應用型本科數控技術仿真實踐課程教學方法探討

　　摘要：本文分析了應用型本科數控技術人才培養存在的問題及矛盾。以數控仿真實踐教學為落腳點，分析數控技術仿真實踐的意義，就如何緩解數控技術人才培養要求的“強”與“廣”矛盾，給出融合數控編程、系統原理及操作實踐教學的教學指導方案，并提出具體教學方法和對策，為應用型本科數控技術教學改革提供借鑒、為課程的建設提供幫助。
　　關鍵詞：應用型本科；數控技術；仿真實踐；教學方法
　　1.引言
　　數控技術是制造業實現自動化、柔性化、集成化的基礎，是提高產品質量，提高勞動生產率必不可少的手段。我國數控技術人才缺口嚴重，市場把數控人才分為金領層、灰領層、藍領層三個層次，隨著高職院校對數控技術人員培養力度的增大，數控技術人才缺口已越來越出現在金領層［１］。金領層技術人才要求精通數控編程、數控操作和數控維護、維修，掌握數控技術所需的綜合知識，有大量實際經驗，知識面廣，并能自行完成數控系統的選型、數控機床機械結構設計和電氣系統的設計、安裝、調試和維修，具備獨立完成機床的數控化改造的能力。
　　與高職數控專業相比，應用型本科數控技術的人才培養的目標定位則更加側重于該層次的人才培養上［２］。為了實現這樣的教學目標，本科院校對數控技術人才專業學生要求理論廣，實踐能力強，但這兩方面的要求對教學的安排帶來多個方面的問題，如：（1）教學投入方面。在做教學建設決策時，往往相應地會往引導學生理論知識面廣的方面思考，導致本科教學不能像高職培養數控技術人才那樣，引入很多數控機床設備，用于學生專業技術實踐。（2）教師隊伍建設方面。本科院校無法像高職院校那樣，以大量引入具備“雙師型”教師為出發點建設教師隊伍。（3）教學課程安排方面。為了使學生在有限的學習時間內達到教學目標和教學要求，往往對理論知識面要“廣”的這個點強調得多，如32課時本科數控技術的課程中就包含了數控編程和數控原理兩個方面，課時的安排越緊湊，數控技術的人才培養中對“強”和“廣”兩方面要求的矛盾就越大。
　　我們結合在高職院校的相關數控技術課程與本科院校的數控技術課程教學經歷，以數控仿真實踐教學為落腳點，分析數控技術仿真實踐的意義，并就如何緩解數控技術人才培養要求的這對“強”與“廣”矛盾，給出融數控操作、編程及原理教學于一體的教學指導方案，對具體的教學方法進行了探討。給出的方案及方法為應用型本科數控技術教學的改革提供了借鑒，為課程的建設提供了幫助。
　　2.數控技術仿真實踐的意義
　　數控仿真軟件是一個應用虛擬技術模擬數控加工操作的仿真軟件，它把數控加工操作過程完整地通過軟件加以展示，在理論教學和實際操作機床實踐教學之間架起了聯系的橋梁［３］。目前國內比較常見的軟件系統主要有上海宇龍、北京斐克、南京斯沃等。這些仿真系統軟件具備模擬機床操作的整個過程，如：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準對刀，刀具安裝，機床手動操作。
　　數控仿真系統軟件操作教學對本科型的數控技術人才培養具有重要作用，具體有以下幾個方面。
　　2.1為學生提供模擬操作數控機床的各項功能
　　不同的數控機床都配套數控系統，但目前流行的數控系統品牌并不多，國外的如SIEMENS和FANUC，國內的如華中數控和南方數控。通過仿真操作，學生可較快地熟悉這些數控系統的操作方法。
　　2.2為學生建立形象化的數控加工工藝知識
　　如通過選擇銑削加工的各種銑刀，車削加工中的各種的車刀，可具體化地獲知每種刀具的形狀及其加工機理。
　　2.3為學生熟練G代碼功能提供演練平臺
　　書本上G代碼功能的內容介紹繁瑣，難以與實踐者實現互動，學習枯燥無味，不能給初學者留下深刻記憶。仿真平臺的互動式學習可協助學生形象化理解每個G代碼功能及相關參數，這個過程可大大促進知識的記憶。
　　3.教學對策
　　在實踐中，越來越多的本科型工科院校已經意識到數控仿真軟件具有這些功能可為本科應用型數控人才的培養提供有力的輔助平臺，但如何在有限的學習時間內應用好該平臺為人才培養服務呢？教師應用合理的教學方法，可對人才的培養起到重要的引導作用。結合實踐過程，我們認為數控仿真系統的實踐教學指導方法應遵循以下幾個原則。
　　3.1有針對性地強化數控機床操作
　　由于專業對知識面“廣”的要求，本科型數控技術專業學生無法像高職院校數控技術專業學生那樣有足夠的時間和上機機會用于操作數控機床練習。在有限數控技術專業課程的學習時間內，如何保證充分的時間用于數控機床操作實踐成了本科型數控技術人才培養的一個重要問題。若在這有限的時間內讓學生匆忙上機練習，則容易出現誤操作，發生碰刀、損壞工件等事故，給學生的下一步深入學習數控技術帶來心理陰影。先進行仿真實踐的練習再上機操作，可有效地彌補本科型數控技術人才環節的不足，因此在進行數控仿真系統的實踐教學指導過程中，必須以強化數控機床操作為重要原則，這就需要教師在指導過程中以一種或兩種數控系統為模版，強化學生對數控機床操作上的認識，輔導學生熟練掌握機床從開機到最后加工出合格工件的整個操作流程。在該原則下，進行仿真實踐教學輔導，為全面掌握數控加工上機操作奠定了重要的操作基礎，并有效地避免學生出現誤操作，幫助其度過初次上機操作的心理難關。
　　3.2進一步強化G代碼編程教學
　　比起高職人才培養，本科學生在校期間具體的數控編程操作的機會相對要少得多，在課堂上，G代碼功能教學雖然也較系統，但由于G代碼都是由一些G字符加數字組成，且輔助參數數量較大，沒有重復演練，對于學生來說，要記住這些功能絕非易事。而通過軟件的仿真，可較完整地模擬演練這些功能，特別是一些固定循環指令的教學，用軟件仿真的辦法輔助G代碼編程教學，可對功能中具體實現的細節有更為深刻的認識。
　　比如車削加工的G92指令是一個加工螺紋的固定循環指令，在仿真軟件系統中，通過設定單步運行，可對循環中的每一個功能做暫停查看，這樣就可形象化地查看清楚什么時候定位刀具、什么時候開始進刀、什么時候開始切削螺紋、什么時候切削完畢、固定循環完畢之后刀具退到什么位置，以及每個過程中的速度是多少。這樣一個過程使理論教學過程需要大半堂課或一節課的內容較輕松地得到演示，而且使學生更加形象化地學到知識，也為本科學生開發相關數控系統關注切削過程中的每一個細節提供一個重要的實踐環節。因此在仿真實踐教學過程中，以輔助G代碼的理論教學為出發點，進行實踐教學的輔導，對強化本科型的數控技術人才的培養，可起到重要的推動作用。
　　3.3作為輔助數控原理教學的有效手段
　　了解并掌握必要的數控技術原理知識，是本科型數控技術人才培養要求的一項重要內容，課堂上的純數控原理理論教學大都以模塊化的形式進行，具體每一個模塊之間是如何協作的，由于教學課時的限制，無法深入講解，學生對這些理論知識缺乏興趣，往往以死記硬背結束這塊內容的學習。如講授插補方法章節時，僅僅是插補算法展開，而講授位置測量章節時，也僅僅是以如何實現位置或速度測量原理為目標進行的，對于這兩塊內容之間有什么關系，它們之間是如何協作的缺乏詳細的探討。因此靠純理論講解難以使數控原理的知識點進行融合。
　　通過加工仿真實踐，原理性的部分知識可以通過具體的加工過程得到形象化的串聯。在實踐教學過程中，教師應該起到指點教學原理的作用，做到邊引導實踐操作，邊點綴講解對應的數控原理，使學生對原理性的理論知識在實踐過程中得到強化。比如在機床回參考點時，讓學生關注坐標軸坐標的變化，講述相對編碼器的工作原理。當回參考點快到零位時，軸的坐標值會在一個范圍內變化，直到坐標值變化停止后變0。針對這個現象，教師可有意讓學生回憶相對編碼器Z相的定位原理，這樣的交互過程可使學生對編碼器的理論學習產生深刻印象。因此，通過仿真實踐學習理論原理是深化理論學習的重要手段。
　　3.4作為擴展學生專業興趣的有力推手
　　大學生的專業學習是其成為高級專門人才的基礎和前提，而大學生的專業興趣對其專業學習產生直接影響，因此專業興趣是影響大學生專業學習、就業及工作的重要因素［４］。培養學生的專業興趣，有利于學生的成長，具有很強的正外部性。本科型數控技術人才的培養，同樣需要培養學生的專業興趣，數控技術是一門理論與實踐融合較深的課程，但長期以來本科型的數控技術人才培養，理論知識學習占有較大比重，使學生感覺枯燥。而通過仿真實踐使G代碼的學習形象化，使數控原理的學習具體化，有利于激發學生專業興趣，教師應該在實踐教學過程中灌輸專業知識，爭取做到實踐過程中的每一環節都能把理論知識與工廠中的實際情況如產品質量、生產的經濟利益聯系在一起，比如實踐中對切削用量的選用，可以直接與工件的質量、工件的加工成本計算掛鉤。通過這樣的仿真實踐，學生對專業的興趣會得到提高，因此在具體教學過程中，教師應該時刻把強化學生的專業興趣作為教學的一個重要指導原則。
　　4.結語
　　本文分析應用型本科數控技術人才培養存在的教學方面的矛盾，圍繞數控仿真實踐教學課程的教學實踐，分析數控技術仿真實踐在本科型數控人才培養中的意義，就如何緩解數控技術人才培養要求的“強”與“廣”雙重要求矛盾，給出融合數控編程、系統原理及操作實踐教學的教學指導方案，并對具體教學方法給出對策，為應用型本科數控技術教學改革提供借鑒，為課程的建設提供幫助。
　　參考文獻：
　　［1］蔡崧．數控技術高技能人才的培養．職業技術，2007，（8）：128-129.
　　［2］趙亮．淺談應用型本科數控技術課程實踐環節的設置．遼寧科技學院學報，2009，VOL11（3）：51-53.
　　［3］劉海慶，李葉龍，劉巖．數控仿真軟件在教學中的應用特點分析．農業科技與裝備，2009，（181）：112-113.
　　［4］董滿生，胡傳海．大學生專業興趣研究．科技創新導報，2008，（22）：165-16