职业教育中开放式数控培训系统的研究现状及其对策.doc

职业教育中开放式数控培训系统的研究现状及其对策 万大平 胡德金(上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200030)摘要：由于数控机床在生产部门的使用越来越普遍，所以普及和推广数控技术是当前的一个重要课题。但数控加工设备价格很高，直接用昂贵的数控加工中心进行数控培训，很不经济。为了满足当前数控加工的培训与维护工作，以市场占有率最高的SIEMENS和FANUC数控系统为模拟对象，按照目前国内使用最多ISO1056指令格式，设计基于Windows平台、能实际联机加工、可视化的开放式多轴联动教学用数控铣床培训系统，能对编程的结果进行模拟和实际加工，具有重要的理论意义和实际价值。关键词：职业教育，数控培训，数控仿真，对策2数控培训的特点和研究意义数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，它不仅是提高产品质量，提高劳动生产率必不可少的物质手段，而且以它为基础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其技术水平高低已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志，当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。专家们预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。1 总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术的研究开发，数控产品的推广应用，需要大批高素质的数控专门人才，数控教学和培训因此处于十分重要的地位。近年来，国内处都十分重视数控技术的教学和培训，着力开发新的培训技术和手段，但是数控培训有其独有的特点，且数控技术的飞速发展，不断对数控培训提出新的要求，如何顺应数控培训的特点，跟上数控技术发展的步伐，是数控培训环节中的重要课题。2数控教学和培训大致包括一般数控知识的教学和特定数控系统的培训两部分内容，相应的培训除了必要的理论讲解，大部分工作都要在具有相应功能的实际系统（实际NC机床或培训系统）上完成，而数控产品价格昂贵，且工厂的数控机床都有较为繁重的加工任务，再考虑到培训者的误操作还可能会危及机床设备甚至于操作者自身的人身安全。因此，大规模的数控培训不适合在实际机床上进行。随着数控技术的迅猛发展和市场变化的需求，目前市面上数控系统种类繁多，更新换代十分频繁，且不同厂家的数控系统大都自成体系，这给数控培训，尤其是特定系统的操作培训带来了难题。因此，数控培训具有投资大、周期长、培训对象品种繁多、更新频繁、培训内容广泛等特点，这些对数控教学和培训提出了特殊的要求，经济、高效、快捷、通用，成为数控培训环节所追求的目标，尤其是在我国目前资金短缺，数控人才极度缺乏的情况下，更具有特殊的意义。由于数控机床在生产部门的使用越来越普遍，所以普及和推广数控技术是当前的一个重要问题。数控技术的研究开发，数控产品的推广应用，需要大批高素质的数控专门人才，如何培养既有一定理论知识，又具备实际操作技能的高素质应用型数控人才一直以来都是人们普遍关注和重视的的问题。分析复杂的动态对象，仿真是一种有效的方法，可以减少风险，缩短设计和制造的周期，并节约投资。从工程的角度来看，仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，以减少工件的试切，提高生产效率。作为数控机床加工的培训与维护工作，研究开发Windows平台下的数控教学系统，具有重要的理论意义和应用价值。系统在仿真环境下对NC代码的切削状态进行检验, 能减少和避免用户在真实加工环境中所出现的各种错误，提高了加工安全性与经济效益。同时仿真系统还能够逼真地模拟加工过程。用户看到实时的二维、三维加工仿真过程 ，仔细检查模拟加工后的工件, 即可以更迅速的掌握CNC机床的操作过程。再进行实际的加工切削，操作者的实际操作技能得到全面训练，采用教学机床替代昂贵的数控机床进行培训, 在降低费用的同时获得更佳的效果,并且提高了安全性。3 数控培训的研究现状及其对策数控技术及其相关课程实践性极强。国外许多工业发达国家数控化率已达到50-80%以上，高等学校和职业学校都有完善的数控教学和实验体系，并有专业公司生产提供各种教学培训装置，学校一般跟工厂直接接轨，可在工厂的生产现场，利用生产型的数控机床对学生进行培训。而在我国，作为技术人才培养摇篮的高等院校、中专技校，学生动手能力与实际经验较差。我国数控技术和数控机床在企业中的应用远不及发达国家，要对学生进行数控技术的培训，只有学校自想办法，开设一些数控教学实验来达到培训的目的。但由于受到经费等因素的限制，大部分院校实验、实习的条件较差，学校购买的数量有限的昂贵的数控机床，无论从数量上还是从成本、安全上考虑都不适合于学生的普及教学和实验，而只能进行参观、观摩等，技能训练更无从谈起，致使学生的技术素质和动手能力相对较差。因此，改变目前数控技术教育的现状，已迫在眉睫。数控加工设备价格很高，直接用昂贵的数控机床进行数控培训，很不经济。现行的数控培训系统功能单一，许多是基于DOS操作系统，其用户界面可视化程度差，而新开发的基于Windows98的数控培训系统又限于在电脑屏幕上进行加工仿真，不能进行实际加工切削34 5。如：南京宇航制造自动化所的YHCNC数控车铣模拟仿真教学软件和江苏理工大学的产品，他们在微机上开发的数控仿真系统，可进行数控编程和加工仿真，但由于没有跟实际机床相连，不能进行实际的加工切削，只能给操作者以感性的认识，操作者的实际操作技能得不到训练6。又如华中科技大学开发的华中型数控培训系统，能够进行数控实践教学和实际操作培训7。由于系统以DOS作为操作平台，其用户界面可视化程度较差，不能与目前市场上流行的Windows应用程序界面相比拟，并且没有以市场占有率最高的SIEMENS和FANUC数控系统为模拟对象，不能适应数控教学的实践训练。现今可视化操作已成为时代的主流，在Windows环境下开发实时控制系统不仅可以利用其丰富的资源，实现标准统一的界面，而且可以应用PC机的最新软、硬件的开发成果，便于系统功能扩展和升级，又能联网8 9。培训系统的开发需解决的关键问题如下：模块化结构设计。可采用面向对象技术，使代码和数据分离，做到程序可移植性好，可扩充性好，做到各模块相对独立，可单独调整。比如：能兼容不同数控系统的G代码，可扩充各种数控机床的操作面板，预留各种数据交换接口等。实时多任务并行处理。在多数情况下，CNC要完成数控加工，必须同时进行几个任务的处理，可利用Windows多任务并行处理的方法，实现加工过程的实时性。预处理编译技术。对G代码、各坐标值以及进给速度等进行识别、分析处理1011。目前，几乎各个数控系统厂家制订的数控代码标准与国际标准或多或少的不一致，这样就给NC代码的处理带来了很大困难。为此，在NC代码的翻译时，就需要将针对具体数控系统编写的NC代码映射成本系统能识别的标准NC功能代码。模拟加工技术。模仿真实环境，由编译后的NC代码驱动加工过程，动态显示工件的切削过程，具有撞刀、干涉智能判断功能，对NC代码的正确性和有效性进行验证。1213 操作面板的模拟技术。把真实的操作面板仿真在系统界面上，并且具备真实操作面板的外观特征，完成真实操作面板所具有的各项功能，其中包括面板按键的模拟，工作方式选择开关的模拟等。三维仿真技术。利用OpenGL技术和计算机动画技术，实现数控铣床的三维模拟仿真。2.4小结数控机床教学系统是专为培训中高级数控专业人才而研制开发的开放式结构的多轴联动教学用设备，以市场占有率最高的SIEMENS和FANUC数控系统为模拟对象，使培训对象能最大限度地符合市场需要，较深层次掌握计算机数控技术的原理，数控编程技术及操作方法，对数控系统有一个全面深入了解。同时，也可通过安装，调试数控系统的控制柜，熟悉数控系统系统的配置和连接、各部分硬件的功能，并能快速进行诊断与排除故障，可完成数控系统的操作、编程、PLC模拟、机床数据、伺服数据等各项实验以及数控系统的各项功能验证。开放式数控机床培训真正体现了培训的开放性和通用性。另外，加工过程的动画仿真，模拟操作，也尽可能的降低了培训成本，体现系统的经济性和实用性。参考文献1 潘毅对基于工程应用背景的数控教学若干问题的探讨http/:.cm2 张健、杜海军高等职业院校数控技术教育课程体系改革浅谈十堰职业技术学院学报2001,14(2)3 王令其、陶宁虎数控加工过程计算机仿真软件设计制造技术与机床1998,(7):26 274 Giaconia P.Trends in NC Simulation.Tooling &Production,1996:28-325 吴明华、周章慧面向培训的数控面板仿真软件的研制机械工业自动化1997,19(4):30316 Http/:7 华中型数控模拟实验系统及教学培训机床研制技术报告武汉：华中理工大学数控技术研究所19968 杨立数控教学实验仿真系统的研制J 试验技术与管理1999,49 刘爱玲、肖跃加等基于WIN95