浅析信息化技术在焊接实训中的应用

王 鑫

（廊坊燕京职业技术学院，河北 廊坊 065200）

0 序言

焊接实训是一个高危险，高投入，高能耗的过程，尤其在实训初期阶段，由于不仅要投入大量的人力资源来保障实训现场秩序，以保证实训人员的安全，并且还要投入大量的试件及焊接材料，经过长时间的反复练习，才能初步掌握基本操作要领，并且由于培训人员水平参差不齐，也会对实训人员基本操作产生不同的影响，并且由于焊接实际操作环境中有高压电、弧光、飞溅、烟尘等，对于缺乏实际操作经验的学员很容易对其产生负面影响。

1 国外仿真技术在焊接实训上的应用

随着科学技术的发展，仿真模拟技术广泛应用于飞机驾驶，汽车驾驶等培训领域，欧美等发达国家也已经将模拟仿真技术应用于焊接实训领域。

在焊接实训初期阶段，模拟仿真实训系统可以大大降低焊接实训成本，并且保证在学员实践经验不足的情况的降低其危险隐患，模拟仿真实训系统借助先进的计算机技术，使学员能在优美的，舒适的模拟操作台上，置身于真实的操作环境中，多次重复体验系统提供的最标准的状态下的焊接全过程，尽快掌握焊接基本技能，为下一步进行焊接实际操作打下坚实的基础。

欧美等发达国家在焊接仿真实训领域起步较早，并且已经有了较成熟和系统的仿真实训产品，如法国西施公司生产的CS WAVE焊接姿势操练系统，据相关数据显示，通过该焊接实训产品的使用使培训成本降低达35%。通过该系统的使用降低焊接用原辅材料消耗；降低能源消耗(降低焊接气体和电力消耗)，并且极大的提高了实训过程的安全性。另外通过仿真系统的使用缩短了初级焊工早期培训的周期（缩短周期达50%）,改进对教学工作的监控，方便和加强学员管理 ,改善焊接环境，有利于环境保护,提高焊工培训的层次 。

2 国内仿真技术在焊接实训上的发展现状

虽然国外已经大规模使用焊接仿真实训设备，国内近年也开始了在该方面的尝试，但是由于没有自主研发的设备，整套设备需要进口。而进口设备造价高昂，以法国西施公司生产的CS WAVE焊接姿势操练系统为例，单台设备到岸价格为40万左右，每台设备能满足两名学生实训要求，按标准班40人计算，建成一个标准的焊接仿真实训室需购进20台仿真实训设备，那么一个仿真实训室前期投入将达到800万左右，这是国内一般高校很难承受的。

随着模拟技术和计算机控制技术的发展，国内许多高校也开始了这方面的研究，如燕山大学，西安交通大学等高校将焊接热模拟技术已引入各种焊接试验，诸如焊接热影响区性能、钢材CCT曲线测定、焊接过程模拟等方面的研究工作中，也取得了非常好的效果[1]。但是国内鲜有高校对焊接实训模拟开展系统性的探索和研究，仅有少数几所高校模仿国外成熟的模拟仿真系统，开展了一些尝试。

其开发步骤为[2]：。

1）虚拟环境建模。从现场环境取样，通过三维造型的方法营造虚拟环境，给操作人员提供一个逼真的操作环境。

2）三维图像生成。根据现实环境中物体的运动，连续进行采样跟踪，根据物体位置的变化，实现在虚拟环境中物体的相应变化。其关键是三维图像的生成速度。物体空间位置的变化通过若干台CCD摄像机进行监控，监控图像经过A/D转换后由计算机进行处理和三维合成。同时在虚拟环境中成像。

3）传感技术。通过接触式的测量方法，在传感器的帮助下感受操作人员手上施加力的情况，将力的大小反应为虚拟环境中焊枪的前进，后退，转动，提升，下降等动作。

4）评判机制。这是培训系统中非常重要的一环。通过评判机制对操作人员的动作进行分析判别，对不规范的操作动作提出警示。对相应操作下焊接容易产生的缺陷进行分析，并提供给操作人员，帮助操作人员进行修正，提高操作技巧。

这种焊接模拟实训手段是最接近国外成熟的模拟实训技术的，但是由于经费投入，技术，人员等因素制约，国内高校对于这方面的研究多止步于理论阶段，并没有成型的产品可以投入教学。

3 建立“准仿真实训焊接系统”的构想

高职院校，培养的是生产、管理、建设、服务第一线需要的高级技术应用型人才。应用型人才的培养，主要取决于实践教学开展。目前很多职业院校焊接专业实训都面临场地、实训设备、实训专业指导人员不足等复杂问题。这对我们职业教育从业者来说既是挑战，又是机遇。在资源不足的情况下，我们可以改变传统的教学模式，在焊接实训初期阶段引入视频、动画技术、计算机多媒体仿真技术建立一套“准焊接实训仿真系统”（整个系统可分为4个一级模块和若干二级模块）使仿真实训与实际操作相结合。这样不仅可以极大的缓解我院场地、设备以及人员不足的问题，并且节省大量的实训材料。另外信息化技术的引入还可以极大的提升学院的形象以及实力。在教学方面，信息化技术的引入可以使学生在直观性好、交互性强的环境下学习焊接专业核心技能。为学生提供多种感官的综合刺激，模拟真实的场景，有利于学习者产生强烈的学习欲望以及对知识、技能的获取和保持；提高学生的学习效率与效果，体现学生的主体地位。

该套模拟仿真系统与国外进口仿真设备以及国内一些高校正在研制模拟仿真设备相比具有以下几点优势：

1）投入小（不需要过多的硬件支持，主要以视频、以及flash互动、以及网页作为系统主要组成部分）。

2）研制周期短（从立项开始，大约使用1年时间即可投入使用）。

3）实用性强（可根据我院实际教学情况，随时修改系统内容）。

在实训方面，如汽车驾驶，工程机械驾驶等均有模拟培训系统的实践，而国外焊接仿真模拟实训系统已经普遍应用，并且取得良好的效果，但是高昂的价格和过高的技术门槛使其很难进入中国。本课题国内尚无成功先例，如果将该系统引入到焊接实训中，1.可以大大降低成本；2.可为入门焊工提供良好的学习气氛；3.可以缓解我院场地、设备、人员不足的问题，4.将信息化技术引入实践教学可以大大提高我院的知名度，也可以增强我院的实力。

［1］王鑫,张福成,吕博,等.贝氏体钢辙叉与 U71Mn钢轨的焊接[J].焊接学报,2009,30(12):61-64.

［2］薛金保,邹林,陈小艺,等.焊接操作计算机模拟系统的研究与开发[J].焊接技术,2005,34(7):56-57.