數(shù)控仿真軟件在中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

陶亮亮

(江蘇省東海中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 東海 222399)

0 引言

隨著我國裝備制造業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控技術(shù)要求越來越高，對數(shù)控技術(shù)技能型人才需求日益凸顯。教學(xué)過程中，數(shù)控專業(yè)課程的教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)環(huán)境的質(zhì)量直接影響學(xué)生專業(yè)知識掌握和技能水平，且需要必要的數(shù)控機床和實訓(xùn)時間保證，但傳統(tǒng)的數(shù)控專業(yè)課程教學(xué)資源有限，無法完全滿足數(shù)控技能人才培養(yǎng)的需要，是數(shù)控技能人才培養(yǎng)所面臨的突出問題。數(shù)控仿真軟件是利用計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動化技術(shù)及機械加工技術(shù)于一體，模擬數(shù)控加工過程為主要功能的數(shù)控專業(yè)教學(xué)資源，通過高度還原實景、三維動態(tài)仿真及實時動態(tài)加工等模擬數(shù)控機床的各項功能和操作流程，切實解決教學(xué)資源不足，全面滿足數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)要求[1-3]。

1 中職院校數(shù)控教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 師資力量不足

隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)在機械制造企業(yè)得到普及化應(yīng)用，對數(shù)控技術(shù)技能型人才需求日益凸顯，對中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)的要求也越來越高。但由于我國中職院校歷史性的師資結(jié)構(gòu)、學(xué)科分類和資源分配等因素，部分中職院校數(shù)控專業(yè)是傳統(tǒng)機電一體化專業(yè)或機械加工專業(yè)過渡而來的，存在專職教師老齡化嚴重、技術(shù)技能型人才短缺、教育教學(xué)資源陳舊、數(shù)控機床設(shè)備不足等問題，嚴重影響中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和數(shù)學(xué)能力的全面發(fā)展。

1.2 教學(xué)方式單一

隨著中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)改革的實施，現(xiàn)代化數(shù)控專業(yè)教學(xué)模式不斷探索和實施，但是部分中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)仍停留在傳統(tǒng)的教學(xué)方式上，教師在課堂上占主導(dǎo)地位，以滿足教學(xué)大綱的知識點作為教學(xué)過程的重中之重，學(xué)生在課堂上缺乏對知識思考，以一位教師、一臺機床、多人一組作為傳授知識的模式。為了滿足專業(yè)技能的考核，單純地記錄專業(yè)知識、學(xué)習(xí)操作方法、忽視專業(yè)技能訓(xùn)練、知識方法轉(zhuǎn)化與理論聯(lián)系實際等相結(jié)合，導(dǎo)致中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)效率低，學(xué)習(xí)效果差等問題突出。

1.3 教學(xué)模式陳舊

隨著國家對技術(shù)技能型人才重視程度增加，高職院校和中職院校的社會地位不斷得到提升，國家和地方財政的投入逐步增加，職業(yè)院校的教學(xué)模式不斷深化與調(diào)整。但是部分中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)仍停留在先講理論再進行實踐操作的傳統(tǒng)教學(xué)模式上，無法適應(yīng)職業(yè)院校生源的文化素質(zhì)基礎(chǔ)不足、生產(chǎn)實踐經(jīng)驗缺乏的主觀問題，職業(yè)院校課堂教學(xué)，往往是教師講的頭頭是道，學(xué)生聽的昏昏欲睡，導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教材上的知識完全沒有興趣，缺少學(xué)生的實踐鍛煉機會，嚴重影響中職院校數(shù)控專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣激發(fā)及專業(yè)技能的強化[4-5]。

2 數(shù)控仿真軟件在中職教學(xué)中應(yīng)用必要性

目前，中職院校數(shù)控教學(xué)仍存在很多問題，數(shù)控專業(yè)教學(xué)過程中，在理論教學(xué)和實踐教學(xué)持續(xù)改進的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重視實踐教學(xué)環(huán)境和實際操作學(xué)時的優(yōu)化。數(shù)控仿真軟件是打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，促進理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機結(jié)合的紐帶，以數(shù)控仿真軟件作為中職院校數(shù)控教學(xué)的實踐平臺，通過計算機圖形轉(zhuǎn)換模擬數(shù)控機床對零件的仿真操作和虛擬加工過程，并對仿真加工后零件的正確性進行科學(xué)評價，對中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[6-8]。

2.1 有利于熟悉機床基本操作

中職院校傳統(tǒng)數(shù)控專業(yè)教學(xué)過程中，一位教師演示講解、一臺機床循環(huán)運動、多名同學(xué)圍觀學(xué)習(xí)、一個環(huán)境多個項目同時教學(xué)等，導(dǎo)致每一位學(xué)生注意操作熟悉數(shù)控系統(tǒng)、機床操控面板及基本操作流程需要耗時較長，教學(xué)效率較低。數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件，通過數(shù)字化虛擬仿真環(huán)境，具有與真實數(shù)控機床運動完全相同的仿真功能，一比一還原的數(shù)控機床操控面板，高度仿真的數(shù)控刀具、刀架、夾具及機床附件，通過計算機、鍵盤、鼠標(biāo)實現(xiàn)真實模擬數(shù)控刀具切換、工件裝卡、主軸運動、切削加工、工作運動，動態(tài)觀察實際的加工流程，且數(shù)控仿真軟件具有撞刀判斷、超行程保護功能及誤操作報警功能等。在同一教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生可同時操作，反復(fù)練習(xí)，模擬加工，有利于熟悉數(shù)控機床的基本操作，掌握基本加工技能，為數(shù)控機床的實際操作打下了扎實基礎(chǔ)。

2.2 有利于熟悉多種機床與系統(tǒng)

隨著數(shù)控機床發(fā)展，數(shù)控機床的系統(tǒng)和種類不斷更新，中職院校數(shù)控專業(yè)的教學(xué)過程中，要求學(xué)生掌握多種數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的操作技能，由于教學(xué)資源分配和教學(xué)成本等原因，中職院校不可能完全具備多種不同類型數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床，缺乏與時俱進的數(shù)控教學(xué)資源。數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件，通過數(shù)據(jù)資源不斷更新，全面涵蓋實際工業(yè)生產(chǎn)普遍應(yīng)用的數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)，依據(jù)企業(yè)實際需要，適時調(diào)整相應(yīng)的機床和系統(tǒng)對學(xué)生進行數(shù)控專業(yè)教學(xué)，有利于學(xué)生熟悉多種數(shù)控機床及系統(tǒng)，提高學(xué)生對不同數(shù)控機床和系統(tǒng)適應(yīng)能力，拓寬中職院校學(xué)生的實際操作經(jīng)驗，滿足不同企業(yè)的就業(yè)需求。

2.3 降低教學(xué)成本，提高學(xué)習(xí)效率

相比普通機械加工機床和機電一體化設(shè)備，數(shù)控機床種類多、成本高，中職院校數(shù)控專業(yè)的教學(xué)過程中，數(shù)控機床配件及常用刀具耗損量大，且中職學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐能力各不相同，初學(xué)者直接操作數(shù)控機床，經(jīng)常出現(xiàn)刀具撞刀、工件飛出、機床損壞及材料浪費等現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)控專業(yè)的教學(xué)成本較高，甚至因操作失誤造成機床故障和安全事故。數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件進行技能操作訓(xùn)練，通過中職院校CAD/CAM機房及學(xué)生個人電腦等，充分保證每一位數(shù)控專業(yè)學(xué)生的操作時間，緩解中職院校數(shù)控機床數(shù)量不足問題，降低實訓(xùn)成本，節(jié)約教育資源，提高實訓(xùn)效率，避免機床損壞，保證實訓(xùn)教學(xué)安全，改善傳統(tǒng)的中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)模式和教育教學(xué)資源優(yōu)化配置等，促進中職院校數(shù)控專業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.4 促進師生互動，提高教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的數(shù)控專業(yè)課堂教學(xué)過程中，數(shù)控專業(yè)教師進行演示講解，通常是一位教師負責(zé)一個或幾個班級，由于數(shù)控專業(yè)學(xué)生數(shù)量較多，難以保證每一位學(xué)生都能“聽的清、看的見”，清晰記錄每一個教學(xué)環(huán)節(jié)操作流程和注意事項，導(dǎo)致傳統(tǒng)數(shù)控專業(yè)實訓(xùn)互動性不足，教學(xué)效果不理想。數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件促進數(shù)控專業(yè)理論教學(xué)和實踐操作相互融合，通過仿真軟件一邊演示一邊教學(xué)，讓中職學(xué)生充分理解數(shù)控機床工作原理、基本運動和操作方法等，通過仿真軟件動態(tài)仿真數(shù)控加工的走刀過程、運行軌跡和操作指令等，使中職學(xué)生加深對數(shù)控加工的認識和加工經(jīng)驗的積累，同時，教師通過自己屏幕上的軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)觀察每位學(xué)生的聽課狀態(tài)，記錄學(xué)生的操作問題，了解實訓(xùn)教學(xué)的課堂情況等，針對性的指導(dǎo)每位學(xué)生，實現(xiàn)教學(xué)同步、師生互動交流、使數(shù)控專業(yè)的抽象內(nèi)容形象化，提高中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)質(zhì)量。

2.5 有利于構(gòu)建科學(xué)評價體系

傳統(tǒng)數(shù)控專業(yè)考評過程中，專業(yè)教師的主觀性占比較大，數(shù)控專業(yè)學(xué)生數(shù)量比較多，學(xué)生的某一次操作或某個環(huán)節(jié)對學(xué)生考評結(jié)果影響較大，無法實現(xiàn)絕對客觀公正的評價每一位學(xué)生的表現(xiàn)，影響數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)的科學(xué)評價。數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件，通過仿真軟件實時記錄每一位學(xué)生全過程的聽課狀態(tài)、操作時間、課堂表現(xiàn)等情況，真實評價每一位學(xué)生的平時成績，通過仿真軟件的考評系統(tǒng)，教師進行題庫隨機出題，設(shè)置評分標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生進行考核，實現(xiàn)試卷保存、自動評分、成績查詢和數(shù)據(jù)分析，有利于構(gòu)建科學(xué)合理的數(shù)控專業(yè)教學(xué)評價體系，對每一位學(xué)生的知識掌握程度和實踐操作技能進行科學(xué)評價。

3 數(shù)控仿真軟件在中職教學(xué)中應(yīng)用思考

數(shù)控仿真軟件在中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)資源不足，無法完全滿足數(shù)控技能人才培養(yǎng)需求，對中職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)的健康、可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用。但與真實數(shù)控專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)相比，首先，數(shù)控仿真軟件實訓(xùn)是模擬理想的加工過程，數(shù)控專業(yè)學(xué)生通過數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行毛坯零件裝卡、功能演示、數(shù)控編程和操作訓(xùn)練，經(jīng)常忽視實際加工過程中毛坯件選擇、刀具的選用、零件的裝夾、工藝規(guī)程等機械加工問題，導(dǎo)致實踐操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)工件質(zhì)量較差、打刀、撞刀等不規(guī)范和不安全現(xiàn)象；其次，仿真軟件是利用智能化的計算機完成數(shù)控加工各個流程，出現(xiàn)問題會及時報警，提示操作者注意或自動停止加工，容易讓學(xué)生放松對安全生產(chǎn)的要求，導(dǎo)致實踐操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)損壞機床，甚至人身安全事故。因此，對數(shù)控仿真軟件在中職教學(xué)中合理應(yīng)用的幾點思考。

3.1 仿真教學(xué)與實踐教學(xué)時間合理安排

中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)是理論教學(xué)模塊和實踐教學(xué)模塊相結(jié)合的教學(xué)模塊。在教學(xué)內(nèi)容安排上，首先，學(xué)生進行基礎(chǔ)理論課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)數(shù)控專業(yè)基礎(chǔ)編程和加工工藝方面的理論知識，掌握數(shù)控專業(yè)常用的編程指令和編程方法；其次，學(xué)生利用數(shù)控專業(yè)仿真軟件進行模擬實踐，讓學(xué)生及時掌握理論知識和實際操作過程中的操作要點，滿足大部分學(xué)生對知識轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的學(xué)習(xí)愿望；最后，合理安排教學(xué)資源和學(xué)生課時，通過實訓(xùn)現(xiàn)場與數(shù)控機床相結(jié)合，進行真實工件的加工，通過仿真教學(xué)與實踐教學(xué)時間合理安排，全面提高中職學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)技能。

3.2 數(shù)控仿真軟件規(guī)范使用

中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中數(shù)控仿真軟件可實現(xiàn)數(shù)控加工的全過程，教學(xué)大綱要嚴格規(guī)范教學(xué)流程，教師按實際生產(chǎn)要求和操作流程嚴格要求學(xué)生正確操作仿真系統(tǒng)并計入考核評價體系，讓學(xué)生做到“合理選擇毛坯零件、正確零件工裝、合理選擇切削用量、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控加工工藝”的規(guī)范操作流程，進行仿真訓(xùn)練和仿真軟件的使用；在教學(xué)的過程中，教師按著實際生產(chǎn)要求和操作流程嚴格實施，及時提示學(xué)生各個環(huán)節(jié)的操作方法和操作技巧，明確仿真訓(xùn)練與實際加工不同，詳細講解說明注意事項，防止實操中出現(xiàn)問題。在中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中，科學(xué)、合理、規(guī)范應(yīng)用仿真軟件服務(wù)數(shù)控專業(yè)教學(xué)，并在軟件應(yīng)用過程更好地解決實訓(xùn)問題，促進數(shù)控專業(yè)仿真訓(xùn)練與實踐訓(xùn)練協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論

通過中職院校數(shù)控教學(xué)現(xiàn)狀分析，深入探討了數(shù)控仿真軟件在中職教學(xué)中應(yīng)用必要性，并對數(shù)控仿真軟件在中職教學(xué)中的應(yīng)用進行了思考，為數(shù)控仿真軟件在中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用具有參考價值。