关键词：材料成型；跨学科；机器人；仿真；虚拟实验室

现代科学的发展越来越呈现出多学科相互交叉、相互渗透、高度综合以及系统化、整体化的发展态势。而跨学科是科学技术在其自身发展与进化过程的自我选择，因为它提供了一种产生新知识的对话和联系方式，为激发科研人员灵感以及帮助我们深刻理解时空和宇宙做了很多贡献，发挥着越来越重要的作用[1]。高等学校作为人才培养的基地，对于应用型本科而言，更有必要也有条件在跨学科建设方面走得更快一些。

1 材料成型与控制工程专业建设所面临的问题

对材料成型来说，它是复杂而多变的。以塑料成型为例，由于塑料成型受成型压力、成型温度、产品应力以及成型塑料种类、组成成分、成型型腔表面特性和型腔结构变化等诸多因素的制约，对成型设备材料与塑料材料的相容性等各种化学物理性质的研究对生产企业而言就非常具有挑战性。现代市场竞争异常激烈，新产品的问世除了需要满足大规模、成批量、柔性自动化生产要求，还需要考虑以下问题：一是塑料产品成型时是否分解，分解物是否对人类有毒，是否具有可能替代人的作业等。二是材料成型的实验室建设、实验条件是否能更人性化、可视化，这是当代应用型学校教学实习的一大方向。

2 材料成型及控制工程的跨学科可行性研究

要解决材料成型及控制工程学科建设问题，可能涉及软件与控制、工业机器人应用与管理、检测与传感技术、3D可视化及动画制作等领域。

1）材料研发与材料成型工程的学科建设交叉问题。首先，就新产品来说，其材料的研发、生产涉及学科交叉问题。如在研发阶段，必须了解所需材料的各种物理、化学性质，以及分子结构、成型条件、分解机理、工业用途等，能否对其成型材料的流动性、水溶性、相容性等做一具体研究并将其参数标准化，能否将其研究试验方法标准化等。这样在对新材料成型进行教学与生产、科研合作时就具有了切实的可行性，院校、科研机构、生产企业合作的可能性就变得很现实了。其次，以塑料模具的设计为例，若成型材料的各种数据实现了共享，就可以不用花费大量时间再去研究塑料的特性，其研究重点就可转向如何使模具结构更合理、模具造价更经济、模具制造工艺性更优化等问题上。而模具设计软件，如UG软件塑料模具成型平台及UGCAM等能将各种成型零件的制造工艺直接借鉴，将会大大缩短模具成型设计周期。

2）材料成型与控制工程、检测技术、工业机器人技术交叉发展。在材料成型阶段，各个控制参数及参数分布规律以及成型材料的变化规律等，可以通过检测技术去检测，对成型质量亦可作定性定量分析，并将此分析参数作为某一类或某种材料的数据标定以便与后续参数进行比对，形成系列数据。如通过压力传感器、温度传感器等对每个关键温控点定时检测，对成型质量以及改进成型质量提供指导，且在材料成型阶段，塑料产品在高温时会发生分解，其副产品对人体有副作用，若在实习及生产环节采用工业机器人完成原料的上料，产品的下料、检验、分拣及搬运工作，这样既可以提高生产效率，又不影响作业人员的身体健康。在这一技术跨度里，成型设备、机器人系统以及其他先进制造设备及自动化生产线进行了柔性或刚性组合，而生产线的控制又与电气控制相交叉，这就体现了各种学科的交叉发展。

3）材料成型与控制工程与液压气动技术交叉发展。塑料成型在一定意义上和液压流动有相似之处。材料成型的自动化，就是对成型设备要实现自动控制，也就是实现自动调压、自动调温等控制。其在调压和成型设备开合动作上可以采用液压伺服系统实现。液压回路采用电液伺服阀可以轻松地实现成型设备与流水线系统的节拍吻合，而先导式溢流阀可对其压力进行对应调节，这样就形成了先进而高效的成型设备生产线。

4）实现大专业跨度下的实习和实验建设。对于跨学科、跨专业的现代教育来说，要想实现这一教学方案，在学校可利用虚拟实验室、虚拟工厂、仿真系统等进行教学，然后与实际企业相结合，利用实体企业进行实际操作。虚拟实验室可利用塑料成型的工作原理，将设备的实际成型过程虚拟化并以动画的形式展现在计算机上，给学生以真实的生产画面，并能将原料、设备、成品以及生产工人的具体工作过程以教师和学生可操作的模式实现。虚拟工厂可以利用动画及3D视频，将学生引进虚拟工厂，让学生自己进行工艺设计、材料成型生产、具体设备操作、产品质量分析，对操作的干涉及故障分析和排除，学生可以通过后台进行参数修改与调试。可以根据生产需求在虚拟工厂中自主添加设备、流水线及工业机器人等，也可以将虚拟工厂的控制程序、监控程序、测量系统进行显性与隐藏处理，还可以编辑、修改与恢复。通过感性认识、可以增加学习兴趣、展现跨学科领域与3D传媒技术、计算机科学与技术有机结合。