数控编程网上培训范文

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一、绪论

数控技术是一门实践性与工程性很强的课程，是前面所学课程的整合与应用。通过对十几所高等学校的调研，数控技术的教学状况不容乐观，教学模式大致可分为两种：①由于数控系统、数控机床等设备价格昂贵，数控技术的教学基本只限于课堂教学。即其教学模式是以理论教学为主的课堂授课。②由于学校实训基地的建设与数控模拟器的应用，讲理论课的同时适当增加了数控实践教学的比重，课内实验采用模拟编程器，实习可以上机床实际操作。这种教学模式为理论教学结合实践教学。上海大学通过四五年的摸索，将网络平台应用于数控理论与实践教学，取得了较好的效果。采用厂校结合实现理论与实践的紧密结合。经过两年的实践与调研，结果显示，在增加学生的学习兴趣与工程能力方面均取得了较好的效果。

二、数控技术课程的教学改革

1课程理论的网络教学改革

本课程在两年之前建立了数控技术课程网络教学平台。该平台为公共网，学生在家里与学校均能登录。在数控网络平台上设立下面几个板块：数控技术的课程大纲、数控技术的学习要求与参考文献、数控技术的前沿课题、数控技术的相关课程、数控技术的基础知识、数控技术课件、数控技术视频与图片，网络教室、网上答疑、课程公告、课程作业、数控杂志等内容。这些内容可分为三层结构，它们分别是知识理解层、知识应用层与研究学习层。

数控技术大纲主要让学生明确学习的目标、内容等，将以前只有老师指定的内容放到学生面前，使得学生一开始就知道本课程该达到的目的是什么。如课程大纲中提到学习本课程要与机电一体化的工程实践相结合，该内容一方面使得学生在学习的过程中会将所学的理论与实践结合去思考，另一方面也督促教师在讲课时采用理论与实践相结合的方法去讲解。数控技术的前沿课题板块中，介绍一些与数控技术相关的技术内容如无人化工厂（FMF）、计算机集成制造（CIMS）、工业机器人、纳米技术等，以及这些数控技术在国防工业、机电工程等方面的典型应用，使得学生大大增加了学习兴趣和爱国激情，由此产生危机感与紧迫感。数控技术相关课程板块主要介绍数控技术包含了哪几门课的内容，即要学好数控技术，必须将相关课程学好，使得学生一下就明白了数控技术在课程中的地位。网络教室板块是将相关课程的教学课件或授课视频挂于网上，使得学生能在网上将相关课程的内容再进行一次补习。如讲到数控系统的时候，网络教室板块上就上传了微机原理的讲稿，学生将微机原理的复习与数控系统的学习有机地结合起来，一方面能对所学的知识进行一次复习，另一方面理解了原来所学知识的工程应用。网上答疑是老师与学生联系的桥梁，老师每天上网，将学生在作业中、学习中产生的问题作及时回答，同时，老师也及时了解了讲课的效果。数控技术的基础知识板块，是老师让学生自学的内容板块，在40课时中没讲到的内容，老师在基础知识中详细地讲述，学生只要根据老师布置的自学内容，上该板块就可以网上学习。数控杂志内容，主要与外网链接，在每期杂志上，能阅读到数控技术的动态、关键技术的突破状况、典型数控系统的培训等相关内容，大大激发了学生的学习兴趣。技术前沿、网络教室、数控基础知识、网上答疑等板块均为互动板块。如在技术前沿板块，如学生发现最新的内容，可以将其摘录下来，上传到该板块，内容就可以实现共享。为了鼓励更多的学生参与到该学习活动中，将平时成绩的评定与在网上发的帖子相结合，使学生从不自觉到自觉，潜移默化地影响学生的学习方法与学习态度。

2课程实验的网络教学改革

教学实验是对理论学习的有效补充，是培养学生动手能力与思考问题能力的重要环节。一般的学校对实验相当重视，我们也不例外。在数控机床的实验环节的网络教学有两个方面的内容，一种为虚拟实验，另外一种为操作实验。数控技术课程的实验教学，采用虚拟实验与操作实验相结合的方式。

在实验教学中，采用软件实现虚拟的实验教学，如数控机床换刀机械手的机构组成实验。实验采用虚拟实验的形式，教师主要是制订实验的工况、零部件及要实现的目标，学生可以在零件库中选取零件进行组装，最终形成实验目标所要求的换刀机械手形式与功能。

数控编程有其特殊性，数控系统多种多样，虽然系统的性能等方面不同，但其系统指令大同小异，所以，老师在讲理论课的时候一般重点讲授编程方法与技巧。在编程时，学生编制的程序五花八门，各不相同，当然也存在很多的错误，实验老师如果察看每个学生的问题，可能来不及。网络平台就起到了相当大的作用，老师可以将实验的要求、示范编程等内容通过网络实时传送到每台学生机上，学生可以通过讲解与编程切换的方式，将屏幕切到编程界面，就可以进行编程。如果有问题，根据优先原则，可以上传到教师机上，老师可以将修改好的内容发送到该台学生机上，实现了实验中与学生的实时互动。

3课程实践环节的教学改革

实践教学环节，是学生从课本、实验室走向工程实践的一个重要环节，到工厂、生产第一线去，了解数控设备及加工情况，丰富课堂教学内容。课程的实践环节分为两个部分，一为参观型，另外一种为操作型。由于纪律及生产任务等原因，不允许学生亲自动手使用工厂的设备，但通过参观工人的操作与编程，同样得到许多知识与经验。如上海柴油机股份有限公司从国外进口的数控镗床能实现上下、左右、前后及旋转运动，学生通过参观加工与编程，了解了加工过程中指令与动作之间的关系，了解了编程工艺与加工路线之间的关系，理解了对刀点、换刀点、机床原点、编程原点、坐标平移等内容。又如学生在参观上海机电一体工程有限公司的美国辛辛那堤10-VC数控铣削加工中心时，机械手能实现自动换刀，了解了机械手在数控机床上的应用，通过现场教学，学生掌握了数控加工工艺的制订等内容，同时也了解了10-VC铣削加工中心的工作原理、编程与操作方法，理解了直流伺服在数控机床上的应用。

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1.1编制程序缺乏规范性

数控机床加工的主要步骤是对程序的编制，程序的规范性不但影响到机械加工的效率和质量，还可能造成机械事故的发生，在目前的企业数控加工中，可能由于工作人员对指令的熟悉度问题，对代码的掌握程度问题和对机床的熟悉情况问题，导致工作人员缺乏编制程序的规范性，难以符合数控机床的使用功能，同时难以达到编程的技术要求，从而会影响到数控机床的加工效率，进而会影响到数控加工水平的提升。

1.2数控机床的不合理应用

在我国目前的数控加工中，由于数控机床的长期使用或者不正当操作，会影响数控机床的加工精度，在数控机床的使用过程中，由于缺乏合理的数控机床维护方案，缺乏有效的维护，导致数控机床精度会受到影响。同时数控机床在进行加工时，长期加工方案不当会影响机床的使用寿命，种种原因，会导致数控加工水平难以提高。

1.3不合理的换刀方案

在利用数控机床进行大规模的机械加工时，选择合理的换刀方案是保证加工质量的有提高数控加工技术水平的有效方法文/刘锋提升数控加工水平可以有效的提升机械加工效率，同时可以有效的提高企业的生产效益。本文主要对影响数控加工水平的因素和提高数控加工水平的措施进行介绍，以期我国企业能够合理的提升机械加工水平，促进企业持续的发展。摘要效方法。但是在目前的数控机械加工中，由于换刀的路径不合理，导致增加了数控机床的换刀时间，从而影响了数控机床的加工效率，另外，对刀具的选择不合理也影响到机械加工的质量，例如可能由于工作人员对刀具的选择缺乏较为理想的掌握，在进行数控机械加工时，选择错误的刀具，会影响加工的质量，甚至会损坏数控机床。

2提高数控加工水平的措施

2.1加强刀具的应用合理性

在运用数控机床进行机械加工时，往往是进行大批量的生产，刀具的选择不合理，难以保证数控机床的加工质量，进而会影响到企业的生产效益。因此，在数控机床进行机械加工时，需要选择合理的切削刀具，才可以保证加工的精确性和数控机床的稳定性。目前，国内数控机床加工全部向着高效率、高硬度和高功率方向发展，对数控机床提出的要求越来越高，需要数控机床在进行加工时，必须具有较高的效率和较低的损伤。因此，在数控机床刀具的选择中，要尽可能的使用进口合金刀具，因为合金刀具具有较高的强度，可以较好的满足数控机床的加工要求。另外，在机械数控技术的加工中，并不是全部的加工方式都选用球头型刀具，选择合理的加工刀具不但可以提高机械加工的效率，还可以保证机械加工的质量。例如在选择球头型刀具进行曲面加工时，由于球头型刀具的顶端缺乏有效的切削力和切削速度，就需要对程序进行较为精确的编制，需要缩短刀具的间距，在一定程度上增加了加工时间，因此在进行加工刀具选择时，需要根据刀具的特性结合产品的特性来进行选择，只有选择符合条件的加工刀具，才可以有效的保证加工质量，进而可以提高企业的生产效率。

2.2加强数控机床管理

数控机床是传统机床的技术创新，虽然数控机床是在传统机床的基础上改造的，但是对数控机床的管理方法要与传统的机床管理方案区别开，否则可能会对数控机床产生一定程度的损坏。在数控机床的管理中，要运用科学的管理手段才可以保证数控机床的使用寿命，对数控机床的科学管理方法一般是采用集中管理方式，对于部分实力雄厚的企业，可以采取计算机集中的方式对数控机床进行管理，计算机集中管理是指利用计算机对相关加工信息进行整合并且经过信息共享处理，可以使员工在网上进行技术交流，从而可以有效的减少生产前的准备措施，可以在一定程度上提高企业的生产效率，将数控加工技术和计算机技术的有效结合，可以利用计算机的网络技术来实现技能的培训和技术的交流，可以开拓员工的视野，可以使员工掌握更为先进的加工手段，进而可以缩短企业的生产时间，提高企业的生产效益，是提高机械数控加工水平的主要手段之一。

2.3加强人才培养

在数控机床的加工中，人为操作是起着主体作用的，具有不同数控素质的人才具有不同的数控加工水平。就编程而言，具备较高数控专业素质的人才可以提高编程的质量，减少加工的时间，进而会提高数控机床的加工水平，同时合理的编程可以实现最佳的加工路线，可以保证数控机床的使用寿命，也可以保证加工质量的精确性。因此，企业应该制定合理的计划，加强对人才的培养，对技术人才要严格把关，同时要不断的对员工进行培训，在企业的培养人才计划中，可以专门设立一个技术培训机构，使员工可以在休息时间进行技术的培训，同时可以在车间设立专业的培训人员，使员工在数控机械加工的过程中，可以得到技术的指导，最为重要的是可以在网上设立交流平台，要在网络平台中不断的引进先进的技术经验和编程经验，通过种种手段，可以使员工不断的提升专业素养，进而可以不断的提高数控加工水平，为企业创造更大的经济价值。

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根据调研情况，我们可把数控技术人才分为三个层次：

1.“蓝领层”——“蓝领层”是指在生产岗位上承担数控机床的具体操作及日常简单维护工作的技术工人，在企业数控技术岗位中占75%，是目前需求量最大的数控技术人才。

所需知识与能力结构：掌握数控机床结构的基本知识和机械加工与数控加工的工艺知识，具备数控机床的操作、日常维护和手工编程的能力，了解数控加工的自动编程。这类数控技术人才可通过中等职业教育来培养，企业也可依靠自身力量从普通机床操作工中培养。

2.“灰领层”——“灰领层”是指在生产岗位上承担数控编程的工艺人员和数控机床维护、维修人员，这类人员在企业数控技术岗位中占20%，其中数控编程工艺员占9%，数控机床维护、维修人员占11%。

所需知识与能力结构：

数控编程工艺员：掌握数控加工工艺专业知识和一定的模具制造基础知识，具备数控机床的操作、日常维护和手工编程的能力，能运用至少一种三维CAD/CAM软件进行三维造型和自动编程。此类人员在模具行业尤其受欢迎，待遇也较高，这类数控技术人才可通过高等职业教育来培养。

数控机床维护、维修人员：掌握数控机床的工作原理和结构知识，掌握主要数控系统的特点、接口技术、PLC、参数设置和机电联调知识。具备数控机床的操作、手工编程和数控机床的机械和电气的调试和维护维修能力。此类人员需求量相对少一些，但也非常缺乏，是企业（特别是民营企业）的抢手人才，待遇较高。由于此类人员专业知识与技能要求较高，可能通过本科或高职教育作基础培养后，经企业大量实际工作经验积累不断提高。

3．“金领层”——“金领层”人员具备并精通数控操作、数控工艺编程和数控机床维护、维修所需要的综合知识，并在实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广；精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调；能自行完成数控系统的选型，数控机床的安装、调试、维修和精度优化；能独立完成机床的数控化改造；适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。

二、数控技术专业人才的学历状况

调研数据表明，7.89%的数控技术人才为中职及以下学历，63.16%为高职学历，仅有13.16%为本科学历，本科以上学历占15%。可以看出，企业对中职和高职学

历的人才需求量最大，故中等和高等职业技术教育在数控技术人才培养方面大有可为。

三．数控技术人才的来源渠道

调研数据表明，企业现有数控技术人才中，从人才市场招聘的员工的占18.42%，网上招聘占13.16%，而直接从学校招收的学生占55.26%，通过中介机构招聘的占13.16%。这说明：

1. 职业院校是企业招收对口专业员工的主要渠道，所以职业院校应该进一步拓展办学功能，加强校企合作，根据企业用人“订单”培养人才，也要为企业职工提供在岗、转岗数控技术培训。

2.职业院校学历教育培养的数控人才还很难完全满足企业的需要。刚走出校门的毕业生，具有不同程度的英语水平、计算机应用能力、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，但由于在校期间难以积累工艺经验，实际动手能力差，难以满足企业对数控人才的要求。

四、对工作能力和职业素质的要求

通过调查，我们发现企业对毕业生的实际工作能力关注度为60.53%，对职业素养的关注度为65.79%，对学习能力的关注度为60.53%，对组织管理能力的关注度为21%，对创新能力的关注度为50%，数据表明，企业最注重毕业生的实际工作能力和职业素养，企业对毕业生的综合素质要求越来越高，企业往往要求毕业生能够同时拥有多方面的技能，要求基本功扎实，应用能力较强，能够团结协作，富于开拓和创新精神，要敬业爱岗，踏实肯干，吃苦耐劳，实际动手能力强，综合素质高，具有很强的社会竞争力。，在业务方面和专业技术方面占有较大的优势，具体而言要思想积极，政治素质高，思维活跃，视野开阔，创造性强，有较强的组织能力和综合表达能力；善于钻研，谦虚谨慎，勤学好问，能发现问题及时解决问题，能将所学知识与实际工作紧密结合起来，在业务中起骨干带头作用，生活作风正派，人格健全，有较好的人际关系；整体观念强，有团队协作精神。

五、企业对我校毕业生的综合评价

为了更准确了解我校往届数控技术专业毕业生的工作情况，我们利用此次实地考察的机会对往届毕业生进行了一次回访，并进行了企业对我校数控专业毕业生综合评价的问卷调查。调查的统计数据显示，企业对我校数控专业毕业生的整体情况的评价较好，满意度较高。综合评价为60.53%满意，34.21%一般，5.26%不满意。数据说明数控专业毕业生在社会中的反应良好，基本能经得起社会的检验，基本能够胜任本职工作，适应相关岗位的要求。用人单位对数控专业毕业生的职业道德、专业业务知识和基本素质较为认可，毕业生在企业中能够表现出较高的职业素养和职业能力，数控专业开展的职业素质教育对学生今后的就业工作起到了积极的作用。

六、存在的问题及改进措施

在调研中我们发现，从总体来讲我校数控技术应用专业的人才培养目标和培养模式是正确的。但是在具体实施的过程中也还存在一些问题和不足。

1、学生专业理论知识转化能力较差，很难将专业知识应用到实际工作中；

2、学生对技能的熟练程度和企业的要求有距离；

3、学生在学校进行的专业实训和企业真实的生产环境有距离；

4、学生专业面不宽，造成就业口径过窄。

为了达到教改方案的培养目标和业务规格要求，我们将采取以下措施。

1、紧扣两个环节。要培养面向生产第一线，专业实践技能强，具有良好职业素质的应用性实用型人才。决定了学校课程设置的架构必须紧扣“实用”、“实训”两个环节，把岗位技能培养融入到课程体系中去，使课程教学与技能培养充分“对接”。

2、完善和加强数控专业的实训室建设

我校数控专业虽然有了多个实训室，但是在设备数量上和设备先进性上还有差距。还应该建立数控综合实训室，包括数控线切割机、数控雕铣机、快速成型机等设备，以实现和企业的无缝对接。

3、坚持开放式的办学体系，实行校企联合，产、学、研一体化 虽然我校在数控专业的实训上投入了较多的资金，实训设备条件也相对较好，但是和企业的真实环境总是有距离的，作为学校不可能投入太多的资金。我们可以利用校企联合、工学结合的方式实现产、学、研一体化。在办学中坚持学校走出去，老师走出去，学生走出去，课程要走出去。同时，我们也可以把专家学者请进来作高层次的学术报告，也可以请有公司一线工作实践经验的工程师来给我们的学生讲学，一些课程也请外面工程师来上，甚至可以让企业办到学校来。

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引言

随着我国改革开放的进行，我国经济水平迅速提高，科学技术水平迅速提高，在我国的市场经济体制下，我国科学技术越来越多地应用到我国机械加工行业之中，数控加工技术就是这些科学技术中具有代表性的科学技术，并且随着我国政府对机械制造产业的大力支持，导致机械数控加工技术在机械制造产业中的应用越来越广泛，本文分析了机械数控加工技术的问题，并提出了相应解决措施。

一、对机械数控加工技术的认识

全面了解数控技术是提高机械数控加工技术水平的基础，数控加工技术打破了我国传统加工技术的约束，我国目前的机械数控加工技术一般是利用数字化管理技术和软件相互配合来加工复杂的型面。机械数控加工技术能够促进生产效率的提高，还能促进产品质量的提高，使我国当下的工业机械自动化水平迅速提高。

二、我国当下机械数控加工技术出现的问题

1.人为因素引起的问题

从时间上看，我国当前的机械数控技工技术还处在发展阶段，由于我国的机械数控加工技术已经在机械加工领域得到广泛推广。但是由于人为因素会导致部分机械数控加工设备陈旧，为了减少此类现象的发生，需要相关工作人员定期对机械数控加工设备进行检查工作，及时发现设备存在的问题并针对该问题提出科学合理的解决办法，保证处在使用中的机械加工设备能够满足机械数控加工技术的使用要求，保证机械加工产品的质量。

2.换刀问题

换刀方法具有简单容易操作的特点，能够提高机械数控加工的效率，保证加工产品的质量合格。换刀时容易出现这样那样的问题，尤其需要注意布置好走刀线路、刀具的摆放位置和刀具的更换顺序，从而做到良好的控制换刀过程的各种影响因素，防止其对机械数控加工过程产生负面影响，促进机械数控加工产品制造效率的提高。

3.机械程序编写存在的问题

机械数控加工设备的程序编写质量是提高机械数控加工效率的前提，我们要从编程人员操作水平、技术培训和实用性的角度进行机械程序的编写工作。要保证编程人员具有熟练的操作技术，能够完全掌握数控机床包括隐藏功能在内的所有指令，相关管理人员就需要了解技术人员的技术水平，并进行相关培训，保证技术人员的水平能够进行实际操作，要根据实际工作的过程中的实用技术来进行机械程序编写工作，提高机械数控加工的质量。

三、提高机械数控加工技术水平的方法

1.对加工流程进行科学化管理

机械数控机床对比传统机床来讲区别还是相当明显的，如果采用传统机床的管理方法对机械数控加工机床进行管理，就有可能对机械数控加工机床产生巨大的影响，因此在实际管理过程中应该对机械数控机床采取适宜的管理方法对其进行管理，主要是通过集中式管理方法或者计算机集中式对其进行集中管理，在条件允许的情况下，计算机集中式管理师最好的选择，下文主要对计算机集中管理式做主要介绍，计算机集中管理式就是利用计算机技术对数控机床作业中的相关信息进行整合实时对信息实现共享，从而使技术人员可以实现网上办公交流，并且可以实现随时办公，节约人力物力财力，同时还可以对物流线路进行有效的优化，从而实现整体企业生产效益和人员配置的整体优化提升。

2.应该定期对专业人才进行培训

任何一项任务的完成都需要人对其进行有效的指导，对于机械数控机床加工来说也是一样，人才是任何一个企业的核心，同时也是企业发展的核心，因此如果一个企业想要取得长足的发展就必须重视对人才的培训，而在机械数控机床加工中，不论是机械数控机床电脑编程还是实际操作过程中，专业人才的专业知识都是必不可少的。在实际过程中，工作人员如果没有进行专业培训是很难胜任这项工作的，并且如果工作人员的技术素养达不到要求，生产出来的产品质量也是难以得到保障的，同时还有可能因为误操作而导致设备损坏等情况的发生，降低设备使用寿命，上述所有情况都要求机械数控机床这个行业中必须重视对机械数控机床专业人才的职业素养培训，通过高薪聘请专业人才等手段，对工作人员的加工技术进行技术指导，加强人才培训力度，从而保证人才质量，提高施工技术，进而保证产品质量，使企业能够稳健发展。

3.合理选择进行切削的刀具

除了提出了以上两点改进措施外，合适的切削刀具能够对机械数控加工技术水平的提高产生重要影响，我国当下的机械数控加工技术正向着高速化、高刚性化和大功率化发展，由于这种发展趋势，就对机械数控加工设备的刀具提出了更高的要求，要求切削刀具必须在不损害自身性能的前提下进行高强度的切削加工作业。根据这个要求要进行切削刀具的选择，可以采用硬质合金材料作为切削刀具的制作材料，如果在经济条件和物质条件都允许的情况下，则可以尽可能选用更为坚固、耐磨的刀片，例如陶瓷刀片、立方氮化硼刀片，进而为提高机械数控加工技术提供更好地保证。

在进行切削刀具的选择时，还需要注意针对数控加工的方式来选择合适的刀具，例如球头型刀具则不是适用于所有数控加工技术，球头型刀具顶部切削速度低，通常把刀具的切削行间距调小以适用于精密的数控加工技术，相对应球头型刀具有机械数控加工效率低下的弊端。从上述分析可以看出需要根据实际操作的机械加工技术来进行切削刀具的选择。

结语

综上所述，随着我国科学技术水平的不断提高，机械数控加工技术在实际的机械数控加工工作中应用越来越多，越来越多的企业利用机械数控加工技术来进行各种部件的加工，虽然在使用机械数控加工技术的过程中还存在相应问题，但是相关部门已经加大了对机械数控加工技术的研究力度，相信通过对出现问题进行科学地研究后我国科学家会研究出相应的解决办法，结合管理部门科学的管理办法，会提高机械数控加工技术的使用效率，促进机械加工产品质量的提高，进一步促进机械加工产业的发展。

（作者单位：福建铁路机电学校）

参考文献：

[1] 祝成峰.论提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].机电信息，2012，27：104-105.

[2] 张志辉.提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].黑龙江科技信息，2014，15：50.

[3] 蔡志兰.提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].科技风，2014，09：244.

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中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号: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

在当今中国,技工教育受到全社会的高度重视,知识、技能和创造得到了充分的尊重和发挥,一个有利于技工教育发展的良好氛围正在形成。

随着经济全球化进程的加快,21世纪的中国已经成为全世界的制造中心,我国要想扮演好这个世界制造中心的角色,一大批高素质技术工人必不可少。现代产品的更新换代的周期已经完全的颠覆了一些人所能够承受时间概念高科技产品更是源源不断的推陈出新。传统的技工培训模式已经不能挑起这么艰巨的任务,亟待开发新的培训模式。

诸多难题阻碍着现代技工教育的发展,至今技工学校还没有走出一条适合中国国情的发展道路。我想基于虚拟现实技术的虚拟培训或许可以解决难题实现破冰,推动技工教育的良好的发展。

1 虚拟现实概念及特征

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是1989年美国的J.Lanier(后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长)提出的,国内也有人译为“灵境”,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。

虚拟现实有三个突出的特征:沉浸性、交互性、构想性。

2 桌面虚拟现实与虚拟培训

桌面虚拟现实(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在个人计算机和低级别的工作站上进行环境仿真,依靠计算机的屏幕提供给用户一个虚拟的平台,运用虚拟现实的输入设备实现与虚拟世界场景之间的交互。

虚拟现实技术是利用计算机生成极为逼真的环境,通过生动的视觉、听觉、触觉等效果以及随参与者的动作而变化的场景使人获得身临其境的感觉。现阶段由于完全的虚拟现实系统价格昂贵目前只用于科学研究,其中基于虚拟现实技术的培训(简称虚拟培训)采用增强现实的虚拟现实系统(也称桌面虚拟现实)改变了原有的培训方式,为用户提供一个直观、友好的图形化培训环境,适应社会需求。使得用户在计算机提供的逼真的三维虚拟环境中熟练掌握某一装置或某一系统的操作使用方法。大大减少了技工培训中的各种资源的消耗提高了培训质量和培训效率,有助于实现对于危险作业或不具备试验条件的高级培训。

3 职业技能培训

职业技能培训是现代经济增长的不竭动力。著名经济学家舒尔茨在考察经济增长的主要原因时指出:对人力资本的投资是最重要的生产性投资,也是经济增长不竭的动力。根据人力资本理论,人力资本比物质、货币等资本要素具有更大的增值空间,因为作为“活资本”的人力资本,具有创新性、创造性,具有有效配置资源、调整企业发展战略等市场应变能力。因此,职业技能培训是人力资本投资的一个组成部分,而且职业技能培训是实现终身教育,建设学习型组织的主要教育形式,其良性发展能满足社会经济发展对高素质、技能型人才的需要,必然对GDP增长带来更高的贡献率。

4 虚拟培训系统的开发过程模式探究与设计实例

虚拟培训系统是利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现,也可以是虚拟构想的世界。受训人员通过与虚拟环境进行交互获得经验达到学习和培训的目的。

4.1 虚拟培训系统的开发模式

在中国知网上以虚拟培训系统开发模式为检索词分别以题名和全文项进行精确查找,查找结果都是没有相关的文献资料,通过阅读虚拟培训系统的相关论文资料后也没有发现关于虚拟培训系统开发模式的有关论述。通过阅读虚拟培训系统的相关文献,比较各种虚拟培训系统的开发过程,结合本人实际的设计经验总结归纳出虚拟培训系统开发模式。如图1所示。

虚拟培训系统的开发过程大致分为四个阶段:首先,对将要开发的课程进行系统分析,其中包括对学习内容的分析判断虚拟培训系统是不是内容表现的最佳选择。如果可行就要继续将学习内容进行必要的分解分成若干的模块和单元,这样有利于将复杂的任务简单化使整个任务比较容易的得以实现;另外要对学习任务进行分析即通过培训要求学习者掌握的知识经验的总和并为接下来的教学策略的选择提供支持,在这项工作中还需要明确学习者要掌握预期的知识经验需要学习的各种理论知识、动作要领、技能流程以及必须完成的操作练习。其次,同时进行3D图像建模与交互的设计与实现两个阶段的工作。这两个阶段也是系统开发的两条主线,在3D图像建模阶段依据前期的素材的准备运用3D建模工具开发虚拟学习环境。这个阶段是整个开发过程中工作量最繁重的一个阶段,需要开发人员熟练掌握3D建模工具,通过反复细致的设计修改才能开发出逼真的虚拟环境。要根据学习者的特征(不同群体适应不同的交互方式)依据相关的交互理论运用恰当的交互工具科学合理的进行设计与实现。交互的设计与实现阶段要特别的引起重视,因为大部分学习任务的完成都有赖于系统的交互功能,交互设计的好坏与最终的学习效果有着直接的联系。最后,是系统的合成与调试,这一阶段能够保证系统顺利的得以实现并应用在教学中。在该阶段中包括了将必要的教学策略、理论知识以及一些必要的文字说明嵌入到系统中使它真正成为一个用于教学的工具。在调试是比较繁杂的工作,需要我们有足够的耐心和精益求精的精神通过不断的发现问题解决问题使系统不断的得到完善保证系统发挥最大的作用。

4.2 虚拟现实系统的设计实例

4.2.1 案例简介

数控机床是技工培训中的重要课程,由于数控技术较为复杂所以学习难度比较大,学员往往要用很长的时间来了解数控机床的工作原理之后才能够进入现场实际操练或是根本找不到相应的设备操练。我们设想开发这样一个虚拟训练系统使学员能够利用电脑实现理论与实践相结合,通过使用这么一个系统学员能够掌握数控技术的基本理论知识、数控机床的组成及工作原理、基本的操作练习。让学员在进入实训现场之前形成必要的知识经验的准备,增强训练的针对性提高培训效率。

4.2.2 设计构想

该虚拟训练系统首先呈现出的是数控技术的基础知识和数控机床的工作原理,此处用带有碰撞的行走动画来表现。围绕数控机床的工作程序来设计活动和交互,在给出零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后学员被要求编制出零件加工的数控程序单。对于形状复杂的零件,学员可以在计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计;编好的数控程序学员会被要求输入到数控装置的一种存储载体上,用动画形式抽象表现数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理,输出各种控制信息和指令给驱动装置,经功率放大后按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件;再用动画显示位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动;学员在呈现的辅助控制操纵界面中按下按钮后随之会发生相应的变化比如刀具的转换、指令交换工件和机床部件的松开、夹紧等动作。在以上几个步骤中适时现实必要的文字补充材料以便于学员理解。

4.2.3 技术实现

本系统的开发工作主要集中在虚拟场景建模、虚拟动画的制作以及交互的设计与实现三个环节。

在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常强大的完全能够满足桌面虚拟现实系统的建模需求。在虚拟动画的制作方面,可以用普通的动画制作软件如flash等。但是这样就存在一个不同格式文件相融合的问题,如果直接用3DSMAX制作的话相对来说会比较容易。在交互方面,较为简单的交互可以将MAX格式转换成VRML格式通过VRML内部的交互传感器来实现。在一些较为复杂的交互实现上编程语言更具优势,但是难度也是很大的。有很多交互我们根据学习任务要进行设计的但是实现起来难度很大,我们就要灵活掌握通过对能够实现的交互功能进行有限的组合达到预期的效果。在交互的设计实现过程中还要重点关注的一个问题就是有效的教学设计的使用。

5 结束语

全文主要探讨了虚拟现实技术应用于技工技能培训的新模式,介绍了虚拟培训系统的开发过程,至于具体的应用于技工教育的虚拟培训系统(软件)的设计和开发我们正在进行进一步的研究。

参考文献:

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