淺談加工仿真系統在開放教育《數控技術》課程教學中的應用

摘要：在國家大力振興裝備制造業的背景下，電大開放教育機電專業開設數控技術課程，對培養該專業應用型高級專門人才，具有重要作用。本文試闡述在數控設施設備缺乏情況下，開放教育數控課程教學中如何引入數控加工仿真系統。以及應用該軟件系統對機電專業人才培養的作用和意義等問題。

關鍵詞：電大；開放教育；數控課程；加工仿真系統；應用

隨著科技、經濟的飛速發展，機械工程現已跨越機械、電子、計算機、信息控制、管理工程以及技術經濟等多個學科，發展成為綜合技術應用學科。對現代機械制造業而言，數控工藝裝備應用早已成為其核心技術之一。我國電大開放教育開設機電工程專業，其任務是培養該專業適應地方和基層經濟社會建設需要的高質量應用型人才。所以，電大開放教育在培養計劃中開設數控技術課程就成為必然要求。

當前開放教育數控課程教學中存在的問題

由于數控技術是利用數字信息對機床設備空間運動坐標實現控制，其集機械、電子、自動控制、計算機技術為一體，使得數控技術課程在教學中較為抽象、復雜，從實用和操作的角度看，其教學實施也必然對課程實驗(實踐)環節提出較高要求，使該課程具有鮮明的實踐性特點。

然而，數控機床屬于高技術、高附加值產品，其機床本體和控制系統品類繁多，價格高昂，一般數控車或銑床單價約十萬到二三十萬，加工中心則動輒幾十萬甚至數百萬。如果開放教育數控課程的實驗、實訓環節完全依賴數控機床，則投入巨大、消耗多、成本貴、實驗風險高，學校將無力組織教學。

數控加工仿真系統概述

數控加工仿真系統，是指某一特定的計算機軟、硬件系統，實驗者可在此計算機系統平臺上實現演示、分析數控加工從零件設計圖到加工程序調試直至動態切削演示的全過程。

根據數控加工仿真系統特點和面向的用戶對象不同，一般將之分為兩大類：一類是教學專用系統，代表者有英國Danford系統的國產宇龍數控加工仿真系統、華中數控教學培訓系統等。它們的特點是面向數控加工技術初學者，具有強大的數控知識呈現功能，具有用于輔助教學的各種模塊設置，如編程模擬模塊、考試管理模塊、實時教學幫助模塊等；另一類是面向制造企業的專業系統(一般是大型CAD/CAM軟件自帶的仿真模塊)，如Pro/Engi-neer，MasterCAM，UG，Cimitron等，它們實際加工能力突出，能提供刀具路徑檢查校驗、切削過程仿真及錄像等功能，若應用于教學，則主要適用于中、高級數控加工從業人員深入學習使用。

目前，運用加工仿真系統進行數控課程特別是其實驗實踐環節教學，是解決前述矛盾問題的重要方法。其初期投資成本和運行耗費相對實體設備投資而言較低廉。通過軟件模擬仿真基本上可解決學生熟悉機床控制面板及數控系統操作等問題，是一種耗費比較低的教學手段。

下面以國內教育行業運用最廣的宇龍數控加工仿真系統為例，具體介紹軟件特點：系統基于虛擬現實技術，能基本實現對數控機床操作全過程和加工運行全環境的仿真，包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準測量和設置，數控程序輸入、編輯和調試等，甚至具有工件的三維測量功能；該軟件能夠仿真Fanuc O、Fanue O-Ⅰ、Fanue PowerMate O、Siemens 810D、Siemens802C、Siemens 802D、PA 8000、三菱60、大森數控、華中數控和廣州數控等主流系統，提供的機床面板包括數控車床、數控銑床、立式和臥式加工中心等幾十種。宇龍數控加工仿真系統在教學方面主要具有互動教學功能和考試功能：互動教學功能使教師可以廣播方式在每個學生的計算機終端屏幕上演示數控加工仿真教學內容，也可在學生自主練習時通過教師機終端屏幕監控其操作情況，實時了解教學進展；對遠程開放教育而言，該軟件可在局域網上實現互動教學，也可基于INTERNET進行雙向互動遠程教學；具備較完善的考核功能；可完整記錄具體操作過程和測試結果，并通過回放供教師察看，另外，學生完成仿真加工后，系統可對工件進行全自動智能化測量，如果事先設定有評分規則，還能實現全自動測試評分，這對遠程教育模式下的數控課程實驗教學而言是非常適宜的。

開放教育數控課程教學中如何應用加工仿真系統

1.集中面授輔導環節適當運用數控加工仿真系統，充分發揮其演示作用，使學生獲得良好的教學效果

數控技術課程是理論性、實踐性均很強的課程，如果教師在集中面授輔導教學中僅采用常規的單向灌輸式教學模式，不結合適當的演示手段，其課堂教學效果往往事倍而功半。若在面授教學中運用大屏幕投影設備運行數控加工仿真系統，適時向學生演示理論教學中涉及的機床控制面板、數控系統NC程序、加工運動軌跡等，可使學生加深對數控理論知識的理解，并更好地加以掌握，從而最終獲得良好的理論教學效果。

2.科學安排數控加工仿真系統遠程實訓，提高學生實際操作能力

利用數控加工仿真系統基于因特網的交互式雙向教學功能，可在開放教育辦學系統內構建數控課程遠程實訓實驗教學平臺，加強學生實際操作能力鍛煉。在遠程實訓教學安排中，可將教學內容分為三個板塊：一是基礎部分，主要訓練學生運用最常用的FANUC系統數控車床、數控銑床、數控加工中心進行編程、加工操作等。通過這板塊實訓教學，使學生打下堅實的數控操作基礎；二是提高部分，主要訓練學生運用SIEMENS數控系統三大機床進行編程與操作，提高對不同數控系統編程、操作方法的理解與應用能力；三是拓展部分，主要訓練學生運用國產華中數控系統和廣州數控系統進行車床編程與操作，擴大知識覆蓋面，提高學生對不同系統、不同面板的適應能力。

3.利用數控加工仿真系統實施形成性考核

在開放教育教學模式中，形成性考核對于提高教學效果和質量具有重要作用。開放教育機電專業數控課程教學，可充分利用數控加工仿真系統考試功能方便地實現對學生的形成性考核。由教師根據教學計劃進程，適當安排階段性課題作業，學生通過遠程實訓平臺完成仿真操作后，將操作記錄文件傳送給服務器，教師作出檢查評價即可。

綜上，應用數控加工仿真系統替代大部分真實數控設備，是開放教育數控課程教學的有效手段，能合理利用有限的教學資金投入，大大提高開放教育機電專業辦學效益和教學質量。

參考文獻：

[1]白鳳光，王陽合等，數控技術應用專業實踐教學環節的教學目標與實現，成都航空職業技術學院學報，2005年6月第2期

[2]劉清，朱容憶，仿真系統在數控人才培養中的應用，長沙大學學報[J]2006年3月第20卷第2期