任建平

（臺州科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，浙江 臺州318020）

模具理論教學(xué)一直以來都是比較枯燥乏味的，而模具拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)以三維空間立體的形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣，加深書本上理論知識的理解，運(yùn)用，鞏固和提升，同時(shí)有效地提高實(shí)際動手能力使之更快的適應(yīng)于模具生產(chǎn)而受學(xué)生老師歡迎。模具拆裝實(shí)訓(xùn)是模具專業(yè)理論過渡到實(shí)踐的一門實(shí)踐技能課，是學(xué)生對模具從理論性認(rèn)識過渡到感性認(rèn)識，并能熟記在心中的有效途徑，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1 模具實(shí)物拆裝實(shí)訓(xùn)存在的問題

塑料模具典型的模具結(jié)構(gòu)有：單分型面注射模具、雙分型面注塑模具、斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯注射模具。這三類典型模具的機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理和注射成型過程：模具與模具周邊設(shè)備（注射機(jī)、模溫機(jī)、冷卻水塔等）的協(xié)調(diào)與配合關(guān)系。因此，目前塑料模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知教學(xué)采用現(xiàn)場實(shí)物拆裝。以典型塑料模具的真實(shí)模具為例，以知識點(diǎn)為導(dǎo)向，對典型模具實(shí)物模具進(jìn)行拆裝、測繪、裝配、試模、評價(jià)等內(nèi)容，在理論的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上通過模具拆裝進(jìn)一步直觀的了解模具結(jié)構(gòu)、注塑原理、配合關(guān)系、裝配順序等內(nèi)容。由于直觀、形象的特點(diǎn)，被學(xué)生和老師當(dāng)作學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知教學(xué)的途徑。目前，隨著電腦科技的迅猛發(fā)展，實(shí)物模具拆裝的缺點(diǎn)也變得日益突出，如：模具比較笨重有一定的風(fēng)險(xiǎn)；模具實(shí)物不可視化；模具裝配過程中會丟失部分零件等導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)不完整。

1.1 教學(xué)成本高

由于亞克力、鋁合金作為模具材料廣泛應(yīng)用于模具拆裝實(shí)訓(xùn)用的模具中，雖然成本降低很多，但作為教具依然成本偏高，模具的可靠性、精度也降低了很多。然而模具種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其基本結(jié)構(gòu)就包括單分型面注射模具、雙分型面注塑模具、斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯注射模具、熱流道注射模具、Hafe注塑模具等。因此，要準(zhǔn)備齊各類模具結(jié)構(gòu)所需要的成本比較高。

1.2 教學(xué)內(nèi)容和實(shí)物模型不符

模具教學(xué)內(nèi)容比較廣泛，對應(yīng)的模具實(shí)物模型需要提供上百種模具實(shí)物模型，這對于收集模具成本較高，因此存在一定的局限性，又由于教學(xué)內(nèi)容和實(shí)物模型不相互匹配，學(xué)生對模具理論的教學(xué)想從實(shí)物模型來鞏固的效果大打折扣，在實(shí)物模具中塑料的流動行為、金屬板料拉伸時(shí)的流動行為瞬間無法觀察到，因此與真實(shí)感有一定的差距。

1.3 教學(xué)效果不佳

模具實(shí)物拆裝過程中受到實(shí)物模型種類、實(shí)物模型數(shù)量、學(xué)生數(shù)量、教學(xué)秩序的維持、教學(xué)場地、教學(xué)時(shí)間、同種模型的數(shù)量等諸多方面制約。例如，學(xué)校配備的同一種模型的模具數(shù)量無法達(dá)到跟學(xué)生的數(shù)量一樣即無法滿足人手一件，無法對所有的學(xué)生同步教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中只能拆裝部分模具結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)認(rèn)識不全的重大教學(xué)缺陷。

1.4 品種有限，難以更新

實(shí)物模具模型配置成本高，簡單的教學(xué)模具通過學(xué)校的競爭性采購也需要1萬元，成本較高。另外由于場地的限制，因?qū)嵨锊鹧b需要的場地一般較大，配備工具較全才可進(jìn)行拆裝，一般情況能同時(shí)容納一個(gè)班級的場地要60 m2。因此，現(xiàn)有的教學(xué)選用基本模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆裝來完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)，難以全面反映模具的種類和結(jié)構(gòu)變化，就不用談現(xiàn)代先進(jìn)模具的拆裝，如雙色模具及其他特殊的模具結(jié)構(gòu)。

1.5 教學(xué)管理難度高

由于學(xué)生的動手能力有好有差，對于結(jié)構(gòu)比較難的模具學(xué)生很難把它裝配全，因此拆裝過程學(xué)生采用蠻干、硬敲、藏匿等行為導(dǎo)致模具零件丟失、模具磨損、裝配困難、配件卡死等問題，導(dǎo)致一次拆裝后模具下次無法使用或者零配件丟失，大大增加了實(shí)訓(xùn)管理難度。

現(xiàn)有以真實(shí)教學(xué)模具實(shí)物拆裝或者真實(shí)小型模具拆裝實(shí)訓(xùn)為主體的模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知教學(xué)方式已經(jīng)很難適應(yīng)模具專業(yè)的規(guī)模化教學(xué)的需要，不利于有效解決學(xué)生提高模具技能與企業(yè)人才供求產(chǎn)生的矛盾，因此只采用模具實(shí)物拆裝的教學(xué)方式達(dá)不到模具人才培養(yǎng)的有效性。隨著電腦信息科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的電腦科技信息處理模具相關(guān)技術(shù)提供了新的平臺，比較前沿的高校借助于現(xiàn)代電腦科技技術(shù)建立教學(xué)資源庫，通過三維軟件計(jì)算機(jī)建庫的方式讓學(xué)生更直觀地認(rèn)知理論知識并且提供了全面的知識點(diǎn)的模具結(jié)構(gòu)，從而有效克服由于硬件條件所限帶來的教學(xué)問題，也能很好地提高教學(xué)的質(zhì)量。

2 模具虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)的優(yōu)勢

對于模具專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，針對模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知拆裝實(shí)訓(xùn)，模具虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)工場，利用電腦虛擬三維軟件對真實(shí)模具結(jié)構(gòu)分析、模具拆裝過程和模具試模具運(yùn)動仿真，實(shí)現(xiàn)可視化人機(jī)交互式，大大提高學(xué)生認(rèn)知模具的興趣，并通過提問設(shè)置、練習(xí)反饋等形式，創(chuàng)建良好的學(xué)習(xí)平臺環(huán)境。相比于原有的教學(xué)資源，開發(fā)的三維高仿真的虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)工場有著顯著的優(yōu)勢：

2.1 降低成本

通過電腦軟件虛擬三維模型人機(jī)交互的實(shí)訓(xùn)方式，實(shí)訓(xùn)的管理強(qiáng)度大大的降低。另外，虛擬實(shí)訓(xùn)的場地、設(shè)備、安全等實(shí)訓(xùn)影響因素不限，減少管理成本。隨著現(xiàn)代模具的高速發(fā)展，模具結(jié)構(gòu)和類型也發(fā)生較大的變化，對后續(xù)先進(jìn)模具的添加較為方便，成本也較低，這是真實(shí)模具都無法比擬的。另外，軟件的操作三維模型不會對模具結(jié)構(gòu)、零件的磨損和缺失造成麻煩，維護(hù)方便。因此實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容可以更加豐富，可以把理論方面的教學(xué)全部融入到虛擬平臺的模型庫中來，啟發(fā)學(xué)生的興趣教育，及對新知識的加深鞏固。交互式的人機(jī)教學(xué)軟件，充分發(fā)揮學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生對模具及先進(jìn)現(xiàn)代模具的興趣。

2.2 人機(jī)交互全面化

模具虛擬教學(xué)資源庫是基于互動式、立體式、多媒體化的教學(xué)模式，包括模具三維結(jié)構(gòu)認(rèn)知、模具注射過程的運(yùn)動原理、模具裝配關(guān)系三大模塊，使得學(xué)生能自主、簡潔、清楚、直觀地學(xué)習(xí)模具相關(guān)理論知識，無論是整體模具結(jié)構(gòu)還是局部工作零件，外部裝配還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，注射過程等。

2.3 高知識關(guān)聯(lián)度

理論內(nèi)容與模型缺乏對應(yīng)關(guān)系是使用實(shí)物模具教具最大的弊端，如果制作書本理論上的所有模具實(shí)物勢必造價(jià)太高，因此造成知識點(diǎn)之間無法無縫結(jié)合，教學(xué)效果受到較大影響。虛擬模具拆裝具有開發(fā)的模具知識索引、拆裝實(shí)訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)考核等模具相關(guān)的特色功能，方便相關(guān)知識點(diǎn)查找、鞏固、學(xué)習(xí)，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行評價(jià)考核。良好的擴(kuò)展性。

3 虛擬實(shí)訓(xùn)平臺的介紹

浙江大學(xué)，模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知與拆裝虛擬實(shí)訓(xùn)平臺。模具拆裝虛擬實(shí)訓(xùn)平臺提供28套典型的注塑模具裝配圖，可拆卸，可模擬模具運(yùn)動過程，可交互式學(xué)習(xí)。

江蘇大學(xué)開發(fā)的基于UG I平臺設(shè)計(jì)開發(fā)模具在注塑過程中的三維運(yùn)動。虛擬注塑機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，模擬模具在注塑機(jī)中開模、保壓、頂出和合模運(yùn)動的過程，可以實(shí)時(shí)檢查干涉，可以可視化塑料流動行為，分析其流動參數(shù)及機(jī)器運(yùn)行參數(shù)等內(nèi)容。

創(chuàng)壹虛擬模具培訓(xùn)（M1）系統(tǒng)是國內(nèi)首創(chuàng)最先進(jìn)的虛擬模具教學(xué)系統(tǒng)，在培養(yǎng)模具優(yōu)秀人才提供可靠的平臺。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)3D環(huán)境運(yùn)行該系統(tǒng)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)的三維仿真技術(shù)與模具教學(xué)大綱同步，將注塑模、沖壓模、擠壓模、吹塑模等三十四種模具，向?qū)W生進(jìn)行全方位地展示。

4 虛擬實(shí)訓(xùn)應(yīng)用實(shí)例

如圖1、2、3為創(chuàng)壹虛擬模具拆裝平臺，能為教學(xué)提供具有逼真3D互動虛擬實(shí)驗(yàn)、3D模具模型、3D部件模型可任意方向旋轉(zhuǎn)及視點(diǎn)變換，能夠?qū)崿F(xiàn)大量并行用戶快速下載及構(gòu)建渲染動態(tài)3D場景，確保用戶與3D場景互動的即時(shí)性，所有部件都可360°全方位觀看，具有直觀立體，真實(shí)互動的效果。

圖1 模具結(jié)構(gòu)虛擬演示

圖2 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拆裝

圖3 模具動作虛擬演示

5 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)模具拆裝虛擬教學(xué)平臺對模具的拆裝有著重大的實(shí)踐意義，但目前為止在模具教學(xué)方面卻較少有被涉及，尤其優(yōu)質(zhì)的虛擬教學(xué)資源較少。我們應(yīng)當(dāng)充分利用計(jì)算機(jī)帶來的紅利大力發(fā)掘職業(yè)教育資源，增加模具有效教學(xué)方法和手段，在模具高職中利用這以平臺，培養(yǎng)培養(yǎng)模具高端技能型人才，以適應(yīng)瞬息萬變的市場的需求。

利用模具虛擬平臺作為教學(xué)資源，能夠較好的克服傳統(tǒng)實(shí)體模具的缺點(diǎn)，較少實(shí)訓(xùn)風(fēng)險(xiǎn)，提高教學(xué)成本和效率，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。為高職院校模具專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提高提供強(qiáng)有力的保障，為教師教學(xué)、學(xué)生實(shí)訓(xùn)、技能考核及學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供平臺，具有一定的推廣價(jià)值。