?三维数字模型在机械装备质检技术培训中的应用实践

高海云

摘  要 阐述传统培训模式的不足，论述三维数字模型的作用，分析三维数字模型的应用实践，为促进机械装备质检技术培训向信息化、数字化方向发展提供解决方案。

关键词 三维数字模型;机械装备;质检技术培训;仿真实训

1 引言

随着机械装备生产制造向数字化、智能化方向发展，其技术含量和质量要求越来越高，迫切需要培养适应现代设计制造、现代信息科技发展和具有空间思维能力、形体构型能力以及创新能力的高素质质检人才队伍。目前，机械装备质检技术专业培训的相关内容因专业性强、培训手段傳统、教学方法单一，对于复杂的装备结构又缺乏直观有效的表达与演示方式，难以满足质检技术岗位人才培养的需要。随着计算机三维建模仿真技术的发展及其在教学培训领域的应用，有效利用三维数字模型所具有的互动性强、种类丰富、操作性强、成本低等优点，可以从根本上解决当前机械装备质检技术培训模式存在的弊端，为提高培训质量，促进机械装备质检技术培训向信息化、数字化方向发展提供了很好的解决方案。

2 传统培训模式的不足

在机械装备质检技术培训过程中，传统的培训模式主要是通过专家进行理论授课和讲解示范，并在真实的环境下开展实操技能训练。由于受到培训条件限制，教学方法单一，传统培训模式存在诸多弊端，主要体现在以下几个方面。

一是组织难  机械装备种类繁多、结构复杂、要求各异，传统质检技术培训中需要准备大量的模型、挂图、幻灯等设备;操作所需实物样机体积大，调运困难，受时间、空间、人力、物力及财力等诸多因素制约，培训组织工作量大，准备时间长，实际操作比较困难。

二是效果差  传统技术培训模式往往以理论教学为主，参观见习为辅，实际操作更少，大多数情况下都是讲讲理论、看看外观，对产品的内部结构一知半解，更无法观察和了解机械内部零部件的装配关系和运动状态;实训时可供操作的样机数量不足，场地受限，难以满足全体质检人员独立实训的需要，能掌握的知识和操作技能明显低于预期。这种被动学习模式，学员的学习积极性难以调动，不利于培养质检人员独立思考问题、解决问题的能力，质检人员的创造性思维和创新能力得不到提高。

三是成本高  除培训准备阶段需要耗费大量人力、物力、财力外，在实训过程中需要电力、燃油、燃气等能源的保障，负载作业性能演示也需要消耗一定的原辅加工材料。在实际操作过程中如果操作不当，还会对装备造成一定损伤，增加维修、更换成本。

四是风险大  由于大部分机械装备需要通过不同方式方法传递载荷，运动部件较多，作业过程又涉及电、气等使用安全，如果现场没有良好的安全机制保障，就有可能造成人身伤害，存在一定人身安全风险。加之质检人员在实训过程中不能大胆放开进行操作，不利于提高操作水平，影响实训质量。

五是考核“虚”  培训考核方式单一，仍然以理论考试成绩为主，缺乏科学、公正、规范的培训效果评价体系。有的学员平时不好好学习，学习态度不端正，靠考前突击仍能过关，考核成绩不能客观真实反映学员的实际学习水平和业务工作能力。

3 三维数字模型的作用

三维数字模型在机械装备质检技术培训中的应用，是通过技术手段对传统培训模式的改革和创新，对提高培训效率、提升培训质量、增强质检人员实践能力等都具有十分重要的作用，具体表现在以下几个方面。

三维数字模型是提高培训效率的技术手段  在培训教学中，充分利用三维模型的直观性进行演示分析，使大家能够看到立体化的三维模型，不但可以展示设备的外观结构，还能对设备进行虚拟分解，方便、直观地了解设备内部的结构、组成及各部件的安装位置与相互关系，使抽象化的培训资料具体化、具体化的培训资料形象化，通过技术手段弥补传统培训模式的不足，既能达到学习培训的目的，又不消耗任何物理资源，一举两得。

三维数字模型是提升培训质量的辅助工具  利用建好的三维数字模型，以任意方向和任意角度对零件图形进行实时动态观察，将生产、装配质量控制要求及关键控制点通过不同的实际案例直观地呈现给质检人员;同时利用动态剖切、模拟装配及仿真动画等功能，使图形更加生动逼真，更能帮助培养质检人员的空间思维能力，激发质检人员的学习兴趣，提升培训质量。

三维数字模型是增强实践能力的实现方式  质检专业培训实践性要求非常高，三维数字模型可以改善培训教学结构，丰富教学手段，增加质检人员观察、实践和参与的机会，有助于增强质检人员的创造能力和实践能力。对于部分实训项目仍然缺乏真实实训载体和实训设施的现实情况，仿真实训是唯一的实现方式。

4 三维数字模型的应用实践

使培训资源利用更加充分  建立起来的机械装备零件库、装配体库和标准件库，在满足专业培训的同时，还被运用到机械图纸识读运用、装备质量检查验收和装备技术改进升级中，只需根据不同需要灵活调用即可，充分满足专业培训、质检实践和装备科研对模型种类及数量的需要，使有限资源得到最大限度的利用，发挥了最大作用。

使培训活动更加生动  在需要讲解装备零件和装配体内部结构及生产装配质量要求时，虽然可以借助真实物理样机，但拆卸和解剖不便且操作费时费力;而采用模型库中的虚拟数字模型，通过局部放大、平移和翻转等演示，能够观察到零件复杂形体的外形与内腔各个部位的细节特征，直观地显现整个零件的结构和在装配体中零件之间的连接关系，使教学的知识点更加清晰、生动、形象（见图1）。

使培训过程更加直观  在培训时利用虚拟装配技术来讲解设备的装配流程和质量控制要点，通过三维装配体模型爆炸视图的生成和解除模拟动画（见图2），将三维模型按照正确的顺序进行安装和拆卸，讲解设备的装配过程和工艺质量要求，使质检人员更加直观、逼真、立体地了解零部件的装配关系、内部结构，帮助质检人员更好地理解装备的质量特性，为产品质量监督检验工作实践提供了直观的感性认识。

使培训教学更加形象  在机械装备质检专业培训中，讲解机构的运动状态时要求质检人员具有很强的空间想象能力，而质检人员由于缺乏实践经验，导致实际培训学习效果不佳。利用三维数字模型，通过定义马达等运动算例，实现装配体中零件的仿真运动，使不易观察的机构运动通过虚拟仿真运动的形式真实地展现在质检人员眼前，使质检人员清楚地了解机构的运动状态、工作原理、生产与装配质量要求，在虚拟环境下观察装备在实际工作条件下的质量变化情况，检验装备的各项性能指标（见图3）。

使培训考核更加公正  三维数字模型的应用，使得培训过程被分解为若干个工作情景和工作任务，从而把以往以理论考试成绩占主导地位的成绩评定方法，转变为对每个工作情景和工作任务完成步骤、动作、过程和结果情况给出科学公正的评判，避免了靠考前突击过关的弊端，更加公正地评价了质检人员对于知识的全面理解和掌握程度，更加客观地反映了质检人员的学习态度和综合能力。

5 结束语

从三维数字模型在机械装备质检技术培训过程中的应用实践情况来看，在培训过程中对所讲授知识点适时地进行立体展示和模拟仿真，弥补了传统培训方法和模式的不足，具有较大的新颖性，加深了质检人员对培训内容和要点的理解，激发了质检人员的学习兴趣和学习积极性，锻炼了质检人员将理论与实际应用相结合的能力，提高了質检人员的空间思维能力、形体构型能力以及创新能力，提升了质检人员的实践操作技能和业务水平，有效提高了培训质量和培训效率。

三维数字模型的应用是机械装备质检技术培训实现数字化、虚拟化的基础，将是未来专业培训模式改革发展的必然趋势。后续可以在创建机械装备三维数字模型与动画的基础上，研究开发基于数字仿真技术的机械装备质量监督检验在线教学课程资源，以符合“互联网+”时代对网络在线培训的要求，满足质检人员碎片化学习的需要;研究搭建基于虚拟现实技术的机械装备质量监督检验模拟仿真实训平台，使质检技术培训可在虚拟环境条件下进行，培训的组织与实施将不受时间和空间条件制约，分布式培训仿真系统甚至可以使不同地点的质检人员共同参与培训，将使培训的组织更加简便、高效。

参考文献

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