簡介
英文名稱：Keller SYMplus CNC
架構KELLER仿真模擬軟體是德國凱勒軟體有限公司開發的產品，將CNC數控設備 工作過程、CAD/CAM、車銑削加工方案、系統控制編程等，利用三維模擬技術和大量的圖表、數據、解釋和習題的方式進行演示和訓練。有體整套強大的、富有人性化的教學方法和精彩的習題庫.該軟體將數控加工中車削和銑削集成為一體。採用數位化3-D多媒體的教學模式，從基礎數控機械設備介紹，到CAD/CAM自動化系統編程，完全採用現代化仿真模擬數字計算機技術。
特點
凱勒CNC軟體最主要的特點是簡單易學、循序漸進、綜合性強。整個系統由一個金字塔式的結構組成，分為四個不同的等級，即：動態虛擬車間、PALpuls多媒體模擬、控制模擬系統、 CAD/CAM仿真模組。整個系統覆蓋了從基礎培訓到專業的、適於製造加工編程的計算機數字控制（CNC）和計算機輔助設計及製造（CAD/CAM）技術，含有現代的教學方法。該軟體是德國唯一具有CNC設計製造模擬、教學方法綜合軟體系統，配有大量的題庫和教師教案以及練習過程中錯誤分析、回溯和自動評分系統。該軟體除了包含仿真模擬數控加工的過程外，如工具機設定( 支持多種數控系統)、定義毛坯、刀具準備、基準測量、 準備功能G代碼處理、輔助功能 M 代碼及其它指令代碼、各系統自定義代碼以及固定循環、面板操作等，還套用了計算機動漫技術，模擬車間布局、工具機構造、設備和加工工具的使用和管理。配有影像和解說，為學員提供了近似真實的情景其描述。該軟體有兩維和三維模擬界面，非常逼真。有自動代碼生成系統，可以做到利用圖形自動生成程式原始碼，可減少大量編程工作。
KELLER 庫中提供了常用的工具機模型，如K&T 和Generic Machines 等公司生產的工具機，用戶還可以根據需要自定義工具機模型。同時KELLER支持G 代碼並配有製造商提供的工具機控制檔案庫，如Fanuc、Siemens 等控制系統。對於一些不常用的功能，可以通過Machine Dev.Kit 模組自定義，也可根據自己的需要任意組合所需的加工系統。一次工具機碰撞將付出極昂貴的代價，不僅損壞工具機,而且延遲整個生產日程。KELLER能用不同顏色顯示加工過程中刀具與夾具的碰撞並報警，同時統計出錯誤的數量及發生位置
模組
1）動態虛擬車間：- 通過3-D多媒體技術和動態動漫技術，使學員身臨其境地感受到一個數控車間的環境。
- 詳細地介紹數控車間的配置和職能，了解CNC數控工具機的基本結構
- 可通過近似與真實的設備的“操作“，了解和感悟CNC數控設備的功能
- 利用多媒體技術進行PAL編程和接口程式
- 利用圖形的方式，了解DIN標準的幾何模式的編程（如： G1、G2、G3）
模擬器- 2D、3D模擬演示實時的控制，放大、縮小、每個作業預覽等
- 利用測試模組教師對學生編程的作業進行檢查和指導
- 利用後置處理器將學生的PAL程式轉換成必要的控制系統
- 大量與之相配合的練習作業題3）控制模擬系統
- 包含標準的控制系統Sinuerik 802C
- 在車削加工中，C-軸和 Y-軸的模擬
- 現代化的教學模組2-D、3-D的模擬
車削模擬- 控制鍵盤的解釋系統4）CAD/CAM
CAD/CAM 由兩部分組成，幾何圖形和工作計畫
幾何圖形
- 圖形設計
- 通過參數改變圖形
- CAD接口程式
- 測量功能
- 3-D 方法表示每個時間點結構變化（大小、體積計算等）
- 車削方面：任意圖形表示，如：圓、直角、距形、柱形等
- 銑削方面：任意圖形標識, 如：圓柱、樓栓、管型等
- 加工生產安排、下料、工作進程
- 有任何材料加工
- 檢查、控制和相應的夾具
- 2D和3D模擬用選定的機械設備型號、實時、預覽、放大等
- 對使用時間和工作計畫進一步最佳化，自動生成一個計畫表
- 利用後置進程處理器生成一個適合您所選的機械設備的控制系統
- 銑削加工：計畫、平面銑、不同的裝配方法、夾具等
- 車削加工：計畫、粗加工、轉速、夾具、不同的鏇孔加工方案
l 數控工具機生產加工和維修
CADcaml CNC職業教育和培訓及在數控
l 模具領域從業的人員
這套軟體的優點在於，它對企業專業人員、教師、學生及初涉及CNC領域的人，都十分容易掌握，並很快達到他們學習的目的。它向用戶提供包括結業證書考試的許多面向實踐的和特殊的題目，從而為考試和日常計算機數字控制（CNC）車削和銑削操作打下堅實的基礎知識。SYMplus 是用於CNC教學和再培訓的軟體產品，用戶可以通過SYMplus的學習，掌握計算機數字控制（CNC）的知識和技能。
國內外研究情況
當前，國內可見到的數控仿真軟體較多，有以輔助程式編制和運動軌跡校驗型的，其以實際套用為目標，常常包含有程式傳輸功能，如cimcoedit、NCSentry、MetaCUT等等。還有虛擬現實型的，能夠虛擬仿真出類同於真實三維數控加工的環境，如數控工具機的程式輸入、編輯和調試等，數控工具機的操作過程，數控零件的切削加工、測量等內容，這類軟體有上海宇龍的數控加工仿真系統、南京斯沃數控仿真軟體（SSCNC）、南京宇航數控仿真軟體（YHCNC）等等。國產的仿真軟體基本上都能仿真出國內套用的主流數控系統或主流工具機廠家的工具機產品。如斯沃數控仿真軟體虛擬出的北京工具機廠Fanuc 0i Mate MB 型CNC系統的數控工具機的工作環境，由於操作面板較大，其設計成了下部隱藏型的，螢幕右側的CRT/MDI面板和操作面板與真實的工具機布置基本相同，完全可以模擬練習工具機的基本操作，右側則是一台數控工具機的虛擬現實，模擬工具機的實際動作。CIMCOEdit仿真軟體可以在左側的程式視窗中直接修改，其修改的程式與調入的程式是互動聯繫的，即在CIMCOEdit仿真軟體程式視窗中修改的部分，本地機上調入的程式也會相應的改變，這個功能對程式的修改時非常有幫助的。
國外比較仿真軟體如vericut軟體是美國CGTECH公司開發的數控加工仿真系統，由NC程式驗證模組、工具機運動仿真模組、最佳化路徑模組、多軸模組、高級工具機特徵模組、實體比較模組和CAD/CAM接口等模組組成，可仿真數控車床、銑床、加工中心、線切割工具機和多軸工具機等多種加工設備的數控加工過程，也能進行NC程式最佳化，縮短加工時間、延長刀具壽命、改進表面質量，檢查過切、欠切，防止工具機碰撞、超行程等錯誤;具有真實的三維實體顯示效果，可以對切削模型進行尺寸測量，並能保存切削模型供檢驗、後續工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能實現與UG. CATIA及MasterCAM等軟體的嵌套運行。VERICUT軟體目前已廣泛套用於航空航天、汽車、模具製造等行業，其最大特點是可仿真各種CNC系統，既能仿真刀位檔案，又能仿真CAD/CAM後置處理的NC程式，其整個仿真過程包含程式驗證、分析、工具機仿真、最佳化和模型輸出等。
套用KELLER數控仿真軟體的效果和體會
( 1) 加強學生的理論基礎知識學習現階段,由於大部分基礎好的學生都被大學選擇走,職業類學校教師教學難度較高,傳統的教學模式很難使學生接受,學生厭學現象普遍存在,吃苦耐勞精神明顯缺乏。首先，利於數控仿真軟體進行的理論知識教師在給學生講解機械坐標系原點、工件坐標系原點、工具機參考點、刀位點、對刀等理論知識時, 教師講解很費勁, 學生也未必能聽懂, 但如果採用該軟體演示講解, 變枯燥的傳統課堂教學為快樂的仿真教學，學生沒有冗長的記憶負擔,在相互交流中學習,利用計算機進行學習結果的仿真，在學習的過程中進步，能激發學習動機、學習熱情和學生興趣的問題和典型事例,充分展現數控編程及操作的價值,使更多的學生對數控編程產生濃厚的興趣。其次,降低入門的門檻,避開空洞的理論教學，學生在一種積極的情感體驗中,既學到了知識,又培養了能力。既激發了學生的主動性,又提高了課堂教學效果。科學安排教學內容,循序漸進提高數控編程與操作能力 就會使學生豁然開朗, 起到事半功倍的效果。
( 2)便於驗證程式編制的正確性。在引入數控加工仿真系統套用軟體之前,數控編程與操作課程與其他課程教學模式相同,主要是以教師的課堂教學為主,學生對自己所編的程式正確與否往往只有通過教師審查才能知曉,教師需要對每位學生的程式逐個程式段查閱,內容多且十分繁瑣,工作量大,有些錯誤也不容易發現,程式編制的工藝性也無法詳細核准。引入數控加工仿真系統進行教學,學生編制的程式可以直接通過數控加工仿真系統進行仿真加工並進行過程演示,對程式編寫過程中出現的問題和錯誤可以直接查找出來。在數控仿真系統中,工具機操作面板的使用與零件的加工過程和實際加工情況十分相似,學生可以從任意角度觀察數控工具機加工過程,毛坯加工為成品的過程直觀形象,栩栩如生,便於學習掌握數控工具機操作。引入數控仿真系統,對學生理解和掌握數控設備和不同型號的數控作業系統,帶來極大的便利。
( 3) 提高學生的實踐動手能力有利於學生迅速掌握工具機的各種運動和加工過程這門課實踐性很強, 學生如果不通過經常性的實踐鍛鍊是很難掌握的。但學生很多, 教師就一個, 如果在工具機上授課是不太可能的。更何況在初學時由於學生對數控工具機的操作和編程指令不熟悉, 在實際工具機上操作時, 難免會出現誤操作甚至會有一些事故。而利用仿真軟體, 人手一台電腦, 學生可以完成各種零件的編程和加工練習, 並且可以調出標準零件進行比較, 分析自己編程的不足和錯誤。而且軟體的界面和實
際數控工具機的界面是一致的, 學生也能很快學會數控工具機的操作靈活套用教學方法,課堂教學中變學生被動學習為主動學習。
在操作方面,由於數控加工仿真系統採用了與數控工具機作業系統相同的面板和按鍵功能,並且使用數控加工仿真系統在操作中即使出現人為的編程或操作失誤也不會危及工具機和人身安全,反而學生還可以從中吸取大量的經驗和教訓。所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具,只要經過短期的專門訓練,學生很快就能夠適應數控系統的實際操作方法,從而為以後的技能的進一步深造打下了堅實的基礎。至此,我們將理論與實踐有機的結合在一起邊講授邊練習,使講過的知識及時套用於實踐中,不但加深了學生對理論知識的理解而且在模擬操作的同時對數控工具機的操作方法上也具備了相當水平的實踐基礎。
目前國家數控職業的技能鑑定仍然採用傳統考核模式,大部分地區都是採用理論筆試和工具機操作考核方式,基本上沒有仿真的內容。突出問題是,理論考核存在人工閱卷、統計分數問題,效率低下;工具機操作考核容易出現刀具、設備損壞,參加鑑定人員的編程能力考核效果不明顯。為改善職業技能鑑定手段,提高工作效率,充實考核內容,山東省將數控仿真系統套用於數控車工、數控銑工職業技能鑑定考核過程,增加了數控仿真鑑定考核內容,直接採用計算機進行網路化考試,將考試結果直接傳輸到系統伺服器進行收集評分。
同時還應構建多元評價體系教學評價直接影響學生學習的主動性和積極性,所以評價要做到:第一,合理且有一定的彈性,答案不能限制太死,只要合理就行,如一些仿真操作中學生實施方案的可行性討論,實操過程中加工線路等。第二,既要評價技能操作結果,又要評價技能操作的過程。對在技能操作中學生的積極參與表現出來的良好個性品質要給予充分的鼓勵、肯定、嘉獎。第三,轉換評價的主客體關係。對學生在課堂上的技能操作情況及結果不僅僅由教師來
評,還可以讓學生自評或互評。如加工線路的制定、某些圖樣的理解、坐標點的計算,可採用學生討論評價的方式,在研討中發現問題,得出正確結果,學習的主動性、積極性也就調動出來了。
總之，KELLER軟體以強大的功能，既可用於實際加工，也可用於教學培訓；既可作為獨立軟體使用，又可與其他CAM 軟體集成。通過動畫的界面，將數控加工仿真軟體可以模擬實際工具機的加工過程，通過操作人員在對仿真工具機操作過程中產生現場真實感，直觀了解工件進行二維、三維仿真，驗證數控程式的正確性，防止干涉和碰撞等情況的發生，解決了學校實訓設備不足和學生實踐能力要求的衝突，同時解決了學生因為誤操作發生安全事故或損壞設備控又可以使，使每位學生都能有足夠多的實踐機會， 掌握各種數控工具機的操作方法，提高了學生動手能力，滿足企業對高中職學生技能培養的要求。
總結
德國Keller軟體已在工業化國家（歐、美等80多個國家）的職業教育方面獲得廣泛套用，取得了較為豐富的成果，在我國職業教育高速發展階段，在教學過程中利用數控仿真軟體配合學生的理論和實訓教學，有利於提高學生的綜合能力，激發學生的獨立思考和創新意識，培養學生自主學習的能力。它將為我國的數控教學、輕鬆掌握數控技術、先進數控設備的使用以及數控加工生產全過程等帶來一個全新的模式，為我國數控技術的職業教育改革作出巨大貢獻。
