基于可视化模拟的电子生产培训系统

2023-03-08

1 目前职业教育的问题

随着我国经济的飞速发展, 电子生产企业在每年也表现出对高素质生产人才的强烈需求。而在目前条件下, 广大职业院校的专业教学水平与现场要求还有种种差距, 导致校园与生产实践的对接存在种种障碍。

从目前职业教育的现实来看, 用人单位对学生职业技能的要求越来越高。对于一线部门, 除了希望让学生掌握专业知识外, 还希望学生尽可能具职业素养。而目前的课程体系将实践分割到不同的课程当中, 学生在分属于不同课程的实践学习中, 能零散接触到实际生产技能。但由于没有现场工作的整体概念, 学生的学习犹如盲人摸象。即使掌握大量的知识及相关基本技能, 但对实际生产过程一无所知, 当学生在工作中面对实际生产问题时, 会表现出强烈的不适应。而用人单位也往往因此对学校的培训质量产生怀疑。所以对原有的实践环节进行改革, 是大势所趋。改革需要培养学生职业素养与生产技能, 在目前体制下, 往往受到了多种客观条件的制约, 而采用计算机图形模拟技术的可视化模拟生产培训系统可以一定程度突破制约, 提高实践教学效率, 成为现有实践模式的有益补充。

2 技术实现

2.1 利用计算机虚拟技术进行电子生产设备模拟

常见实验室设备能较好的完成实践训练项目。但大多数实验室使用专业实验设备, 即使使用现场设备, 但台位数无法满足要求, 而且运行成本高昂。目前计算机虚拟技术相对成熟, 可以利用计算机及模拟技术组成模拟设备。一定程度上模拟实际设备的运行过程及操作特性。利用虚拟技术, 完成虚拟生产、虚拟质检、虚拟质量分析及生产反馈。这样在虚拟设备上可以模拟实际生产面对的许多问题及突发情况, 培养培训者实际问题分析处理能力。对于电子设备模拟而言, 例如波峰焊机, 虚拟设备应有虚拟显示观察窗, 虚拟设备调控面板, 虚拟参数调节, 以及参数反馈。并且还可以利用计算机图片提供虚拟的成品显示及故障判别, 而计算机上的数据库可以记录所有虚拟生产的产品, 虚拟出一定比例故障元件, 同时记录生产质量情况。可以根据这些数据完成故障分析, 推断硬软件故障。

2.2 利用环境模拟方式

实验室可以比较顺利的培养学生的专业知识与技能, 但难以培养学生的职业素养。在实验室环境下, 设备比较密集, 同一设备至少有两到三名同学一起操作。遇到实际问题同组同学或相邻组同学可以互相请教讨论, 这样有助于相互帮助共同提高, 但没有锻炼出学生独立思考, 独自分析解决问题的能力。而实际工作中, 工位上往往只有一人, 所有问题要独立判断, 所以除了在实验室进行专业知识技能培养外, 也需要进行职业素养锻炼。这种职业素养包含了独立现场分析解决能力, 认真仔细的工作习惯等。

进行职业素养培训, 在真实的工作环境中实习是效率最高的, 但是由于客观条件的限制, 有限的时间、经费都不可能保证每门课程都有合适实习机会。如果能找到一种突破时间经费限制, 较好模拟工作现场的方式, 将极大提高实习效率。我们可以将实践模拟设备按照现场环境布置, 设置实训项目时也尽量依照现场工作工序, 即使模拟设备无法生产真实成品, 但可以模拟出现场工作工序, 现场故障处理方法及解决手段, 进行工作过程分析等训练, 让学生适应一线生产的能力大幅度提高。采用与现场一致的管理模式, 能让学生提前熟悉生产氛围。如有条件还可以模拟多班倒, 设立虚拟管理岗位, 多方位多层次提高学生的综合职业素养。

3 系统构成

3.1 系统基础设备

本模拟生产系统方案主要有两大部分组成。模拟软件部分是集视频播放, 界面模拟, 数据库管理于一体的软件系统, 并可以通过网络与中心服务器连接。视频播放与界面模拟采用flash技术实现。而数据库管理利用SQL记录生产数据, 通过图片数据库模拟显示成品与故障瑕疵。

硬件系统由计算机与外壳构成, 由计算机显示屏构成现实界面, 控制面板可以独立通过串口连接至计算机也可以由软件构成虚拟面板显示。外壳由塑料构成, 内置支架放置计算机, 外形和体积近似模拟实际设备。其中由于对计算性能要求不高, 院校可使用闲置计算机安装模拟软件来降低成本。外壳和支架需重新添置, 如有条件, 外壳可以更换以模拟不同设备。

3.2 系统环境

设备安放设置尽量贴近生产一线以提高拟真度。各个机位之间要有一定空间, 而周围环境布置要具备拟真度, 减少不必要的环境干扰。

3.3 系统网络环境

由于每一台或多台构成模拟生产线, 所有计算机通过网络连接至中心服务器上, 中心服务器可以监察各个生产线的工作状态, 并动态更改不同模拟设备台位的工作状态与故障率。

3.4 系统运行模式

指导教师通过中心服务器设置各个生产线的工作状态。然后学生按照班组进入实训环境, 监控并操作虚拟设备, 观察虚拟成品, 完成质量检测, 并填写故障等单据。连续完成一个班次时间后, 通过对比数据库记录核对各班组查错等情况, 并完成故障分析及故障处理的训练。这样通过虚拟设备的运行既加深了理论知识的理解, 又锻炼技能, 还增加实践经验, 综合提高职业素养。

5 结语

整个系统技术基础成熟, 技术难度低, 总成本低廉。而可以一定程度上取代数百万的实际生产设备供学生完成生产实习, 培养实践技能, 并可以在校内模拟生产实践环境, 取得部分生产实践的知识。而且系统建立在可视化的基础之上, 通过视频, 可视化交互操作等多种手段帮助学生加深理解实际生产过程与生产技术要点。本系统的不足是整个系统仍然建立在虚拟生产的基础上, 与真实生产, 真实环境还是有一定的差距。所以系统不能完全取代现场实习, 只能作为现场实习的有益补充。只有与普通实训, 现场实训有机结合起来, 才能发挥本系统的最大功效。

摘要：介绍一种基于计算机虚拟现实技术的模拟系统, 以模拟实际电子产品的制造生产过程。通过模拟设备的操作与合理制度管理, 使得培训者能在虚拟设备上获得与实际电子产品生产一线类似的培训经验, 并可以完成故障分析处理等高级培训项目。通过低成本的设备解决方案, 满足目前职业院校对生产实践类教学设备的需求。

关键词：可视化,虚拟生产,技能培训,虚拟现实,电子产品制造