李嫄

关键词 课程改革 降低损耗 虚拟仿真 表面贴装技术

中图分类号：G424                                  文献标识码：A   DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.049

Abstract At present， the positioning of surface mounting technology has gradually evolved from general production technology such as connection and assembly to a key technology for realizing highly diversified electronic information equipment. Surface mounting process is an important part of the mounting process. The problems involved in the mounting process are complex and difficult. It requires repeated training to master the mounting process. But the mounter equipment is expensive and precise， and the existing equipment cannot meet the training of a large number of students. In addition， the original parts of the mounter in the training link are consumed a lot， and the training cost is too high. Virtual simulation software simulates the workflow of electronic component surface mounting equipment， simulates the process of circuit board mounting， realizes the logic of basic mounting equipment and corresponding process actions. It can be used in teaching and training to save a lot of teaching cost.

Keywords course reform; reduce wastage; virtual simulation; surface mounting technology

1 研究背景

隨着我国电子信息产业的快速发展，我国表面贴装技术也得到了迅猛的发展，表面贴装生产线的主要设备是自动贴片机，我国目前贴片机的保有量已经位居世界前列。实训室作为培养学生实践动手能力，实现知识技能转化的平台，对于职业院校、应用型大学人才培养至关重要。但贴片机价格昂贵，学生直接进行实物操作，往往因出错率较高造成设备损坏，尤其是贴装过程需要反复练习才能掌握，贴装实训环节贴片原件损耗量大。如果在实操之前应用仿真软件进行模拟训练，既可有效解决上述问题，提高实训效率、又可降低不必要的损耗。因此开发表面贴装技术的虚拟仿真软件用于教学实训可以大量节约教学成本。虚拟仿真必将成为高校实训的主要发展方向。

2要求软件实现的功能

2.1 PCB板制作模块

该模块支持用户自定义PCB板。通过载入对应的贴装电路图片并输入PCB板的参数（旋转角度、外形尺寸），系统自动生成对应的PCB板。

2.2贴片元件制作模块

该模块也同样支持用户自定义电子元件。实现通过参数自定义元件或从元件库中取出元件（也可将自定义好的元件保存至元件库中以供下一次调用）等功能。

（1）元件种类：方形芯片、圆筒形芯片、铝电解容器、SOT、SOP、SOJ、QFP、PLCC（QFJ）、PQFP（BQFP）、TSOP、TSOP-2、BGA、网络电阻、微调电容、连接器。

（2）新建元件;元件包装方式：带状、管状;带状参数：外形尺寸、吸取深度、带宽、元件供应角度、供料间距;管状参数：外形尺寸、元件供应角度、送料器等待时间;调校数据：本体X/Y、引脚宽带/长度、对准Z高度、误差、偏移量X/Y/R、区域补偿、示意图。

2.3生产程序编辑模块

该模块主要供用户自定议贴片程序的编辑，用户在相关窗口，设置参数，完成指令程序的编辑。（1）制作基板数据：基本设置（基板ID、定位方式、基板配置、标记识别、BOC类型、坏版标记类、条形码处理），尺寸设置（基板尺寸、定位孔位置、基板设计偏移量、第1～3号BOC标记位及基板高度/厚度/背面高度;（2）制作贴片数据：列表（编号、元件ID、贴片位置X/Y、贴片角度、元件名称、Head、标记、忽略）;（3）制作元件数据：列表、表格（元件信息、包装方式、定中心、附加信息、详述、检测）;（4）制作吸取数据：列表、表格（元件名称、包装、送料器类型、角度、供应、位置、通道号、吸取坐标、状态）。

2.4 制作料盤

（1）物料配置（元件名称、元件种类、包装方式、定中心、外形尺寸、供料参数）;（2）匹配Feeder（料盘信息、匹配飞达）。

2.5 HOD操作

点击HOD面板中的按钮进行操作，用摄像机作为示教工具（用于设置元件贴在PCB板上的帖装位置，与吸取元件的位置）。

2.6 PCB监视面板

可进行监视画面锁定、放大、缩小、上移、下移、左移、右移、进板、出板、退出。

2.7 伺服模块

伺服功能是本系统的核心模块之一，它用于解析用户预先编辑的生产程序，并结合用户在其它模块所设定的参数，完成对应的贴装流程，从而达到仿真效果。

2.8 工程的存取模块

能够将用户的生产文件以独立的外部文件形式保存，以便下次打开工程时，可以继续该项目的仿真应用教学。

2.9 要求表面贴装技术（SMT）

虚拟仿真实训系统的安装、升级和维护的成本低廉。当系统升级时，只需要升级客户端的软硬件环境就可以提升整个系统的效率以及视觉体验，客户端无需做其他特殊设置。做到最大限度的方便用户。

3 特色和创新

软件的特色和创新之处在于允许用户自定义编辑贴片程序，并按实际生产环节仿真解析用户自定义的贴片程序，最终完成贴片工序的仿真。学生可以在仿真练习中积累一线的实际操作经验，掌握生产线上每个工作岗位的基本技能和要求，从而达到仿真教学实训的目标。

4 建设指标

表面贴装技术（SMT）虚拟仿真实训系统围绕着表面贴装工艺贴片环节来丰富实现的教学仿真系统。它包含基板制作、元件制作、Feeder 制作、伺服系统、生产程序编辑系统等，这一系列的有机模块组合成了这款软件。同时这些模块也从适用性、拓展性以及可维护性等方面考虑，从用户的角度去合理设计，方便用户的操作及学习使用。

实训软件建设指标是能完成虚拟仿真电子元件表面贴装设备的工作流程，模拟对电路板贴装工艺贴片环节，实现贴装设备基础贴装的逻辑及对应工序动作。软件的特色在于允许用户自定义编辑贴片程序，并按实际生产环节仿真解析用户自定义的贴片程序，最终完成贴片工序的仿真，达到仿真教学实训的目标。

5 达到的技术经济指标及社会经济效益

贴装是整个表面贴装工艺的重要组成部分，它所涉及到的问题较其它工序更复杂，难度更大，需要学员反复实训来掌握贴装工艺。贴片机设备价格昂贵，设备精密，现有设备满足不了批量学员的实训，加上实训环节贴片原件损耗量大，因此开发表面贴装技术的虚拟仿真软件用于教学实训不仅可以大量节约教学成本，同时同学们也可以掌握贴装技术。

6 教学实施方案

（1）教学要求。利用企业的技术和资金优势，将企业订单引入到教学中，实现校企共建。校企联合共同探索适合表面贴装技术的教学方法，坚持以学生为中心、边学边做的教学理念。寻找现代化的教学设施，实现仿真软件教学与实体操作练习的完美结合;充分调研公司对应岗位工作实际情况，实施契合企业所需的项目化教学，开展企业岗位能力内容培训和业绩考核。

（2）教学组织形式。要针对学生的基础，确定理论内容讲解的深度，增加现场教学强度，改革教学方法，创新教学手段和教学模式。首先观看实际表面贴装的工艺视频，从中发现问题，讨论问题，解决问题。集中讲授以任务驱动、头脑风暴等方法，突出培养学生分析和解决实际问题的能力;利用仿真资源教学资源使教学手段实现多元化，运用网络教学，多媒体教学，引入企业的远程资源。

7 教学实施建议

（1）以表面贴装技术知识技能为导向，基于工作过程，实现“教、学、做”有机融合。合理设置仿真环境布局，让学生身临其境体验实际的工作环境。改变传统教学“重理论、轻实践、缺实战”的弊端，在虚拟仿真训练中积累操作经验。

（2）建设课程配套的教学资源，将概念、原理、问题和解决方法等知识点、技能点进行可视化处理，使抽象的概念 学习、操作技能变得容易理解并能够快速掌握。为了提高教学效率，教师录制操作视频直接上传到教室的电脑，学生随时可以进行视频学习，实操过程中随时查阅对照，加深认识。

（3）建设基于智能手机、平板电脑等数字化应用的新型学习平台。学生可以通过移动学习平台下载资源，也可以通过扫一扫实训室内设备、元件学习器件及挂图中带有二维码的知识点，选择相关实训内容下载到自己的手机上，进行自主学习（不需要流量）。通过考试系统还能随时检验自己学习的效果，极大的方便学生的学习。

（4）根据学校实际的教学情况，可以考虑建设校企合作的实习模式。可以借用企业的设备;如果学校资金允许，也可以由学校投入场地和设备。引入企业的技术，让学生来完成企业的订单。这样边学习边生产，不仅可以提高学生实战经验，还可以为学校节约实训耗材和培养经费。当然，企业的目的是生产盈利，以企业生成为主导，必将会影响教学计划和教学进度。所以要综合企业和学校的情况，实时修改教学计划和教学进度。

8 结束语

2016年我院成功申报《机电一体化技术》高职教育品牌专业建设;2016年创建现代职业教育综合改革试点省争先创优专项资金（高职教育部分）项目。机械工程系在积极完成项目及课程建设的过程中积累了众多的研究实践基础，也出台了扶持与配套政策，为本课程改革的研究与实践提供了良好的契机。

通过虚拟仿真实训课程改革，实训过程可以大量节约教学成本，学生能够掌握到一线实习操作经验，掌握生产线上每个工作岗位的基本技能和要求。在以后的教学研究中，需要进一步明确表面贴装技术生产线上各岗位职责，要求学生不但会操作还要会管理。进一步强化学生的工程意识。

参考文献

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