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1影響數(shù)控加工水平的因素
1.1編制程序缺乏規(guī)范性
數(shù)控機(jī)床加工的主要步驟是對(duì)程序的編制,程序的規(guī)范性不但影響到機(jī)械加工的效率和質(zhì)量,還可能造成機(jī)械事故的發(fā)生,在目前的企業(yè)數(shù)控加工中,可能由于工作人員對(duì)指令的熟悉度問題,對(duì)代碼的掌握程度問題和對(duì)機(jī)床的熟悉情況問題,導(dǎo)致工作人員缺乏編制程序的規(guī)范性,難以符合數(shù)控機(jī)床的使用功能,同時(shí)難以達(dá)到編程的技術(shù)要求,從而會(huì)影響到數(shù)控機(jī)床的加工效率,進(jìn)而會(huì)影響到數(shù)控加工水平的提升。
1.2數(shù)控機(jī)床的不合理應(yīng)用
在我國目前的數(shù)控加工中,由于數(shù)控機(jī)床的長期使用或者不正當(dāng)操作,會(huì)影響數(shù)控機(jī)床的加工精度,在數(shù)控機(jī)床的使用過程中,由于缺乏合理的數(shù)控機(jī)床維護(hù)方案,缺乏有效的維護(hù),導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床精度會(huì)受到影響。同時(shí)數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行加工時(shí),長期加工方案不當(dāng)會(huì)影響機(jī)床的使用壽命,種種原因,會(huì)導(dǎo)致數(shù)控加工水平難以提高。
1.3不合理的換刀方案
在利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大規(guī)模的機(jī)械加工時(shí),選擇合理的換刀方案是保證加工質(zhì)量的有提高數(shù)控加工技術(shù)水平的有效方法文/劉鋒提升數(shù)控加工水平可以有效的提升機(jī)械加工效率,同時(shí)可以有效的提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。本文主要對(duì)影響數(shù)控加工水平的因素和提高數(shù)控加工水平的措施進(jìn)行介紹,以期我國企業(yè)能夠合理的提升機(jī)械加工水平,促進(jìn)企業(yè)持續(xù)的發(fā)展。摘要效方法。但是在目前的數(shù)控機(jī)械加工中,由于換刀的路徑不合理,導(dǎo)致增加了數(shù)控機(jī)床的換刀時(shí)間,從而影響了數(shù)控機(jī)床的加工效率,另外,對(duì)刀具的選擇不合理也影響到機(jī)械加工的質(zhì)量,例如可能由于工作人員對(duì)刀具的選擇缺乏較為理想的掌握,在進(jìn)行數(shù)控機(jī)械加工時(shí),選擇錯(cuò)誤的刀具,會(huì)影響加工的質(zhì)量,甚至?xí)p壞數(shù)控機(jī)床。
2提高數(shù)控加工水平的措施
2.1加強(qiáng)刀具的應(yīng)用合理性
在運(yùn)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),往往是進(jìn)行大批量的生產(chǎn),刀具的選擇不合理,難以保證數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量,進(jìn)而會(huì)影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此,在數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),需要選擇合理的切削刀具,才可以保證加工的精確性和數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性。目前,國內(nèi)數(shù)控機(jī)床加工全部向著高效率、高硬度和高功率方向發(fā)展,對(duì)數(shù)控機(jī)床提出的要求越來越高,需要數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行加工時(shí),必須具有較高的效率和較低的損傷。因此,在數(shù)控機(jī)床刀具的選擇中,要盡可能的使用進(jìn)口合金刀具,因?yàn)楹辖鸬毒呔哂休^高的強(qiáng)度,可以較好的滿足數(shù)控機(jī)床的加工要求。另外,在機(jī)械數(shù)控技術(shù)的加工中,并不是全部的加工方式都選用球頭型刀具,選擇合理的加工刀具不但可以提高機(jī)械加工的效率,還可以保證機(jī)械加工的質(zhì)量。例如在選擇球頭型刀具進(jìn)行曲面加工時(shí),由于球頭型刀具的頂端缺乏有效的切削力和切削速度,就需要對(duì)程序進(jìn)行較為精確的編制,需要縮短刀具的間距,在一定程度上增加了加工時(shí)間,因此在進(jìn)行加工刀具選擇時(shí),需要根據(jù)刀具的特性結(jié)合產(chǎn)品的特性來進(jìn)行選擇,只有選擇符合條件的加工刀具,才可以有效的保證加工質(zhì)量,進(jìn)而可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
2.2加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床管理
數(shù)控機(jī)床是傳統(tǒng)機(jī)床的技術(shù)創(chuàng)新,雖然數(shù)控機(jī)床是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上改造的,但是對(duì)數(shù)控機(jī)床的管理方法要與傳統(tǒng)的機(jī)床管理方案區(qū)別開,否則可能會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生一定程度的損壞。在數(shù)控機(jī)床的管理中,要運(yùn)用科學(xué)的管理手段才可以保證數(shù)控機(jī)床的使用壽命,對(duì)數(shù)控機(jī)床的科學(xué)管理方法一般是采用集中管理方式,對(duì)于部分實(shí)力雄厚的企業(yè),可以采取計(jì)算機(jī)集中的方式對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行管理,計(jì)算機(jī)集中管理是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)加工信息進(jìn)行整合并且經(jīng)過信息共享處理,可以使員工在網(wǎng)上進(jìn)行技術(shù)交流,從而可以有效的減少生產(chǎn)前的準(zhǔn)備措施,可以在一定程度上提高企業(yè)的生產(chǎn)效率,將數(shù)控加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效結(jié)合,可以利用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)技能的培訓(xùn)和技術(shù)的交流,可以開拓員工的視野,可以使員工掌握更為先進(jìn)的加工手段,進(jìn)而可以縮短企業(yè)的生產(chǎn)時(shí)間,提高企業(yè)的生產(chǎn)效益,是提高機(jī)械數(shù)控加工水平的主要手段之一。
2.3加強(qiáng)人才培養(yǎng)
在數(shù)控機(jī)床的加工中,人為操作是起著主體作用的,具有不同數(shù)控素質(zhì)的人才具有不同的數(shù)控加工水平。就編程而言,具備較高數(shù)控專業(yè)素質(zhì)的人才可以提高編程的質(zhì)量,減少加工的時(shí)間,進(jìn)而會(huì)提高數(shù)控機(jī)床的加工水平,同時(shí)合理的編程可以實(shí)現(xiàn)最佳的加工路線,可以保證數(shù)控機(jī)床的使用壽命,也可以保證加工質(zhì)量的精確性。因此,企業(yè)應(yīng)該制定合理的計(jì)劃,加強(qiáng)對(duì)人才的培養(yǎng),對(duì)技術(shù)人才要嚴(yán)格把關(guān),同時(shí)要不斷的對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn),在企業(yè)的培養(yǎng)人才計(jì)劃中,可以專門設(shè)立一個(gè)技術(shù)培訓(xùn)機(jī)構(gòu),使員工可以在休息時(shí)間進(jìn)行技術(shù)的培訓(xùn),同時(shí)可以在車間設(shè)立專業(yè)的培訓(xùn)人員,使員工在數(shù)控機(jī)械加工的過程中,可以得到技術(shù)的指導(dǎo),最為重要的是可以在網(wǎng)上設(shè)立交流平臺(tái),要在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中不斷的引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和編程經(jīng)驗(yàn),通過種種手段,可以使員工不斷的提升專業(yè)素養(yǎng),進(jìn)而可以不斷的提高數(shù)控加工水平,為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);技能培訓(xùn);虛擬培訓(xùn);模式
中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)31-
Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology
GAO Ben-cai, LIU Guang-ran
(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)
Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.
Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic
在當(dāng)今中國,技工教育受到全社會(huì)的高度重視,知識(shí)、技能和創(chuàng)造得到了充分的尊重和發(fā)揮,一個(gè)有利于技工教育發(fā)展的良好氛圍正在形成。
隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快,21世紀(jì)的中國已經(jīng)成為全世界的制造中心,我國要想扮演好這個(gè)世界制造中心的角色,一大批高素質(zhì)技術(shù)工人必不可少?,F(xiàn)代產(chǎn)品的更新?lián)Q代的周期已經(jīng)完全的顛覆了一些人所能夠承受時(shí)間概念高科技產(chǎn)品更是源源不斷的推陳出新。傳統(tǒng)的技工培訓(xùn)模式已經(jīng)不能挑起這么艱巨的任務(wù),亟待開發(fā)新的培訓(xùn)模式。
諸多難題阻礙著現(xiàn)代技工教育的發(fā)展,至今技工學(xué)校還沒有走出一條適合中國國情的發(fā)展道路。我想基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬培訓(xùn)或許可以解決難題實(shí)現(xiàn)破冰,推動(dòng)技工教育的良好的發(fā)展。
1 虛擬現(xiàn)實(shí)概念及特征
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,簡稱VR)是1989年美國的J.Lanier(后來曾是專做VR產(chǎn)品的VPL公司董事長)提出的,國內(nèi)也有人譯為“靈境”,國外與虛擬現(xiàn)實(shí)同類的術(shù)語,還有虛擬環(huán)境、人工現(xiàn)實(shí)及電腦空間等。
虛擬現(xiàn)實(shí)有三個(gè)突出的特征:沉浸性、交互性、構(gòu)想性。
2 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬培訓(xùn)
桌面虛擬現(xiàn)實(shí)(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)別的工作站上進(jìn)行環(huán)境仿真,依靠計(jì)算機(jī)的屏幕提供給用戶一個(gè)虛擬的平臺(tái),運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬世界場景之間的交互。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成極為逼真的環(huán)境,通過生動(dòng)的視覺、聽覺、觸覺等效果以及隨參與者的動(dòng)作而變化的場景使人獲得身臨其境的感覺。現(xiàn)階段由于完全的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)價(jià)格昂貴目前只用于科學(xué)研究,其中基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)(簡稱虛擬培訓(xùn))采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(也稱桌面虛擬現(xiàn)實(shí))改變了原有的培訓(xùn)方式,為用戶提供一個(gè)直觀、友好的圖形化培訓(xùn)環(huán)境,適應(yīng)社會(huì)需求。使得用戶在計(jì)算機(jī)提供的逼真的三維虛擬環(huán)境中熟練掌握某一裝置或某一系統(tǒng)的操作使用方法。大大減少了技工培訓(xùn)中的各種資源的消耗提高了培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率,有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)于危險(xiǎn)作業(yè)或不具備試驗(yàn)條件的高級(jí)培訓(xùn)。
3 職業(yè)技能培訓(xùn)
職業(yè)技能培訓(xùn)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)增長的不竭動(dòng)力。著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家舒爾茨在考察經(jīng)濟(jì)增長的主要原因時(shí)指出:對(duì)人力資本的投資是最重要的生產(chǎn)性投資,也是經(jīng)濟(jì)增長不竭的動(dòng)力。根據(jù)人力資本理論,人力資本比物質(zhì)、貨幣等資本要素具有更大的增值空間,因?yàn)樽鳛椤盎钯Y本”的人力資本,具有創(chuàng)新性、創(chuàng)造性,具有有效配置資源、調(diào)整企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等市場應(yīng)變能力。因此,職業(yè)技能培訓(xùn)是人力資本投資的一個(gè)組成部分,而且職業(yè)技能培訓(xùn)是實(shí)現(xiàn)終身教育,建設(shè)學(xué)習(xí)型組織的主要教育形式,其良性發(fā)展能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)、技能型人才的需要,必然對(duì)GDP增長帶來更高的貢獻(xiàn)率。
4 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程模式探究與設(shè)計(jì)實(shí)例
虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行教育培訓(xùn)的虛擬環(huán)境,它可以是某一現(xiàn)實(shí)世界培訓(xùn)基地或設(shè)施的真實(shí)再現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的世界。受訓(xùn)人員通過與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互獲得經(jīng)驗(yàn)達(dá)到學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的目的。
4.1 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)模式
在中國知網(wǎng)上以虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式為檢索詞分別以題名和全文項(xiàng)進(jìn)行精確查找,查找結(jié)果都是沒有相關(guān)的文獻(xiàn)資料,通過閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)論文資料后也沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式的有關(guān)論述。通過閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn),比較各種虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程,結(jié)合本人實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納出虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)模式。如圖1所示。
虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程大致分為四個(gè)階段:首先,對(duì)將要開發(fā)的課程進(jìn)行系統(tǒng)分析,其中包括對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析判斷虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是不是內(nèi)容表現(xiàn)的最佳選擇。如果可行就要繼續(xù)將學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行必要的分解分成若干的模塊和單元,這樣有利于將復(fù)雜的任務(wù)簡單化使整個(gè)任務(wù)比較容易的得以實(shí)現(xiàn);另外要對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分析即通過培訓(xùn)要求學(xué)習(xí)者掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的總和并為接下來的教學(xué)策略的選擇提供支持,在這項(xiàng)工作中還需要明確學(xué)習(xí)者要掌握預(yù)期的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)需要學(xué)習(xí)的各種理論知識(shí)、動(dòng)作要領(lǐng)、技能流程以及必須完成的操作練習(xí)。其次,同時(shí)進(jìn)行3D圖像建模與交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)兩個(gè)階段的工作。這兩個(gè)階段也是系統(tǒng)開發(fā)的兩條主線,在3D圖像建模階段依據(jù)前期的素材的準(zhǔn)備運(yùn)用3D建模工具開發(fā)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。這個(gè)階段是整個(gè)開發(fā)過程中工作量最繁重的一個(gè)階段,需要開發(fā)人員熟練掌握3D建模工具,通過反復(fù)細(xì)致的設(shè)計(jì)修改才能開發(fā)出逼真的虛擬環(huán)境。要根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征(不同群體適應(yīng)不同的交互方式)依據(jù)相關(guān)的交互理論運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕换スぞ呖茖W(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段要特別的引起重視,因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)習(xí)任務(wù)的完成都有賴于系統(tǒng)的交互功能,交互設(shè)計(jì)的好壞與最終的學(xué)習(xí)效果有著直接的聯(lián)系。最后,是系統(tǒng)的合成與調(diào)試,這一階段能夠保證系統(tǒng)順利的得以實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用在教學(xué)中。在該階段中包括了將必要的教學(xué)策略、理論知識(shí)以及一些必要的文字說明嵌入到系統(tǒng)中使它真正成為一個(gè)用于教學(xué)的工具。在調(diào)試是比較繁雜的工作,需要我們有足夠的耐心和精益求精的精神通過不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題使系統(tǒng)不斷的得到完善保證系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。
4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例
4.2.1 案例簡介
數(shù)控機(jī)床是技工培訓(xùn)中的重要課程,由于數(shù)控技術(shù)較為復(fù)雜所以學(xué)習(xí)難度比較大,學(xué)員往往要用很長的時(shí)間來了解數(shù)控機(jī)床的工作原理之后才能夠進(jìn)入現(xiàn)場實(shí)際操練或是根本找不到相應(yīng)的設(shè)備操練。我們設(shè)想開發(fā)這樣一個(gè)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)使學(xué)員能夠利用電腦實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合,通過使用這么一個(gè)系統(tǒng)學(xué)員能夠掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論知識(shí)、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理、基本的操作練習(xí)。讓學(xué)員在進(jìn)入實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場之前形成必要的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)備,增強(qiáng)訓(xùn)練的針對(duì)性提高培訓(xùn)效率。
4.2.2 設(shè)計(jì)構(gòu)想
該虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)首先呈現(xiàn)出的是數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和數(shù)控機(jī)床的工作原理,此處用帶有碰撞的行走動(dòng)畫來表現(xiàn)。圍繞數(shù)控機(jī)床的工作程序來設(shè)計(jì)活動(dòng)和交互,在給出零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后學(xué)員被要求編制出零件加工的數(shù)控程序單。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件,學(xué)員可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程(APT)或CAD/CAM設(shè)計(jì);編好的數(shù)控程序?qū)W員會(huì)被要求輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體上,用動(dòng)畫形式抽象表現(xiàn)數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序,經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理,輸出各種控制信息和指令給驅(qū)動(dòng)裝置,經(jīng)功率放大后按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件,以加工出符合圖樣要求的零件;再用動(dòng)畫顯示位置檢測裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測出來,經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置之后,數(shù)控裝置將反饋回來的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較,控制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng);學(xué)員在呈現(xiàn)的輔助控制操縱界面中按下按鈕后隨之會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化比如刀具的轉(zhuǎn)換、指令交換工件和機(jī)床部件的松開、夾緊等動(dòng)作。在以上幾個(gè)步驟中適時(shí)現(xiàn)實(shí)必要的文字補(bǔ)充材料以便于學(xué)員理解。
4.2.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)的開發(fā)工作主要集中在虛擬場景建模、虛擬動(dòng)畫的制作以及交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)三個(gè)環(huán)節(jié)。
在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常強(qiáng)大的完全能夠滿足桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的建模需求。在虛擬動(dòng)畫的制作方面,可以用普通的動(dòng)畫制作軟件如flash等。但是這樣就存在一個(gè)不同格式文件相融合的問題,如果直接用3DSMAX制作的話相對(duì)來說會(huì)比較容易。在交互方面,較為簡單的交互可以將MAX格式轉(zhuǎn)換成VRML格式通過VRML內(nèi)部的交互傳感器來實(shí)現(xiàn)。在一些較為復(fù)雜的交互實(shí)現(xiàn)上編程語言更具優(yōu)勢,但是難度也是很大的。有很多交互我們根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)要進(jìn)行設(shè)計(jì)的但是實(shí)現(xiàn)起來難度很大,我們就要靈活掌握通過對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)的交互功能進(jìn)行有限的組合達(dá)到預(yù)期的效果。在交互的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中還要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問題就是有效的教學(xué)設(shè)計(jì)的使用。
5 結(jié)束語
全文主要探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于技工技能培訓(xùn)的新模式,介紹了虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程,至于具體的應(yīng)用于技工教育的虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)(軟件)的設(shè)計(jì)和開發(fā)我們正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
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一、課程設(shè)置的基本思路
1.根據(jù)崗位能力需求提煉專業(yè)核心內(nèi)容
社會(huì)和企業(yè)對(duì)崗位人才的需求是職校的培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)崗位能力的要求是課程設(shè)置的依據(jù)。專業(yè)核心內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生就業(yè)能力的關(guān)鍵內(nèi)容,它具備以下幾個(gè)特征:一是能夠提供形成崗位專業(yè)技能必須的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能結(jié)構(gòu);二是能夠提供就業(yè)崗位所需要的通用技術(shù)、核心技術(shù)知識(shí)和能力結(jié)構(gòu);三是能為學(xué)生創(chuàng)建就業(yè)行為導(dǎo)向,關(guān)注學(xué)生的就業(yè)與人格發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生在動(dòng)態(tài)的社會(huì)情境、職業(yè)情境和生活情境中,具備一定的主動(dòng)應(yīng)對(duì)能力以及責(zé)任感。
2.根據(jù)核心內(nèi)容確定專項(xiàng)能力模塊
核心內(nèi)容提煉于數(shù)控機(jī)床操作工人必須具備的崗位能力。崗位能力是一種綜合能力,包括專業(yè)能力、方法能力和社會(huì)能力。專業(yè)能力是指具備從事職業(yè)活動(dòng)所需要的專門技能及專業(yè)知識(shí),注重掌握技能、掌握知識(shí),以獲得合理的知識(shí)與能力結(jié)構(gòu)。方法能力是指具備從事職業(yè)活動(dòng)所需要的工作方法及學(xué)習(xí)方法,注重學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)工作,養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣。社會(huì)能力是指具備從事職業(yè)活動(dòng)所需要的行為規(guī)范及價(jià)值觀念,注重學(xué)會(huì)與人共處,學(xué)會(huì)做人,確立積極的人生態(tài)度。
例如,培養(yǎng)數(shù)控機(jī)床操作工這一崗位能力的專業(yè)核心內(nèi)容分析如下:
通過對(duì)核心內(nèi)容、能力、知識(shí)、技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系的深入分析,我們將數(shù)控機(jī)床操作崗位的專項(xiàng)能力劃分為四大塊:通用技術(shù)模塊、機(jī)械加工模塊、數(shù)控編程與仿真模塊、數(shù)控機(jī)床操作模塊(見下表)。
3.根據(jù)專項(xiàng)能力模塊設(shè)置核心課程
通過以上分析,可以根據(jù)能力模塊,按照教學(xué)規(guī)律,通過一定的優(yōu)化組合和科學(xué)創(chuàng)新組建專業(yè)核心課程。這些課程內(nèi)容的主體是專業(yè)技能及相關(guān)專業(yè)知識(shí)的集合,課程內(nèi)容的排序結(jié)構(gòu)符合人們的認(rèn)知心理順序,體現(xiàn)教學(xué)策略,真正將能力培養(yǎng)放到了中心位置,實(shí)現(xiàn)了就業(yè)導(dǎo)向、能力本位的原則。
4.根據(jù)核心課程規(guī)劃和完善專業(yè)教學(xué)計(jì)劃
核心課程的目標(biāo)取向基本一致,即強(qiáng)調(diào)能力與知識(shí)的整合,認(rèn)知與情感、態(tài)度、價(jià)值觀的融合,內(nèi)容與方法的兼顧。核心課程的課程形態(tài)和目標(biāo)取向確定之后,還要考慮通用能力類的基礎(chǔ)知識(shí)課程設(shè)置和職業(yè)能力形成鏈的完整性等問題。嚴(yán)格依據(jù)核心課程這一條主線,設(shè)置好基礎(chǔ)課程和相關(guān)課程,規(guī)劃和完善整個(gè)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃。
二、構(gòu)建就業(yè)導(dǎo)向性課程體系框架
1.課程體系的主體內(nèi)容
職業(yè)基礎(chǔ)課程:職業(yè)道德、職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)通用能力;通用技術(shù)課程:職業(yè)關(guān)鍵能力、職業(yè)關(guān)鍵技術(shù);專業(yè)技能課程:專業(yè)基本技能、專業(yè)技能、職業(yè)能力;職業(yè)認(rèn)證課程:職業(yè)技能資格和等級(jí)認(rèn)證;校企合作課程:根據(jù)就業(yè)單位需要開設(shè)課程,包括技術(shù)課、技能課和用人單位的企業(yè)文化課。
2.課程體系的基本內(nèi)涵
(1)堅(jiān)持以就業(yè)為導(dǎo)向的課程觀。專業(yè)技能課程的具體教學(xué)內(nèi)容圍繞形成崗位的工作技能和職業(yè)能力這個(gè)中心展開。通用技術(shù)課程的具體教學(xué)內(nèi)容圍繞著鋪墊好專業(yè)技能課程而展開,而職業(yè)基礎(chǔ)課程的具體教學(xué)內(nèi)容則關(guān)注學(xué)生的整體精神構(gòu)建,圍繞著職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)通用能力這個(gè)中心而展開,既可單獨(dú)開課,又強(qiáng)調(diào)將其貫穿于專業(yè)教學(xué)的始終。這三大類課程的教學(xué)內(nèi)容可依據(jù)崗位工作過程的需求相互協(xié)調(diào)、互補(bǔ)組合,突出培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。
(2)課程體系強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué),突出職業(yè)技能訓(xùn)練。引入國家職業(yè)資格和技能等級(jí)認(rèn)證,將就業(yè)教育與職業(yè)資格高度融合,與國家職業(yè)資格制度接軌。學(xué)生畢業(yè)前考取相應(yīng)的國家職業(yè)資格技能等級(jí)證書,從資質(zhì)上滿足企業(yè)用人需求,得到企業(yè)認(rèn)可。
(3)校企合作辦學(xué)是就業(yè)教育最有效的途徑之一,把教學(xué)過程與企業(yè)生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)和要素充分結(jié)合起來,學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和技能在真實(shí)環(huán)境中得到更好的培養(yǎng)。校企合作辦學(xué)的開展,不僅能讓學(xué)生親身感受企業(yè)理想與文化,提高職業(yè)素養(yǎng)與能力,而且?guī)椭鷮W(xué)生快速向職工的角色轉(zhuǎn)換,為學(xué)生就業(yè)提供一個(gè)過渡平臺(tái)。
(4)基于崗位能力本位的理念建立的課程體系,便于掌握課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),還能夠根據(jù)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化和發(fā)展,調(diào)整更新課程內(nèi)容,調(diào)整教學(xué)計(jì)劃,緊跟市場需求,充分體現(xiàn)職業(yè)教育的特色。
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裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別,不在于生產(chǎn)什么,而在于怎樣生產(chǎn),用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料,而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù),以提高制造能力和水平,提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資,不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè),而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖和限制政策??傊?,大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù),數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品,即所謂的數(shù)字化裝備,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機(jī)械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動(dòng)控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù);(5)傳感器技術(shù);(6)軟件技術(shù)等。
1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面[1~4]。
1.1高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一,國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。
在轎車工業(yè)領(lǐng)域,年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝,使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
從EMO2001展會(huì)情況來看,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min,甚至更高,空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min,快速為100m/min,加速度達(dá)2g,主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件,只用30min,而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h,在普通銑床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面,近10年來,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級(jí)加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。
在可靠性方面,國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000h以上,伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上,表現(xiàn)出非常高的可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工,與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
1.25軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為,1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí),5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因,其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。
當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn),使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含5面加工機(jī)床)的發(fā)展。
在EMO2001展會(huì)上,新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭,可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn),還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工,可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
1.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究,如美國的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、歐共體的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中國的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī),如在EMO2001展中,日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”(智能生產(chǎn)控制中心,簡稱CPC);日本大隈(Okuma)機(jī)床公司展出“ITplaza”(信息技術(shù)廣場,簡稱IT廣場);德國西門子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment(開放制造環(huán)境,簡稱OME)等,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
1.4重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立
1.4.1關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范
如前所述,開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性,美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃,并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定,預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
1.4.2關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn),即采用G,M代碼描述如何(how)加工,其本質(zhì)特征是面向加工過程,顯然,他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此,國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制,能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程,乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命,對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè),將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先,STEP-NC提出一種嶄新的制造理念,傳統(tǒng)的制造理念中,NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下,NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上,這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次,STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙(約75%)、加工程序編制時(shí)間(約35%)和加工時(shí)間(約50%)。
目前,歐美國家非常重視STEP-NC的研究,歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.1~2001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的STEPTools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者,他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(SuperModel),其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。
2對(duì)我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)
我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年,近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段:第一階段從1958年到1979年,即封閉式發(fā)展階段。在此階段,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期,即引進(jìn)技術(shù),消化吸收,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段,由于改革開放和國家的重視,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究,進(jìn)入市場競爭階段。在此階段,我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期,國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50%,配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10%。
縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān),總體來看取得了以下成績。
a.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù),其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ),部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上,建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。
c.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。
雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步,但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到,我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā),尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快,但橫向比(與國外對(duì)比)不僅技術(shù)水平有差距,在某些方面發(fā)展速度也有差距,即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢。從國際上來看,對(duì)我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)大致如下。
a.技術(shù)水平上,與國外先進(jìn)水平大約落后10~15年,在高精尖技術(shù)方面則更大。
b.產(chǎn)業(yè)化水平上,市場占有率低,品種覆蓋率小,還沒有形成規(guī)模生產(chǎn);功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低;外觀質(zhì)量相對(duì)差;可靠性不高,商品化程度不足;國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng),用戶信心不足。
c.可持續(xù)發(fā)展的能力上,對(duì)競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱;數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng);相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。
分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。
a.認(rèn)識(shí)方面。對(duì)國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足;對(duì)市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足;對(duì)我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。
b.體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)候多,從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)候少;沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。
c.機(jī)制方面。不良機(jī)制造成人才流失,又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新,且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施,往往規(guī)劃理想,實(shí)施困難。
d.技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng),核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后,水平較低,數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。
3對(duì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考
3.1戰(zhàn)略考慮
我國是制造大國,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移,即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù),否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中,我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價(jià),交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”,而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位,這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。
我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題,首先從社會(huì)安全看,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè),制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力,保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國防安全看,西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì),對(duì)我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。
3.2發(fā)展策略
從我國基本國情的角度出發(fā),以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo),用系統(tǒng)的方法,選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。
強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主,以整機(jī)(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。
在高精尖裝備研發(fā)方面,要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合,以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo),按國家意志實(shí)施攻關(guān),以解決國家之急需。
在競爭前數(shù)控技術(shù)方面,強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新,強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品,為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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本校是一所中等職業(yè)學(xué)校,現(xiàn)以本校的計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控專業(yè)的整合的實(shí)現(xiàn),對(duì)此加以論述。
一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與數(shù)控專業(yè)的整合
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù),它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具,利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的 或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。
數(shù)控機(jī)床,是一種先進(jìn)的,綜合了機(jī)電、機(jī)械和微電子技術(shù)的加工設(shè)備,造價(jià)不菲。近年來,國家加大了對(duì)職業(yè)教育的投入,為學(xué)校配置了一些數(shù)控機(jī)床。但其數(shù)量相對(duì)于近幾年發(fā)展迅速的數(shù)控專業(yè)的入學(xué)學(xué)生,仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。
在教學(xué)中常出現(xiàn)這樣的情況:(1)為了保護(hù)設(shè)備,在很多方面限制學(xué)生的操作,甚至不讓學(xué)生進(jìn)入某些操作,只是讓他們觀摩;(2)為了讓學(xué)生多學(xué)到一些知識(shí)和技能,放開限制,讓學(xué)生“大膽”操作。對(duì)于初學(xué)者,即便是理論掌握得“不錯(cuò)”的人,出錯(cuò)的概率也是極大的,于是結(jié)果必然是零件損壞,機(jī)器精度被破壞,甚至機(jī)床主體受損、人員受傷;(3)若要平衡兩者的矛盾,就要有輔導(dǎo)教師對(duì)每一位學(xué)生的每一步操作全程跟蹤,這樣授課周期便會(huì)過長,教學(xué)進(jìn)度難以保證。
為了解決上述三個(gè)方面的問題,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)的整合是勢在必行的。計(jì)算機(jī)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)可以模擬實(shí)際設(shè)備加工環(huán)境及工作狀態(tài),作為數(shù)控技術(shù)操作技能的教學(xué)培訓(xùn),既可以使受訓(xùn)人員達(dá)到實(shí)物操作訓(xùn)練的目的,又可以大幅減少昂貴設(shè)備的投入,具有很高的應(yīng)用價(jià)值。綜合上述信息,我們可以得出整合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與數(shù)控專業(yè)的方案。相對(duì)于十分昂貴的數(shù)控設(shè)備,計(jì)算機(jī)的成本是很低的,而且大多數(shù)職業(yè)學(xué)校,計(jì)算機(jī)早已經(jīng)是必備的基礎(chǔ)配置,不需格外購置。職業(yè)學(xué)校的學(xué)生,都開設(shè)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)相關(guān)課程,也具備了一定的計(jì)算機(jī)操作能力。因此,我們不需要格外的投入,可以直接整合這些硬件設(shè)備和學(xué)生已經(jīng)具備的技術(shù)技能,融入數(shù)控仿真軟件的教學(xué)。
首先,根據(jù)學(xué)校實(shí)有的數(shù)控設(shè)備,在計(jì)算機(jī)仿真軟件上進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)仿真學(xué)習(xí)。然后,讓學(xué)生到實(shí)訓(xùn)基地觀摩,根據(jù)學(xué)校實(shí)際機(jī)床數(shù)量,選擇在仿真過程中掌握熟練的學(xué)生,讓他們實(shí)際操作。其他學(xué)生,可繼續(xù)在仿真系統(tǒng)上熟練鞏固。這樣,既實(shí)現(xiàn)了分層次教學(xué),又緩解了數(shù)控設(shè)備相對(duì)緊張的狀態(tài)。隨著教學(xué)的深入,可以實(shí)行滾動(dòng)輪換,讓每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)實(shí)際操作。
當(dāng)學(xué)生掌握了這種機(jī)型的操作后,再在仿真上學(xué)習(xí)學(xué)校所沒有的數(shù)控設(shè)備。學(xué)生也能容易形成較好的知識(shí)遷移,透過已知的知識(shí)構(gòu)架來理解不能實(shí)際操作的機(jī)型。這樣,既緩解了數(shù)控設(shè)備數(shù)量上相對(duì)不足及資金緊張的壓力,保證了生產(chǎn)加工的安全,學(xué)生也更容易掌握數(shù)控加工的完整過程。
教師也要注意向?qū)W生強(qiáng)調(diào):仿真畢竟不是真的。仿真沒有危險(xiǎn)性,可以讓學(xué)生大膽操作,這是優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí),也可能使學(xué)生從一開始對(duì)于安全的重視程度不夠,可能會(huì)形成習(xí)慣性的麻痹心理。因此,即使是面對(duì)一臺(tái)計(jì)算機(jī),教師也要讓學(xué)生把它想象成一臺(tái)真實(shí)的數(shù)控設(shè)備,從一開始對(duì)其就加強(qiáng)安全生產(chǎn)的教育。
我校為數(shù)控專業(yè)的學(xué)生專門開辟了一個(gè)對(duì)等網(wǎng)計(jì)算機(jī)機(jī)房,專門配置了多種數(shù)控專業(yè)相關(guān)的軟件。在機(jī)房中,除了與其他專業(yè)一樣擁有常規(guī)的多媒體教育教學(xué)系統(tǒng)及相關(guān)的音視設(shè)備,還專門配置了裴克(VNUC)數(shù)控加工仿真與遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。
二、計(jì)算機(jī)CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控專業(yè)的整合
CAD,即計(jì)算機(jī)輔助。CAM,即計(jì)算機(jī)輔助制造。CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控加工生產(chǎn)中的地位是極其重要的,我們在教學(xué)過程中,不僅僅是使用它來完成數(shù)控加工,還可以進(jìn)一步通過CAD/CAM技術(shù)為數(shù)控教學(xué)過程本身提供有力的手段。
下面,我們通過幾個(gè)軟件進(jìn)行說明。
AutoCAD,它不僅可以用于計(jì)算機(jī)制圖,還可以利用它的三維繪圖功能,繪制一些零件的實(shí)體,從而更形象地向?qū)W生傳授三視圖方面的知識(shí)。也可以讓學(xué)生通過三維動(dòng)態(tài)觀察器,自行進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和觀察。三維空間的建立及三視圖的理解,對(duì)于初學(xué)者是十分有意義的。我們還可以把AutoCAD與數(shù)控加工中的其他內(nèi)容相整合,如工藝分析、機(jī)械裝配等。在數(shù)控教學(xué)中,有不少的零件沒有實(shí)物,教材上的圖示過少,而在生活中,學(xué)生又難以有足夠的經(jīng)驗(yàn)來借鑒,所以往往是極其簡單的東西,就是因?yàn)閷W(xué)生“沒見過”,而不能理解,所以無法進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)。這在學(xué)習(xí)中造成了認(rèn)知障礙。有了AutoCAD這個(gè)形象的工具,利用它豐富的功能,我們可讓這些零件“看得見”,可以讓學(xué)生從不同角度、不同層面來觀察。這樣,學(xué)生看到了它的幾何構(gòu)造,在此基礎(chǔ)上,教師再來講工藝,再來講裝配,再來講加工,學(xué)生才更容易理解。
CAXA制造工程師,是基于微機(jī)平臺(tái)、面向機(jī)械制造業(yè)的全中文三維界面的CAD/CAM軟件。它不但包含了AutoCAD的主要功能,還可以通過后置處理功能生成數(shù)控加工的代碼,若用數(shù)據(jù)線與數(shù)控機(jī)床相連,還能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)真實(shí)的加工,能對(duì)程序和加工工藝進(jìn)行分析、調(diào)整。這樣,不僅能有效降低教學(xué)成本、教學(xué)時(shí)間,也提高了教學(xué)安全。
本校數(shù)控專業(yè)的計(jì)算機(jī)機(jī)房,安裝有多種數(shù)控專業(yè)CAD/CAM軟件(CAXA制造工程師、CAXA數(shù)控車、電子圖板和編程助手),為了能在需要時(shí)同時(shí)運(yùn)行各軟件,我們將各CAD/CAM服務(wù)器安裝在不同的主機(jī)上,均衡了服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)的壓力。有用于教育教學(xué)的教學(xué)教師機(jī),也有專門用于承擔(dān)CAD/CAM軟件加工的服務(wù)端教師機(jī)。
我們還利用原先老計(jì)算機(jī)機(jī)房淘汰的電腦,安裝華中數(shù)控車程序HNC21-T,與數(shù)控機(jī)床相連,完成數(shù)控加工的教學(xué)。
三、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與數(shù)控教學(xué)的整合
在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天,談到現(xiàn)代教育技術(shù)的整合,現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)該是必不可少的,數(shù)控專業(yè)亦是如此。
當(dāng)今世界,信息爆炸的巨浪不可阻擋,互聯(lián)網(wǎng)是我們交換信息、互通有無的有力工具。數(shù)控專業(yè)是一門新興的、綜合性的專業(yè)學(xué)科,發(fā)展速度較快,涉及門類較多。作為教師,我們要通過互聯(lián)網(wǎng),及時(shí)了解本行業(yè)先進(jìn)的世界技術(shù)的走向,密切跟蹤國內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的變化更新的腳步,及時(shí)吸收他人在生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn),兼收并蓄,才能更好地應(yīng)用于實(shí)踐,應(yīng)用于教學(xué)。
數(shù)控機(jī)床論文 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控加工論文 數(shù)控技術(shù)論文 數(shù)控加工 數(shù)控論文 數(shù)控機(jī)床知識(shí) 數(shù)控技術(shù)專業(yè) 數(shù)控實(shí)訓(xùn)報(bào)告 數(shù)控編程論文 紀(jì)律教育問題 新時(shí)代教育價(jià)值觀