?三維數(shù)字模型在機械裝備質檢技術培訓中的應用實踐

高海云

摘? 要 闡述傳統(tǒng)培訓模式的不足，論述三維數(shù)字模型的作用，分析三維數(shù)字模型的應用實踐，為促進機械裝備質檢技術培訓向信息化、數(shù)字化方向發(fā)展提供解決方案。

關鍵詞 三維數(shù)字模型;機械裝備;質檢技術培訓;仿真實訓

1 引言

隨著機械裝備生產(chǎn)制造向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，其技術含量和質量要求越來越高，迫切需要培養(yǎng)適應現(xiàn)代設計制造、現(xiàn)代信息科技發(fā)展和具有空間思維能力、形體構型能力以及創(chuàng)新能力的高素質質檢人才隊伍。目前，機械裝備質檢技術專業(yè)培訓的相關內容因專業(yè)性強、培訓手段傳統(tǒng)、教學方法單一，對于復雜的裝備結構又缺乏直觀有效的表達與演示方式，難以滿足質檢技術崗位人才培養(yǎng)的需要。隨著計算機三維建模仿真技術的發(fā)展及其在教學培訓領域的應用，有效利用三維數(shù)字模型所具有的互動性強、種類豐富、操作性強、成本低等優(yōu)點，可以從根本上解決當前機械裝備質檢技術培訓模式存在的弊端，為提高培訓質量，促進機械裝備質檢技術培訓向信息化、數(shù)字化方向發(fā)展提供了很好的解決方案。

2 傳統(tǒng)培訓模式的不足

在機械裝備質檢技術培訓過程中，傳統(tǒng)的培訓模式主要是通過專家進行理論授課和講解示范，并在真實的環(huán)境下開展實操技能訓練。由于受到培訓條件限制，教學方法單一，傳統(tǒng)培訓模式存在諸多弊端，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是組織難? 機械裝備種類繁多、結構復雜、要求各異，傳統(tǒng)質檢技術培訓中需要準備大量的模型、掛圖、幻燈等設備;操作所需實物樣機體積大，調運困難，受時間、空間、人力、物力及財力等諸多因素制約，培訓組織工作量大，準備時間長，實際操作比較困難。

二是效果差? 傳統(tǒng)技術培訓模式往往以理論教學為主，參觀見習為輔，實際操作更少，大多數(shù)情況下都是講講理論、看看外觀，對產(chǎn)品的內部結構一知半解，更無法觀察和了解機械內部零部件的裝配關系和運動狀態(tài);實訓時可供操作的樣機數(shù)量不足，場地受限，難以滿足全體質檢人員獨立實訓的需要，能掌握的知識和操作技能明顯低于預期。這種被動學習模式，學員的學習積極性難以調動，不利于培養(yǎng)質檢人員獨立思考問題、解決問題的能力，質檢人員的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力得不到提高。

三是成本高? 除培訓準備階段需要耗費大量人力、物力、財力外，在實訓過程中需要電力、燃油、燃氣等能源的保障，負載作業(yè)性能演示也需要消耗一定的原輔加工材料。在實際操作過程中如果操作不當，還會對裝備造成一定損傷，增加維修、更換成本。

四是風險大? 由于大部分機械裝備需要通過不同方式方法傳遞載荷，運動部件較多，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制保障，就有可能造成人身傷害，存在一定人身安全風險。加之質檢人員在實訓過程中不能大膽放開進行操作，不利于提高操作水平，影響實訓質量。

五是考核“虛”? 培訓考核方式單一，仍然以理論考試成績?yōu)橹鳎狈茖W、公正、規(guī)范的培訓效果評價體系。有的學員平時不好好學習，學習態(tài)度不端正，靠考前突擊仍能過關，考核成績不能客觀真實反映學員的實際學習水平和業(yè)務工作能力。

3 三維數(shù)字模型的作用

三維數(shù)字模型在機械裝備質檢技術培訓中的應用，是通過技術手段對傳統(tǒng)培訓模式的改革和創(chuàng)新，對提高培訓效率、提升培訓質量、增強質檢人員實踐能力等都具有十分重要的作用，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

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

三維數(shù)字模型是提升培訓質量的輔助工具? 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行實時動態(tài)觀察，將生產(chǎn)、裝配質量控制要求及關鍵控制點通過不同的實際案例直觀地呈現(xiàn)給質檢人員;同時利用動態(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)質檢人員的空間思維能力，激發(fā)質檢人員的學習興趣，提升培訓質量。

三維數(shù)字模型是增強實踐能力的實現(xiàn)方式? 質檢專業(yè)培訓實踐性要求非常高，三維數(shù)字模型可以改善培訓教學結構，豐富教學手段，增加質檢人員觀察、實踐和參與的機會，有助于增強質檢人員的創(chuàng)造能力和實踐能力。對于部分實訓項目仍然缺乏真實實訓載體和實訓設施的現(xiàn)實情況，仿真實訓是唯一的實現(xiàn)方式。

4 三維數(shù)字模型的應用實踐

使培訓資源利用更加充分? 建立起來的機械裝備零件庫、裝配體庫和標準件庫，在滿足專業(yè)培訓的同時，還被運用到機械圖紙識讀運用、裝備質量檢查驗收和裝備技術改進升級中，只需根據(jù)不同需要靈活調用即可，充分滿足專業(yè)培訓、質檢實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。

使培訓活動更加生動? 在需要講解裝備零件和裝配體內部結構及生產(chǎn)裝配質量要求時，雖然可以借助真實物理樣機，但拆卸和解剖不便且操作費時費力;而采用模型庫中的虛擬數(shù)字模型，通過局部放大、平移和翻轉等演示，能夠觀察到零件復雜形體的外形與內腔各個部位的細節(jié)特征，直觀地顯現(xiàn)整個零件的結構和在裝配體中零件之間的連接關系，使教學的知識點更加清晰、生動、形象（見圖1）。

使培訓過程更加直觀? 在培訓時利用虛擬裝配技術來講解設備的裝配流程和質量控制要點，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行安裝和拆卸，講解設備的裝配過程和工藝質量要求，使質檢人員更加直觀、逼真、立體地了解零部件的裝配關系、內部結構，幫助質檢人員更好地理解裝備的質量特性，為產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗工作實踐提供了直觀的感性認識。

使培訓教學更加形象? 在機械裝備質檢專業(yè)培訓中，講解機構的運動狀態(tài)時要求質檢人員具有很強的空間想象能力，而質檢人員由于缺乏實踐經(jīng)驗，導致實際培訓學習效果不佳。利用三維數(shù)字模型，通過定義馬達等運動算例，實現(xiàn)裝配體中零件的仿真運動，使不易觀察的機構運動通過虛擬仿真運動的形式真實地展現(xiàn)在質檢人員眼前，使質檢人員清楚地了解機構的運動狀態(tài)、工作原理、生產(chǎn)與裝配質量要求，在虛擬環(huán)境下觀察裝備在實際工作條件下的質量變化情況，檢驗裝備的各項性能指標（見圖3）。

使培訓考核更加公正? 三維數(shù)字模型的應用，使得培訓過程被分解為若干個工作情景和工作任務，從而把以往以理論考試成績占主導地位的成績評定方法，轉變?yōu)閷γ總€工作情景和工作任務完成步驟、動作、過程和結果情況給出科學公正的評判，避免了靠考前突擊過關的弊端，更加公正地評價了質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檢人員的學習態(tài)度和綜合能力。

5 結束語

從三維數(shù)字模型在機械裝備質檢技術培訓過程中的應用實踐情況來看，在培訓過程中對所講授知識點適時地進行立體展示和模擬仿真，彌補了傳統(tǒng)培訓方法和模式的不足，具有較大的新穎性，加深了質檢人員對培訓內容和要點的理解，激發(fā)了質檢人員的學習興趣和學習積極性，鍛煉了質檢人員將理論與實際應用相結合的能力，提高了質檢人員的空間思維能力、形體構型能力以及創(chuàng)新能力，提升了質檢人員的實踐操作技能和業(yè)務水平，有效提高了培訓質量和培訓效率。

三維數(shù)字模型的應用是機械裝備質檢技術培訓實現(xiàn)數(shù)字化、虛擬化的基礎，將是未來專業(yè)培訓模式改革發(fā)展的必然趨勢。后續(xù)可以在創(chuàng)建機械裝備三維數(shù)字模型與動畫的基礎上，研究開發(fā)基于數(shù)字仿真技術的機械裝備質量監(jiān)督檢驗在線教學課程資源，以符合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代對網(wǎng)絡在線培訓的要求，滿足質檢人員碎片化學習的需要;研究搭建基于虛擬現(xiàn)實技術的機械裝備質量監(jiān)督檢驗模擬仿真實訓平臺，使質檢技術培訓可在虛擬環(huán)境條件下進行，培訓的組織與實施將不受時間和空間條件制約，分布式培訓仿真系統(tǒng)甚至可以使不同地點的質檢人員共同參與培訓，將使培訓的組織更加簡便、高效。

參考文獻

[1]葉友東，劉麗紅，杜鵬.計算機模擬仿真技術在機械原理教學中的應用[J].機電技術，2019（2）：106-108.

[2]陶松梅.三維可視化技術在變電設備檢修培訓中的應用[J].廣西電力，2017（4）：38-42.

[3]段曉華.SolidWorks軟件在機械類課程教學中的應用[J].晉城職業(yè)技術學院學報，2011（4）：32-34.

[4]楊靜.《機械制造裝備設計》課程教學方法的探討[J].裝備制造技術，2016（10）：251-252.

[5]彭廣耀.UG建模技術在機械制圖教學中的探索[J].中國教育技術裝備，2014（6）：97-98.