焊接训练仿真系统 1.5.1更新

随着生产力水平的进一步提高，许多机械制造类企业仍然面临合格焊工人才短缺的窘境。传统焊接培训存在高投入、无规范化、安全及作业环境差等缺点，随着计算机虚拟仿真技术的发展，使得利用“焊接训练仿真系统”进行焊工的岗前培训成为可能。

焊接训练仿真系统采用全新的技术理念和手段，节省资源、提升效率。焊接教学模式采用：理论学习→虚拟训练→实际操作，使焊接训练成效显著提高。初学者不需要具备任何基础技能，就可以在虚拟现实中使用符合人体工程学的焊枪及典型工件，自主设置、调整焊接参数，完成全部的学习和训练，没有任何人身安全风险。焊接训练仿真系统如图1-14所示。

图1-14 焊接训练仿真系统

焊接训练仿真系统属于半实物仿真，即：焊接设备是真实的，焊接过程是虚拟的，受训者在真实的焊接设备上完成“虚拟焊接”的训练。解决了焊接实训过程中弧光、烟尘、实训成本和演示、观摩受限等方面给焊接训练及教学带来的诸多难题（参见配套光盘资料⑦PPT演示文稿-（4）ONEW360焊接训练模拟系统）。

1.焊接训练仿真系统的特点

（1）经济 使用焊接训练仿真系统能够大幅节约培训成本，培训中消耗的金属材料和资源至少节约25%，受训者可以只专心于技术要领的学习。焊接训练仿真系统虚拟成像如图1-15所示。

传统的培训方式与焊接训练仿真系统成本综合比较，如图1-16所示：

（2）效用 部分产品设置“在游戏中学习”的训练模式，增加学习效果和兴趣。

2.焊接训练仿真系统的训练过程

（1）第一阶段为初始训练阶段 该阶段训练方式是以“虚拟教练”作为操作指导，通过3D面罩可以观察到人形“虚拟教练”给练习者提示他们在训练中应保持的最佳焊接速度、焊枪与工件的距离、焊枪角度等焊枪姿态。国内研发出的产品中已有中文提示音、逼真的焊接声效以及接近真实的手感即时反馈给受训者，全方位获得焊接过程的真实感受。例如，CO₂气体保护焊在初始训练阶段主要掌握以下三项运枪要领：

1）焊接速度：焊枪在焊接中的移动速度训练。

2）焊丝伸出长度：焊枪导电嘴至工件的距离训练。

3）焊枪角度：焊枪工作角和行走角度的训练。

在“虚拟教练”指导下焊接如图1-17所示。

图1-15 焊接训练仿真系统虚拟成像

图1-16 两种培训方式的成本比较

图1-17 在“虚拟教练”指导下焊接

（2）第二阶段为仿真训练阶段 展现逼真的焊枪和工件进行操作。这一阶段没有“虚拟教练”的指导，完全凭借自己的理解进行焊接参数和运枪的设置。仿真训练阶段分为两个步骤，以下两个步骤的练习是建立在第一阶段的基础上。(www.xing528.com)

1）首先，初学者在没有“虚拟教练”的情况下，在3D面罩里营造的虚拟现实焊接条件中实训。初学者可以调用数据库的焊接参数结合自己设置的焊接参数进行练习。确保教学模式能够带来高品质的训练效果。

2）训练效果评估。一个先进的训练系统意味着同样的培训效果每次都能够达到完美。对不同的受训者，系统都能清晰、客观地作出评估，并自动生成成绩排行榜。就像在计算机游戏中竞赛，给出比赛名次，从而使训练变得更加有乐趣。有些产品还可通过实时焊接曲线显示受训者的焊接技能水平，如图1-18所示。

通过图形显示电流电压的变化，可以确定缺陷出现的位置，如图1-19所示。

图1-18 焊接曲线诊断结果

图1-19 缺陷发生点的位置判断

焊接参数曲线能够即时显示出某段焊接的电流异常，如图1-20所示。

图1-20 焊接参数即时曲线显示

为真实模拟各种工件及不同焊接位置，系统提供用于仿真焊接的各种类型工件，可进行在不同焊接位置的练习，如图1-21所示。

焊接训练仿真系统操作简便，具有设置软件帮助系统、人机操作界面和菜单导航功能，使用者能够无师自通。美国某品牌产品的自助系统的触摸屏幕使得训练课程的选择更加简单。受训者戴上内置3D护目镜的3D面罩，在模拟工件上焊接时就如同身临其境的焊接作业真实感。操作者可通过的“光影显示”掌握正确的焊接要领，如图1-22所示。

图1-21 各种类型工件及不同焊接位置

图1-22 仿真培训3D面罩及观察到的景象

焊接训练仿真系统的训练工具一般采用磁场和磁性传感器技术来感应操作者如何对焊枪进行操控，如焊枪到工件的距离是否合适，角度是否准确。3D面罩具有全方位视野，其中一个传感器使得在焊帽上能够观察到工件的360°视野。

焊接训练仿真系统软件能够在线升级，得到最新的训练内容，也可以按用户的需要定制教程软件。作为可选项功能，训练者可以在局域网上把所有的终端机进行连接，并通过主机对它们进行设置和监控。软件可以针对许多不同地区和国家的训练者使用，根据需要，可以设计成指定的语言版本。

这些系统具有可持续的信息交换和全天候的在线综合支持，如果出现故障，错误报告将信息立即电邮给网络管理者。就如同其他产品一样所有的数据能被自动备份和存档，避免意外丢失。同时，备份的数据根据需要可以随时调出。

近几年，随着仿真技术的发展，国内研究机构和企业开发出针对职业院校进行焊接训练的多节点焊接训练仿真教学系统，适合于人数较多的班级训练和教学，具有教学管理需要的培训管理功能，如任务设置、监控、课程设置、学生管理、系统设置、教师管理、成绩管理、任务共享等模块功能。