，有效提升知識點認知，規(guī)避危險性實驗操作，突破X射線對人體損傷瓶頸，提升操作工藝技能。

1.2 擬真教學(xué)體系構(gòu)建及應(yīng)用瓶頸

隨科學(xué)技術(shù)的日新月異，虛擬仿真技術(shù)促進了教學(xué)理念、教學(xué)手段及學(xué)習(xí)方法等變革，成為教育發(fā)展的必然方向。需要注意的是，作為教學(xué)模式變革嘗試，擬真教學(xué)體系必然呈現(xiàn)出一定程度的應(yīng)用瓶頸。

1.2.1 虛擬仿真教學(xué)軟硬件要求較高

虛擬仿真教學(xué)需要匹配教學(xué)平臺，對硬件設(shè)施、軟件系統(tǒng)及教學(xué)主體提出了較高要求，致使建設(shè)初期成本較高［6］。

1.2.2 教學(xué)主體主導(dǎo)性弱化

虛擬仿真教學(xué)活動由系統(tǒng)引導(dǎo)，教學(xué)主體地位淡化，致使其積極主動性貧乏，甚至出現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程監(jiān)督管理不到位。

1.2.3 學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)目標(biāo)可能偏離

虛擬仿真教學(xué)大幅提升了學(xué)習(xí)的主動性及自主性，但必然呈現(xiàn)一定程度的隨意性，致使學(xué)習(xí)活動目的性不清晰，甚至導(dǎo)致理論和實踐教學(xué)目標(biāo)脫節(jié)。

2 X射線探傷擬真教學(xué)體系構(gòu)建舉措

智能制造理念及信息化時代背景下，制造業(yè)相關(guān)專業(yè)教育的生存與發(fā)展環(huán)境發(fā)生根本性變化。鑒于X射線對人體的嚴重傷害，開發(fā)虛擬仿真實驗教學(xué)資源，構(gòu)建擬真教學(xué)體系則成為X射線探傷實驗教學(xué)關(guān)鍵所在。

2.1 強化虛擬仿真教學(xué)資源的實效性

各維度應(yīng)高度重視虛擬仿真教學(xué)的推廣、應(yīng)用，科學(xué)合理制定策略以有效促進相關(guān)研究和課題開展。

教育、教學(xué)的核心宗旨是為生產(chǎn)領(lǐng)域服務(wù)，所以必須正確剖析崗位能力及素質(zhì)基本要素，以生產(chǎn)崗位技術(shù)要求開發(fā)教學(xué)項目，以生產(chǎn)領(lǐng)域工藝流程整合教學(xué)資源，針對職業(yè)要素構(gòu)建考評體系建設(shè)方案及優(yōu)化策略，進而形成完善的虛擬仿真教學(xué)體系。其中生產(chǎn)領(lǐng)域參與教學(xué)資源開發(fā)，與企業(yè)共享教學(xué)資源，無疑成為教學(xué)資源優(yōu)化、實效的助推劑。

教學(xué)資源的教育主體應(yīng)提升教學(xué)理念，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)手段和技巧，成為教學(xué)過程合格的監(jiān)督者、引導(dǎo)者和管理者。

2.2 X射線探傷擬真教學(xué)體系的構(gòu)建策略

X射線探傷擬真教學(xué)體系擬突破射線輻射瓶頸，實現(xiàn)射線探傷實景訓(xùn)練，依照行業(yè)標(biāo)準設(shè)計知識體系，建立科學(xué)合理的考核機制，開發(fā)程序搭建虛擬仿真教學(xué)體系有機載體。

（1）厘清工業(yè)射線探傷崗位能力及素質(zhì)基本要素，依托行業(yè)標(biāo)準配置專業(yè)知識體系。（2）根據(jù)行業(yè)資質(zhì)證書考核規(guī)范，構(gòu)建科學(xué)合理的考核體系。（3）依托工業(yè)射線探傷工藝流程，搭建虛擬仿真實驗體系有機載體。（4）結(jié)合實證結(jié)果，構(gòu)建虛擬仿真實驗體系持續(xù)優(yōu)化機制。

2.3 X射線探傷擬真教學(xué)體系設(shè)計

2.3.1 依托X射線探傷工藝流程構(gòu)建擬真教學(xué)體系

X射線探傷擬真教學(xué)體系的構(gòu)建，完全依照工藝流程實施，具體為知識體系、探傷機理、射線探傷操作（開機、訓(xùn)機、參數(shù)設(shè)置、曝光）、暗室工藝、底片評定等工藝流程。

2.3.2 依托崗位職業(yè)要素設(shè)計教學(xué)項目

工業(yè)X射線探傷擬真教學(xué)體系依托立體化教學(xué)資源，并根據(jù)圖1所示生產(chǎn)領(lǐng)域職業(yè)要素設(shè)計、開發(fā)教學(xué)項目。

圖1 X射線探傷職業(yè)要素

X射線探傷擬真教學(xué)體系教學(xué)項目，貫穿設(shè)備制造、設(shè)備管理維護、射線探傷工藝流程及產(chǎn)品質(zhì)量管理等諸環(huán)節(jié)，針對專業(yè)知識體系、職業(yè)技能、工程能力及綜合能力等維度，開發(fā)數(shù)字化、信息化、立體化教學(xué)資源，促進工業(yè)X射線探傷教學(xué)體系虛擬仿真技術(shù)變革如圖2所示。

圖2 X射線探傷擬真教學(xué)體系項目設(shè)計

圖3為依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范NB/T47013.2—2015開發(fā)的底片評定練習(xí)及校核軟件，有效促進了職業(yè)技能培訓(xùn)。

2.3.3 立體化教學(xué)資源設(shè)計開發(fā)

（1）X射線探傷實景訓(xùn)練教學(xué)資源。

依照典型實機1∶1比例開發(fā)X射線探傷仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)由X射線探傷仿真裝備（FZ3005）、胎架及仿真試件組成，圖4為仿真裝備實物照片。此外，設(shè)計開發(fā)X射線探傷虛擬操作系統(tǒng)，完善線上操作訓(xùn)練及考核。

X射線探傷仿真系統(tǒng)可有效克服射線輻射隱患，尤其是無任何廢氣、廢水、廢渣及化學(xué)品排放。

X射線探傷仿真裝備匹配與實機一致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作面板，動態(tài)調(diào)控操作面板功能按鈕，可配合X射線探傷仿真操作，完成操作技能實景訓(xùn)練。借助三軸可移動胎架及試件，射線探傷仿真系統(tǒng)還可模擬不同透照模式。

X射線探傷仿真系統(tǒng)，可實景呈現(xiàn)X射線探傷工藝流程，有效實施射線探傷操作技能訓(xùn)練及考評，與生產(chǎn)領(lǐng)域資質(zhì)證書培訓(xùn)及考核完全匹配。

（2）暗室工藝資源開發(fā)。

依照工藝流程開發(fā)的暗室工藝資源，利用互動界面能夠有效提升使用者操作技能。

總之，X射線探傷擬真教學(xué)資源開發(fā)，重點圍繞射線探傷工藝技能及質(zhì)量評定主線，與專業(yè)崗位職業(yè)技能要求完全匹配。

圖3 底片評定、校核軟件

圖4 FZ3005型X射線探傷仿真裝備

3 結(jié)語

為滿足智能制造理念下人才培養(yǎng)要求，借助虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化X射線虛擬仿真教學(xué)體系，通過虛擬現(xiàn)代信息化資源與仿真實景訓(xùn)練，實現(xiàn)與崗位技能有機對接，能夠大幅提升專業(yè)技能訓(xùn)練效果。