?三維數(shù)字模型在機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用實(shí)踐

高海云

摘? 要 闡述傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的不足，論述三維數(shù)字模型的作用，分析三維數(shù)字模型的應(yīng)用實(shí)踐，為促進(jìn)機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)向信息化、數(shù)字化方向發(fā)展提供解決方案。

關(guān)鍵詞 三維數(shù)字模型;機(jī)械裝備;質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn);仿真實(shí)訓(xùn)

1 引言

隨著機(jī)械裝備生產(chǎn)制造向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，其技術(shù)含量和質(zhì)量要求越來越高，迫切需要培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造、現(xiàn)代信息科技發(fā)展和具有空間思維能力、形體構(gòu)型能力以及創(chuàng)新能力的高素質(zhì)質(zhì)檢人才隊(duì)伍。目前，機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)的相關(guān)內(nèi)容因?qū)I(yè)性強(qiáng)、培訓(xùn)手段傳統(tǒng)、教學(xué)方法單一，對于復(fù)雜的裝備結(jié)構(gòu)又缺乏直觀有效的表達(dá)與演示方式，難以滿足質(zhì)檢技術(shù)崗位人才培養(yǎng)的需要。隨著計(jì)算機(jī)三維建模仿真技術(shù)的發(fā)展及其在教學(xué)培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用，有效利用三維數(shù)字模型所具有的互動性強(qiáng)、種類豐富、操作性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以從根本上解決當(dāng)前機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)模式存在的弊端，為提高培訓(xùn)質(zhì)量，促進(jìn)機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)向信息化、數(shù)字化方向發(fā)展提供了很好的解決方案。

2 傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的不足

在機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)過程中，傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式主要是通過專家進(jìn)行理論授課和講解示范，并在真實(shí)的環(huán)境下開展實(shí)操技能訓(xùn)練。由于受到培訓(xùn)條件限制，教學(xué)方法單一，傳統(tǒng)培訓(xùn)模式存在諸多弊端，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是組織難? 機(jī)械裝備種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求各異，傳統(tǒng)質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)中需要準(zhǔn)備大量的模型、掛圖、幻燈等設(shè)備;操作所需實(shí)物樣機(jī)體積大，調(diào)運(yùn)困難，受時(shí)間、空間、人力、物力及財(cái)力等諸多因素制約，培訓(xùn)組織工作量大，準(zhǔn)備時(shí)間長，實(shí)際操作比較困難。

二是效果差? 傳統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)模式往往以理論教學(xué)為主，參觀見習(xí)為輔，實(shí)際操作更少，大多數(shù)情況下都是講講理論、看看外觀，對產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一知半解，更無法觀察和了解機(jī)械內(nèi)部零部件的裝配關(guān)系和運(yùn)動狀態(tài);實(shí)訓(xùn)時(shí)可供操作的樣機(jī)數(shù)量不足，場地受限，難以滿足全體質(zhì)檢人員獨(dú)立實(shí)訓(xùn)的需要，能掌握的知識和操作技能明顯低于預(yù)期。這種被動學(xué)習(xí)模式，學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動，不利于培養(yǎng)質(zhì)檢人員獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，質(zhì)檢人員的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力得不到提高。

三是成本高? 除培訓(xùn)準(zhǔn)備階段需要耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力外，在實(shí)訓(xùn)過程中需要電力、燃油、燃?xì)獾饶茉吹谋Ｕ?，?fù)載作業(yè)性能演示也需要消耗一定的原輔加工材料。在實(shí)際操作過程中如果操作不當(dāng)，還會對裝備造成一定損傷，增加維修、更換成本。

四是風(fēng)險(xiǎn)大? 由于大部分機(jī)械裝備需要通過不同方式方法傳遞載荷，運(yùn)動部件較多，作業(yè)過程又涉及電、氣等使用安全，如果現(xiàn)場沒有良好的安全機(jī)制保障，就有可能造成人身傷害，存在一定人身安全風(fēng)險(xiǎn)。加之質(zhì)檢人員在實(shí)訓(xùn)過程中不能大膽放開進(jìn)行操作，不利于提高操作水平，影響實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

五是考核“虛”? 培訓(xùn)考核方式單一，仍然以理論考試成績?yōu)橹?，缺乏科學(xué)、公正、規(guī)范的培訓(xùn)效果評價(jià)體系。有的學(xué)員平時(shí)不好好學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，靠考前突擊仍能過關(guān)，考核成績不能客觀真實(shí)反映學(xué)員的實(shí)際學(xué)習(xí)水平和業(yè)務(wù)工作能力。

3 三維數(shù)字模型的作用

三維數(shù)字模型在機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用，是通過技術(shù)手段對傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的改革和創(chuàng)新，對提高培訓(xùn)效率、提升培訓(xùn)質(zhì)量、增強(qiáng)質(zhì)檢人員實(shí)踐能力等都具有十分重要的作用，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

三維數(shù)字模型是提高培訓(xùn)效率的技術(shù)手段? 在培訓(xùn)教學(xué)中，充分利用三維模型的直觀性進(jìn)行演示分析，使大家能夠看到立體化的三維模型，不但可以展示設(shè)備的外觀結(jié)構(gòu)，還能對設(shè)備進(jìn)行虛擬分解，方便、直觀地了解設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成及各部件的安裝位置與相互關(guān)系，使抽象化的培訓(xùn)資料具體化、具體化的培訓(xùn)資料形象化，通過技術(shù)手段彌補(bǔ)傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的不足，既能達(dá)到學(xué)習(xí)培訓(xùn)的目的，又不消耗任何物理資源，一舉兩得。

三維數(shù)字模型是提升培訓(xùn)質(zhì)量的輔助工具? 利用建好的三維數(shù)字模型，以任意方向和任意角度對零件圖形進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)觀察，將生產(chǎn)、裝配質(zhì)量控制要求及關(guān)鍵控制點(diǎn)通過不同的實(shí)際案例直觀地呈現(xiàn)給質(zhì)檢人員;同時(shí)利用動態(tài)剖切、模擬裝配及仿真動畫等功能，使圖形更加生動逼真，更能幫助培養(yǎng)質(zhì)檢人員的空間思維能力，激發(fā)質(zhì)檢人員的學(xué)習(xí)興趣，提升培訓(xùn)質(zhì)量。

三維數(shù)字模型是增強(qiáng)實(shí)踐能力的實(shí)現(xiàn)方式? 質(zhì)檢專業(yè)培訓(xùn)實(shí)踐性要求非常高，三維數(shù)字模型可以改善培訓(xùn)教學(xué)結(jié)構(gòu)，豐富教學(xué)手段，增加質(zhì)檢人員觀察、實(shí)踐和參與的機(jī)會，有助于增強(qiáng)質(zhì)檢人員的創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力。對于部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目仍然缺乏真實(shí)實(shí)訓(xùn)載體和實(shí)訓(xùn)設(shè)施的現(xiàn)實(shí)情況，仿真實(shí)訓(xùn)是唯一的實(shí)現(xiàn)方式。

4 三維數(shù)字模型的應(yīng)用實(shí)踐

使培訓(xùn)資源利用更加充分? 建立起來的機(jī)械裝備零件庫、裝配體庫和標(biāo)準(zhǔn)件庫，在滿足專業(yè)培訓(xùn)的同時(shí)，還被運(yùn)用到機(jī)械圖紙識讀運(yùn)用、裝備質(zhì)量檢查驗(yàn)收和裝備技術(shù)改進(jìn)升級中，只需根據(jù)不同需要靈活調(diào)用即可，充分滿足專業(yè)培訓(xùn)、質(zhì)檢實(shí)踐和裝備科研對模型種類及數(shù)量的需要，使有限資源得到最大限度的利用，發(fā)揮了最大作用。

使培訓(xùn)活動更加生動? 在需要講解裝備零件和裝配體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)裝配質(zhì)量要求時(shí)，雖然可以借助真實(shí)物理樣機(jī)，但拆卸和解剖不便且操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力;而采用模型庫中的虛擬數(shù)字模型，通過局部放大、平移和翻轉(zhuǎn)等演示，能夠觀察到零件復(fù)雜形體的外形與內(nèi)腔各個(gè)部位的細(xì)節(jié)特征，直觀地顯現(xiàn)整個(gè)零件的結(jié)構(gòu)和在裝配體中零件之間的連接關(guān)系，使教學(xué)的知識點(diǎn)更加清晰、生動、形象（見圖1）。

使培訓(xùn)過程更加直觀? 在培訓(xùn)時(shí)利用虛擬裝配技術(shù)來講解設(shè)備的裝配流程和質(zhì)量控制要點(diǎn)，通過三維裝配體模型爆炸視圖的生成和解除模擬動畫（見圖2），將三維模型按照正確的順序進(jìn)行安裝和拆卸，講解設(shè)備的裝配過程和工藝質(zhì)量要求，使質(zhì)檢人員更加直觀、逼真、立體地了解零部件的裝配關(guān)系、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助質(zhì)檢人員更好地理解裝備的質(zhì)量特性，為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作實(shí)踐提供了直觀的感性認(rèn)識。

使培訓(xùn)教學(xué)更加形象? 在機(jī)械裝備質(zhì)檢專業(yè)培訓(xùn)中，講解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)時(shí)要求質(zhì)檢人員具有很強(qiáng)的空間想象能力，而質(zhì)檢人員由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)際培訓(xùn)學(xué)習(xí)效果不佳。利用三維數(shù)字模型，通過定義馬達(dá)等運(yùn)動算例，實(shí)現(xiàn)裝配體中零件的仿真運(yùn)動，使不易觀察的機(jī)構(gòu)運(yùn)動通過虛擬仿真運(yùn)動的形式真實(shí)地展現(xiàn)在質(zhì)檢人員眼前，使質(zhì)檢人員清楚地了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)、工作原理、生產(chǎn)與裝配質(zhì)量要求，在虛擬環(huán)境下觀察裝備在實(shí)際工作條件下的質(zhì)量變化情況，檢驗(yàn)裝備的各項(xiàng)性能指標(biāo)（見圖3）。

使培訓(xùn)考核更加公正? 三維數(shù)字模型的應(yīng)用，使得培訓(xùn)過程被分解為若干個(gè)工作情景和工作任務(wù)，從而把以往以理論考試成績占主導(dǎo)地位的成績評定方法，轉(zhuǎn)變?yōu)閷γ總€(gè)工作情景和工作任務(wù)完成步驟、動作、過程和結(jié)果情況給出科學(xué)公正的評判，避免了靠考前突擊過關(guān)的弊端，更加公正地評價(jià)了質(zhì)檢人員對于知識的全面理解和掌握程度，更加客觀地反映了質(zhì)檢人員的學(xué)習(xí)態(tài)度和綜合能力。

5 結(jié)束語

從三維數(shù)字模型在機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)過程中的應(yīng)用實(shí)踐情況來看，在培訓(xùn)過程中對所講授知識點(diǎn)適時(shí)地進(jìn)行立體展示和模擬仿真，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)培訓(xùn)方法和模式的不足，具有較大的新穎性，加深了質(zhì)檢人員對培訓(xùn)內(nèi)容和要點(diǎn)的理解，激發(fā)了質(zhì)檢人員的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，鍛煉了質(zhì)檢人員將理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的能力，提高了質(zhì)檢人員的空間思維能力、形體構(gòu)型能力以及創(chuàng)新能力，提升了質(zhì)檢人員的實(shí)踐操作技能和業(yè)務(wù)水平，有效提高了培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率。

三維數(shù)字模型的應(yīng)用是機(jī)械裝備質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、虛擬化的基礎(chǔ)，將是未來專業(yè)培訓(xùn)模式改革發(fā)展的必然趨勢。后續(xù)可以在創(chuàng)建機(jī)械裝備三維數(shù)字模型與動畫的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)基于數(shù)字仿真技術(shù)的機(jī)械裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)在線教學(xué)課程資源，以符合“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代對網(wǎng)絡(luò)在線培訓(xùn)的要求，滿足質(zhì)檢人員碎片化學(xué)習(xí)的需要;研究搭建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)M仿真實(shí)訓(xùn)平臺，使質(zhì)檢技術(shù)培訓(xùn)可在虛擬環(huán)境條件下進(jìn)行，培訓(xùn)的組織與實(shí)施將不受時(shí)間和空間條件制約，分布式培訓(xùn)仿真系統(tǒng)甚至可以使不同地點(diǎn)的質(zhì)檢人員共同參與培訓(xùn)，將使培訓(xùn)的組織更加簡便、高效。

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