浅谈仿真模拟技术引入焊接实习教学
摘要:传统的焊接实习模式,要求学校提供充足的资金来保障实习工位和材料消耗,但实习消耗过大,一直是困扰焊接实习教学的因素之一,随着仿真模拟技术的日益提高和计算机在技校教学的普及,把仿真模拟技术引入焊接实习教学,不但可以进一步提高和完善焊接实习教学,而且做为节能降耗的另一种新手段已成为可能。本文从仿真模拟技术应用于焊接实习教学的可行性、仿真模拟实习的优点、焊接实习如何引入仿真模拟实习、引入仿真模拟实习后的注意事项几方面对如何把仿真模拟技术引入焊接实习教学进行了探讨。
关键词:节能降耗;仿真技术
传统的焊接实习模式,要求学校提供充足的资金来保障实习工位和材料消耗,但实习消耗过大,一直是困扰焊接实习教学的因素之一,为此,想出了多种办法来降低实习消耗,比如高消耗性实习课题不开或尽量少开、或者减少学生实习时间和实习工位,这些方法都益弊相兼。近年来,随着仿真技术的日益提高和计算机在技校教学的普及,把仿真技术引入焊接实习教学,不但可以进一步提高和完善实习教学,而且做为节能降耗的另一种新手段已成为可能。
一、仿真技术应用于焊接实习教学的可行性
仿真模拟技术是指使用仪器设备、模型、计算机虚拟技术,以及利用场地、环境的布置,模仿出真实工作程序、工作环境、技术指标、动作要求,进行科学研究、工业设计,模拟生产、教学训练和考核鉴定等的一项综合技术。如:虚拟焊接培训系统、焊接过程数值模拟与专家系统。在常规实习开设的同时,完全可以逐步引入仿真模拟实习训练。焊接实习引入仿真模拟,最明显的好处是节能降耗,在一定程度上可缓解实习工位和实习材料的不足。焊接过程复杂且快速,难以直接观察和测试。因此,以往的焊接工艺设计往往建立在“经验”的基础上,常常需经过多次,反复试生产才能确定,耗费大量人力、物力。 近年来,随着焊接基础理论和试验技术的发展,特别是计算机技术的突飞猛进,使焊接过程数值模拟和专家系统得以迅速发展,从而可以使焊接加工技术逐步从“技艺”走向“科学”。通过计算机可以对焊接过程中的各种现象进行数值模拟,进而进行定量分析,指导焊接生产实际,尽管对复杂的、多变量的、快速变化的焊接过程进行精确的模拟有不少困难,但现已取得可喜的成果。另外,利用计算机作为大量信息收集、存储、处理和分析的工具,进行逻辑推理。
二、仿真模拟实习的优点
仿真模拟技术应用于焊接实习教学,至少在以下几个方面拥有明显的优点:
1、形象性:
仿真模拟实习能创造一个与实际近乎相同的特性环境。用于美陆军和海军陆战队对装甲车辆和其他车辆进行修复与保养的训练虚拟现实焊接训练器。
提供平面、垂直、水平和头顶位置的气体金属氩弧焊。这种焊接训练器包括一支带有触觉反馈功能的焊枪和一个用户头盔,这使得训练者能体验到逼真的三维焊接环境。焊接软件技术使虚拟训练环境更具真实感。
2、交互性
仿真模拟实习不同于电化教学,因为电化教学学生是被动式、单向式,虽然直观但不具备交互性。仿真模拟实习过程中,学生与实习对象能进行交互,可以大大激发学生学习兴趣。学生参与仿真,建立起使人感到身临其境的“交互式虚拟现实世界”。仿真模拟过程具有“沉浸—交互—构想”三个基本特征,以虚拟现实技术创造虚拟环境,特别强调学生参与其中的身临其境的沉浸感,同时学生与虚拟环境之间可以有多维信息交互作用,学生从定性和定量综合集成的虚拟环境中,可以获得对实习对象的感性和理性的认识。
3、全面性
仿真模拟实习软件可充分考虑实际环境中的各种因素,避免由于特定条件而导致的操作结果的单一取向。
4、安全性
仿真模拟实习在观察与操练上有绝对的安全性。通过模拟器学习尽管也有触电、燃烧、爆炸等惊险的场面,那只是模拟的景色,绝对不会发生人身的灾祸,而且不会有因错误操作所造成的损失。
5、节约性、高效性
焊接引入仿真模拟实习,最根本的好处是对原材料、工卡量具、仪表设备的节约。如,虚拟现实焊接训练器基于SGI可视化硬件和VRSim 模拟软件,适用于新手和经验丰富的行家。供指导者使用的中央控制台连接着六个焊接架。从中央控制台上,指导者可以监视到训练者的作业情况,以及存储焊接信息用于以后培训分析。焊接训练器开创了一个先河,它将触觉模拟技术与计算机实时处理技术结合了起来。无论焊接新手还是行家,每个人都能更快、更好、低耗地学习焊接技巧。
三、焊接实习如何引入仿真模拟实习
焊接引入仿真模拟实习,可以应用仿真电焊机、多媒体仿真教学系统、焊接过程数值模拟与专家系统、虚拟焊接培训系统。现在本专业培训的主要以中、初级焊工为主,考虑到实际操作的可行性,可以先引入仿真电焊机、多媒体仿真教学系统,由上海市高级技工学校在教学实践中组织开发了仿真电焊机,在电焊实习过程中能放出大量负离子;降低培训成本,缩短培训周期,能实现课堂化教育;本机采用12V直流电源控制,使学生在安全的条件下进行操作技能训炼,达到焊接稳定性。在教学培训中学生不用带面罩就能看见老师的每一个操作动作和要领,解决了在培训过程中一个根本性问题。本机功能有模拟焊道的显示功能、焊接速度的模拟功能、运条手法模拟功能、能做平焊、立焊、横焊、仰焊等全位置焊接。多媒体仿真教学系统,利用计算机为基础,通过人机交互让学生更多地去主动思考、主动探索、主动发现,从而形成一种新的教学活动进程的稳定结构形式:在整个教学进程中,既发挥教师的主导作用,又充分体现学生的认知主体作用。随着焊接加工技术逐步从“技艺”走向“科学”,社会对于高技能焊工的需要日益增多,就必须要引入焊接过程数值模拟与专家系统、虚拟焊接培训系统。虚拟焊接培训系统在焊接培训工作中,对焊接过程信息的采集和处理, 采集焊接过程中焊条运行轨迹,采用主动式光学定位的方法实现焊接操作模拟中焊条位置的图像检测,满足焊接过程实时检测的需要,操作焊枪的过程及结果都显示在电脑屏幕上。这样可供多个学生一起观看焊接过程,让老师即时做出指导和评价。模拟操作中的数据是从实际焊接中测试得来的。该系统为焊接培训节约了材料、设备,使更多的学生得到更多的实践机会。先进制造技术的一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断走向定量分析,其方法就是将数值模拟技术与物理模拟和人工智能技术相结合,确定工艺参数,优化工艺方案,预测加工质量,使生产过程从“理论-实验-生产”转变为“理论-计算机模拟-生产”
四、引入仿真模拟实习后的注意事项
做为仿真模拟实习,他是对实习教学的补充,可给实习教学带来许多变改和效益,但必须指出的是,仿真模拟实习毕竟不是真正的实际对象的操作,本身有不可替代的局限性。必须注意,采用仿真模拟实习后,可缩短但决不能完全抛开真实的实习过程。两者之间应注意扬长避短,交替地利用。仿真模拟实习不能一味地满足于虚拟学习空间的利用。仿真模拟实习对学生所生成的安全观念淡簿的影响,要通过实际操作才能加以纠正。
时代在发展,焊接的实习教学不应该总停留在传统的实习模式上。抓住科技发展带来的契机,恰当引入仿真模拟实习,利用先进的科技手段为学校节能降耗,从而降低实习成本,提高学习效率。
参考文献:
1、 数字化焊接技术的发展趋势判断和需求分析,中国工业网,2006-5-18
2、 在培训和鉴定领域推广应用仿真模拟技术的情况综述,劳动和社会保障部职业技能鉴定中心,2002-8-7
