王 娜

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空維修工程學(xué)院,陜西西安,710089）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，企業(yè)特別是中小型企業(yè)開始越來越傾向于招納應(yīng)用型技術(shù)人才，從而為企業(yè)的更快發(fā)展提供人才基礎(chǔ)。另一方面，高職院校人才培養(yǎng)與社會的脫節(jié)是當(dāng)前我國高職教育存在的突出的問題，尤其是因為資金短缺等帶來的實驗室投入不足，實訓(xùn)基地建設(shè)落后等問題，使得學(xué)生參加工廠實際的生產(chǎn)機(jī)會顯得非常少。而機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生在CAD制圖、模具等方面的要求非常高，可體現(xiàn)學(xué)生專業(yè)能力。因此，如何借助現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在學(xué)校實訓(xùn)設(shè)備比較缺乏的情況下，提升學(xué)生的專業(yè)技能，成為高職院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵。對此，本文運用軟件平臺設(shè)計了機(jī)械制造的教學(xué)實訓(xùn)平臺。

圖1 仿真軟件開發(fā)流程

1 軟件開發(fā)流程

仿真平臺的開發(fā)非常復(fù)雜，其涉及到的仿真項目也非常多。同時利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，必須考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和實用性，因此對該仿真軟件的開發(fā)總共分為兩個不同的部分：首先是結(jié)合機(jī)械制造課程對整體的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行設(shè)計；其次是在上述教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)上運用互聯(lián)網(wǎng)、三維立體軟件等進(jìn)行仿真軟件開發(fā)。其具體的開發(fā)流程如圖1所示。

在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計階段，通過對工程類課程具體分析，如學(xué)校自身專業(yè)就業(yè)方向、培養(yǎng)重點、知識點、實訓(xùn)方案等都必須做嚴(yán)格和仔細(xì)的規(guī)劃；其次在對仿真軟件進(jìn)行開發(fā)，同時結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的要求，對軟件需要的素材、開發(fā)技術(shù)等進(jìn)行一一的確定；最后則是按照邊開發(fā)、邊測試的方式，從而實現(xiàn)軟件的開發(fā)。

2 系統(tǒng)功能分析

仿真系統(tǒng)其主要實現(xiàn)的功能是通過虛擬的空間，使得學(xué)生通過人機(jī)界面在系統(tǒng)中實現(xiàn)對虛擬的裝配、制造等課程實訓(xùn)，從而提升自身在機(jī)械工程專業(yè)應(yīng)用的能力。本文以本校作為實例，結(jié)合學(xué)校自身的專業(yè)情況，將該仿真軟件的功能分為虛擬工廠、虛擬制造、虛擬裝配和虛擬評價等不同的實訓(xùn)的功能模塊。其具體的整體功能設(shè)計如圖2所示。

圖2 仿真系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）虛擬工廠環(huán)境

該模塊主要向?qū)W生展示在機(jī)械設(shè)計、模具制造等過程中與工廠的實際相符合的相關(guān)背景，從而讓學(xué)生通過仿真軟件可置身在真實的工廠環(huán)境當(dāng)中。同時該功能還提供如機(jī)床、量具等相關(guān)的模型。

（2）虛擬裝配

該模塊是讓學(xué)生對簡單的機(jī)械制造模具，如機(jī)床、刀具等進(jìn)行裝配，同時在該模塊當(dāng)中還包括簡單的機(jī)械零部件。

（3）虛擬制造

該模塊的功能則是在虛擬的三維工廠環(huán)境中，實現(xiàn)對相關(guān)的制造產(chǎn)品的加工、裝配和調(diào)試。如學(xué)生選定軸承類的模具進(jìn)行加工的時候，會涉及到相關(guān)的模具、刀具等的基本的參數(shù)，另外還包括其加工的工藝步驟等，系統(tǒng)則會根據(jù)其工藝的步驟，自動讓學(xué)生對每個環(huán)節(jié)進(jìn)行實際的操作和訓(xùn)練，從而直至完成對整個模具的加工。

（4）學(xué)習(xí)評價

本模塊的功能是對學(xué)生在設(shè)計和操作過程進(jìn)行評價，從而客觀的反應(yīng)學(xué)生在整個實訓(xùn)的過程中存在的問題和需要改善的環(huán)節(jié)，以此更好的促進(jìn)學(xué)生對課程實訓(xùn)內(nèi)容的理解。

3 系統(tǒng)開發(fā)方案的制定

3.1 開發(fā)軟件

對仿真系統(tǒng)的開發(fā)軟件有很多，在通常情況下都運用美國微軟公司的MFC作為開發(fā)的基本框架，同時在開發(fā)后采用OpenGL軟件對其進(jìn)行三維立體的渲染，從而增強(qiáng)三維效果。但是采用該開發(fā)方式需要處理大量的代碼的編輯工作，其設(shè)計出來后所得到的三維效果也比較差，因此，在本設(shè)計中采用Unity3D游戲引擎對軟件進(jìn)行開發(fā)。該軟件的優(yōu)勢在于通過創(chuàng)建虛擬環(huán)境和實施動畫等交換的方式，提供包括圖像、文字、網(wǎng)絡(luò)等的引擎支持，從而實現(xiàn)多功能的編輯器，并可在包括安卓、iOS、WindowS等在內(nèi)的多個平臺上運行，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

3.2 模型開發(fā)工具

在機(jī)械制造當(dāng)中會涉及到的對模型的開發(fā)，包括對機(jī)床、刀具等。因此，需要采用專門的模型開發(fā)軟件對這些基本的機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計。在本設(shè)計，采用SPS軟件公司開發(fā)的UG軟件，該軟件是集合CAM、CAD、CAE等為一體的計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)，其在模型加工制造方面有著非常大的優(yōu)勢，并被應(yīng)用航空、模具等制造業(yè)多年。其強(qiáng)大的曲面造型、虛擬裝配、實體造型等功能呢，并可在對其進(jìn)行設(shè)計的過程中運用有限元、機(jī)構(gòu)運動、動力學(xué)等各種分析，因此大大的提高了軟件設(shè)計的效果和可靠性。同時其簡單的代碼生成程序，使得在后續(xù)的開發(fā)中可節(jié)約大量的代碼開發(fā)的時間，并且其提供的二次開發(fā)的語言具有簡單和功能多等特點。

而對三維模型的渲染則采用常用的3Dmax三維立體軟件，該軟件具有全功能的三維計算機(jī)圖形開發(fā)功能，從而成為現(xiàn)階段使用的最多的三維軟件之一。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)

為更好的實現(xiàn)對系統(tǒng)的開發(fā)，整體的體系架構(gòu)采用B/S模式。選擇該模式其主要是和傳統(tǒng)的C/S模式比較，C/S是將相關(guān)的資源分配到客戶端和服務(wù)端，從而通過該模式大幅度的減少對通信的開銷，但是B/S模式結(jié)合其中的Script技術(shù) 與ActiveX技術(shù)，減少了軟件開發(fā)的成本和維護(hù)成本，因此，該系統(tǒng)選擇B/S模式。

4 機(jī)械制造教學(xué)實訓(xùn)仿真實現(xiàn)

4.1 虛擬工廠環(huán)境模塊

通過采用UG軟件對三維立體模型進(jìn)行構(gòu)建，同時采用3DMAX立體軟件對圖片、模型的渲染，從而讓學(xué)生能置身于真實的車間工作環(huán)境中，并通過建立模型庫，從而為后續(xù)的裝配和制造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2 虛擬裝配實現(xiàn)

結(jié)合機(jī)械工程類課程，其需要仿真的項目很多，如機(jī)床、軸承等，在本設(shè)計中以機(jī)床加工作為案例。通過機(jī)床進(jìn)行加工其需要將其動作分解成若干個不同的動作，包括控制刀具、工件之間的相對運動，從而加工出相應(yīng)的制造模型。因此，首先采用三維立體軟件3DMAX對其中的幾何模型進(jìn)行建模，包括主軸、床身、工裝、刀架等。其中的各個模型有著各自的參數(shù)，可對不同的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并通過三維軟件定義出不同零件之間的相互約束關(guān)系，裝配出完整的機(jī)床。

4.3 虛擬制造仿真實現(xiàn)

本模塊的設(shè)計以數(shù)控銑床為例，該模塊的實現(xiàn)步驟則是首先導(dǎo)入數(shù)控銑床的模型；其次構(gòu)建相關(guān)的工件所需要的毛坯的模型，并和數(shù)控的銑床實現(xiàn)裝配的定位；第三，編輯NC代碼，并設(shè)置相關(guān)的加工參數(shù)，包括其中的工件的坐標(biāo)；第四則為系統(tǒng)的仿真運行和仿真結(jié)果比較。

5 結(jié)語

仿真實訓(xùn)軟件作為對機(jī)械工程類教學(xué)改革的實踐，通過采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅節(jié)約了學(xué)校的成本，也提高了學(xué)生專業(yè)實訓(xùn)的效果。但是，仿真軟件的開發(fā)其復(fù)雜程度非常大，同時機(jī)械工程所涉及的相關(guān)的明細(xì)也非常多，因此，依靠某人對仿真系統(tǒng)的開發(fā)具有很大的困難。本文結(jié)合相關(guān)的理論和技術(shù)，也僅對簡單的實訓(xùn)項目進(jìn)行了開發(fā)，在下一步還需更多的嘗試。