关于在数控设备应用与维护专业实践教学中引入仿真软件教学的思考与分析

关于在专业实践教学中引入仿真

软件教学的思考与分析

摘要：数控机床是现代装备制造的基础设备，数控设备的应用和生产效率、经济发展有着密切的联系，同时又要实现数控设备的可维护性，在高职院校开设数控设备的应用与维护专业已是必然，那么如何在此专业的教学中，尤其是在实践教学环节中进一步提高教学质量、降低教学成本、提高教学质量？文章针对在数控设备应用与维护专业实践教学中引用仿真软件进行了探讨

关键词：数控设备；软件；应用与维护；实践教学。

数控机床是实现装备制造业现代化的基础设备，对装备制造业的现代化发展关系与意义重大。目前我国已经成为“世界的制造中心”，装备制造业现代化的发展关乎到国家竞争力的高低和现代经济的发展，而目前我国的数控机床操作人员很多，但是数控机床维护人员严重不足，严重影响生产效率和经济发展，那么如何尽快培养出能够适应现代装备制造业发展需要的高技术职业型数控机床应用与维护专业的技术人才是高等职业院校的教育面临的迫切任务和重大的课题。数控设备应用与维护专业是归于电子与电气工程的复合型的专业，既涉及到机械专业知识，又涉及到电子与电气专业知识，其实用性很强且难于掌握和讲授，也是一门实践性很强的专业。本专业毕业生主要就业岗位有：数控加工工艺、工装设计；数控加工程序编制与调试；数控加工与检测；数控机床安装、调试；数控机床的销售与售后服务；在企业或基层部门从事生产技术管理工作。

学生在学习中如何提高学习质量？如何更好地掌握数控机床应用与维护专业的应用技术并加以应用？作为高等职业院校的教师如何提高数控设备应用与维护专业教学的质量？如何利用现有资源提高学生的实际应用能力？如何在不降低教育教学质量的前提下降低教育教学的成本，提高教学效率呢？我认为在数控机床应用与维护专业的教学中采用理论与实践相结合的方法很重要，在实践教学中数控设备应用与维护专业的操作和培训则是必要的一步。

一、在传统实践教学环节中引入数控系统仿真软件教学

在传统的实践教学中，操作和培训都是在真实的数控机床上进行的。而数控机床属于高技术设备，品种多，价格相对较高，有数控车床、数控铣床、数控加工中心、数控线切割及数控电脉冲等，因此在教学投入上有很大限制，数量不可能很大。而此专业的学生数量又多，这就造成了有限数量的机床难以保证每位学生有足够的上机操作实践时间，同时在真实的机床操作中存在一定的危险和不安全性，实习实训当中的误操作等还会导致设备的故障率上升和设备损坏甚至造成事故，实习当中的设备与材料消耗还造成教学成本的增加。因此在传统的实践教学中操作和培训的效率低，教师工作量大，教学成本高。

在实习实训教学中运用数控系统仿真软件是解决上述问题的有效途径。就数控机床应用与维护专业而言，包含数控机床部分电气设备部分的应用与维护和数控机床的其余部分的应用与维护两大部分，此专业的学生可以通过电工的实习实训完全掌握数控机床的电气设备部分的应用与维护，而数控机床的其余部分的应用与维护则可以利用系统仿真软件进行大量的模拟操作，后只需要进行相对少的时间进行上机操作便能掌握。数控系统仿真软件是通过在计算机上编程和建模，将加工过程与实际机床操作通过三维图形的方式加以演示出来的软件，可以模拟预先设定和修改机床参数，可以模拟数控机床进行仿真操作，可以模拟真实数

控机床的加工过程等等。数控系统仿真软件可在微机平台上应用，可以解决学生没有足够的上机操作实践时间，通过微机上的仿真操作加以补充，提高教学效率，弥补数控机床教学投入数量的不足，降低教学成本。数控系统仿真其核心是虚拟数控机床，在学习过程中为学生提供了完善的学习环境，提供了与真实机床完全相同的界面且功能齐全。因此学生在真实数控机床进行实习实训操作之前介入数控系统仿真软件的学习与练习对学生更好地掌握数控设备应用与维护专业技术很有必要。

二、数控系统仿真软件教学与真实数控机床实践教学的比较

数控系统仿真软件与真实的数控机床相比较，其模拟系统有以下特点：

1.它是一个计算机模拟仿真系统，是一种辅助教学系统，可实现同步教学，通用性强，安装方便，多媒体教学。可以在线对系统软件升级，具有一定的先进性。

2. 模拟仿真系统以计算机为平台，配以丰富和与真实数控机床相同的界面显示，可使抽象内容具体化，具有形象性，可以方便地进入系统，涵盖了多个品牌、多个型号、多种类的数控机床的界面显示。系统中包括国内外大部分数控系统，如：Fanuc、西门子、华中数控等，在主要的三大系统中，又分车床、铣床、加工中心，不同的系统型号的数控机床共

20多种。可以方便地选择，从而能够激发学生兴趣和丰富学习内容。

3. 模拟仿真系统可以以三维形式展示数控机床的结构，可以多功能显示，具有丰富的刀具库，具有与真实数控机床相同的模拟操作功能，可以避免实际操作过程中的不安全性，具有操作提示和错误提示功能，防止误操作。

4. 模拟仿真系统具有使用灵活的考试系统，可联网多机进行，具有记录和分析功能，可轻松实现无纸化的考核、考试和测评。

利用模拟仿真系统可进行如下教学：

1.介绍系统功能及其作用，使学生熟练掌握其使用。

2.机床结构全方位观察。

3.进行各种品牌、种类及型号的数控机床的选择与模拟操作。

4.多个型号的数控机床参数的自动校验与计算。

5.进行手工编程和观察模拟加工过程，程序校验。

6.自定义加工工艺，模拟控制面板操作。

7.加工轨迹动态仿真与三维演示、录制。

8.在线数控机床模拟调试。

9.机床参数修改与故障诊断和处理。

10.考核、考试和测评。

当然，在数控设备应用与维护专业实践教学中引用仿真软件仿真教学也有其自身的不足。数控设备应用与维护专业在实践教学中引用仿真软件可给实习实际实训教学带来许多改变，但必须指出的是，其毕竟不是真正的实际数控机床的操作，本身有不可替代的局限性。必须注意，采用虚拟数控设备仿真系统后，可缩短实习实训过程和时间但决不能完全抛开真实的实习实训过程。这表现在以下几个方面：①无论采用物理仿真还是计算机仿真，其作用原理只是逼近，而不能等同于真实的客观过程；②由于数控设备仿真软件的应用在教学领域的发展还处于初级阶段,不够完善，仿真水平还有待进一步提高。③部分数控操作内容仿真难度极大，仿真过程难以达到实习实训要求。所以，通过搞试点的办法加以摸索和逐步完善，克服不利因数带来的弊端。应将其作为节能降耗、减少成本的手段，在一定范围内进行。一定要给学生安排必须的实际操作实习时间，一方面让学生掌握实际操作，另一方面也是对模拟数控设备的仿真实习实训的检验和提高。

三、仿真软件在职业技能鉴定中的应用

数控操作工按国家职业技能鉴定标准分成两大内容：理论考核和技能考核。其中技能考核分成五个模块：即数控机床操作（利用手工编程加工实际零件）、简单工艺程序编制、数控机床模拟现场排故分析与讲解、CAM自动编程模块。数控机床三、四级操作工技能考核仅考核其中第一模块即手工编程加工零件的数控机床操作模块。如果按常规考核将技能操作考核模块全部安排在数控机床上进行，一般需占用数控机床4-6小时。我们采用数控加工仿真系统软件辅助考试，考生拿到所考核的试题后，先在数控加工仿真系统的数控车（或铣）床上手工编程，检验合格后将程序通过数据传输送入数控机床进行加工，这样减少了在机床上手工编程、输入程序、校验程序、仿真加工的时间，占用数控机床仅约2小时左右，使占机时间至少缩短50%，鉴定效率大为提高，同时也大大提高了鉴定时的安全性。为了减少刀具和材料的消耗、进一步缩短上数控机床操作时间，也可将操作题目分成两个部分，将难度大的部分用手工编程在数控加工仿真系统上模拟加工即可，而将难度较小、用材较少的部分模拟仿真后再在数控机床上加工。

四、总结

结合黑龙江工商职业技术学院电子与电气工程系数控设备应用与维护专业的特点，鉴于数控机床仿真系统具备的功能，针对目前各高职院校的数控设备应用与维护专业教学课程和参加实习实训学生人数不断增加的现实，以及数控设备精密、昂贵的特点，把数控机床仿真系统软件教学引入到实践教学之中，使之用于数控设备应用与维护专业的实习实训教学之中是可行的。这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控设备的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时由于其成本较低，可以大量地配置终端，很大程度上可以解决数控机床数量不足的难题，使学生都能有足够多的实践机会，因此能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。其更大的好处还在于，在实现了同样效果的情况下，使设备故障发生率降低到了最低程度。数控仿真系统的引入，使学生在学习数控编程理论时，课堂与实训的教学变得更加形象、更加具体，提高学生的学习兴趣，教学效果可明显得到提高。在学习实际操作时，由于仿真软件不存在安全问题，这使得学生可以大胆地、独立地进行学习和练习，对学生机床操作能力的培养，起到了极大的提高、加强作用。同时该系统还可以减轻老师的工作强度，减少工件材料和能源的消耗，节约了实践环节的培训成本，效果十分显著。虽然教育教学理念在不断更新发展，教改的道路曲折而具有创新性，相信不久的将来，在数控设备应用与维护专业实践教学中引用仿真软件教学的思路必将转化为实践教学中一种不可或缺的重要教学手段。同时，为了使实践教学更贴近生产，使学生在走上工作岗位后能够尽快适应企业的生产实际，学生的实践教学过程有意识的进行校企合作结成产教关系，下入企业代培训一定时间，利用企业工程技术人员带领同学实习实训，并在教学过程中针对出现的相关问题展开讨论，寻求解决问题的有效途径，充分调动学生的积极性，发挥学生的主观能动性，做到实习实训高效率，使学生感觉到既有动力又具有挑战性，在对掌握对所学知识的灵活应用的同时，还可以进一步熟悉企业的生产过程，

总之，数控加工仿真软件在实践教学和鉴定中的应用尚在起步与研究探索阶段，利用现有条件，只要积极思考在应用中产生的问题并加以分析，主动采取应对措施，是能够正确发挥其在实践教学和鉴定中的作用的，加之与理论教学有效的结合与互补，相信一定能收到良好的教学效果。

参考文献：张吉平，数控加工设备，大连理工出版社，2007.1。

张立娟，数控仿真软件的应用，机电产品开发与创新，2009.1。

王洪波，数控机床电气维修—SINUMERIK810D/840D ，电子工业出版社，2007.12。

彭跃湘，数控机床故障诊断及维护，清华大学出版社，2008.6。

王德发，机械设备控制技术，机械工业出版社，2008.12。

郑晓峰，数控机床及其使用和维修，机械工业出版社，2009.8。