摘要：本研究基于數(shù)字化制造技術(shù)，構(gòu)建以學(xué)生為主體，以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為手段，以先進(jìn)制造技術(shù)為基礎(chǔ)，以智能制造為方向的“實(shí)訓(xùn)、科研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”三位一體的工程訓(xùn)練模式，建立機(jī)械學(xué)科具有連貫性的多課程聯(lián)合的“多環(huán)節(jié)、項(xiàng)目式、模塊化”實(shí)踐教學(xué)體系及工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，用“工匠精神”領(lǐng)航實(shí)踐教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新，為推動(dòng)“中國制造2025”輸送俯得下身、鉆得進(jìn)去的高水平應(yīng)用型人才。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化制造：機(jī)械學(xué)科：工程實(shí)踐：教學(xué)改革

　　隨著全球制造業(yè)發(fā)展不斷加快，機(jī)械制造已經(jīng)發(fā)生重大改變，勞動(dòng)力成本增加，無人工廠逐漸增多，現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中人的參與越來越少，生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本低的特點(diǎn)，越來越成為智能制造的核心技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，制造業(yè)在高速發(fā)展，我國提出“中國制造2025”，對制造業(yè)的發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。現(xiàn)代制造業(yè)設(shè)計(jì)周期要求短，企業(yè)間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)較多，因此在設(shè)計(jì)上就要求數(shù)字化設(shè)計(jì)，也便于下游產(chǎn)品的制造。

　　1、數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造發(fā)展的意義

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的CAD/CAPP/CAM/CAE四位一體技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)。數(shù)字化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)無紙化設(shè)計(jì)，便于產(chǎn)品的協(xié)調(diào)開發(fā)、生產(chǎn)數(shù)字化管理、零件數(shù)控加工工藝編制、動(dòng)力學(xué)仿真以及產(chǎn)品的研發(fā)和優(yōu)化。隨著“中國制造2025”規(guī)劃的發(fā)展，智能工廠蓬勃發(fā)展，滿足現(xiàn)代高速高效的生產(chǎn)需求。

　　2、計(jì)算機(jī)輔助制造模塊

　　運(yùn)用CAD/CAM一體化技術(shù)對典型零件的數(shù)控加工進(jìn)行仿真，也可以運(yùn)用CATIA加工仿真工具實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造[3]。首先是調(diào)用產(chǎn)品零件、加載毛坯、定義刀具，然后選擇加工策略、定義工序、加工的對象來生成相應(yīng)的加工程式。用戶依據(jù)加工程式的內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式，如加工對象的具體內(nèi)容、刀具的導(dǎo)動(dòng)方式、切削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削角度、進(jìn)退刀點(diǎn)、干涉面等加工參數(shù)的設(shè)置。

　　根據(jù)使用機(jī)床的系統(tǒng)要求使用對應(yīng)數(shù)控后處理生成數(shù)控加工代碼。由于學(xué)生的動(dòng)手能力需要有培養(yǎng)的過程，運(yùn)用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行虛擬制造，在虛擬加工過程中讓學(xué)生學(xué)會(huì)毛坯的選擇、夾具的使用、刀具的選擇、對刀的方法、程序的編寫和導(dǎo)入、機(jī)床操作面板的熟悉。對CATIA生成的代碼進(jìn)行加工驗(yàn)證，能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)能發(fā)現(xiàn)學(xué)生在計(jì)算機(jī)輔助制造中存在的問題。以齒輪泵和減速器項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行虛擬制造，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高虛擬制造能力。

　　智能制造模塊，智能工廠建立成本較高，通過仿真實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生進(jìn)行各功能單元或整體系統(tǒng)的調(diào)試，從而了解智能制造過程中各種設(shè)備和工作單元相互的配合關(guān)系，了解和體驗(yàn)一個(gè)零件生產(chǎn)制造和機(jī)構(gòu)裝配的基本流程;讓學(xué)生通過自己的試錯(cuò)過程，更深刻理解地智能制造單元調(diào)試和系統(tǒng)集成的重要性。虛擬智能工廠由MES負(fù)責(zé)根據(jù)訂單控制運(yùn)行，智能倉儲(chǔ)、數(shù)字化工藝、刀具、夾具、機(jī)械加工、三坐標(biāo)測量儀、PLC等通過以太網(wǎng)由MES直接控制，AGV小車則通過Wi-Fi由MES控制運(yùn)行;機(jī)器人末端執(zhí)行器、機(jī)床液壓夾具、傳感器、傳送帶等由PLC根據(jù)MES指令負(fù)責(zé)控制。

　　實(shí)訓(xùn)與校企合作模塊，該模塊包括金工實(shí)習(xí)、工程測繪實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、工匠實(shí)際操作培訓(xùn)等。低年級(jí)學(xué)生在初次接觸專業(yè)基礎(chǔ)內(nèi)容時(shí)，對機(jī)械類知識(shí)的感知、接受和消化理解比較困難，很難在頭腦中建立起抽象的三維幾何概念，學(xué)習(xí)效率低，效果差。本功能模塊可以讓學(xué)生借助實(shí)物模型、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真設(shè)備和實(shí)際操作來增強(qiáng)課程學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的理解及感性認(rèn)知，使學(xué)生能夠如同親臨現(xiàn)場，切身體驗(yàn)生產(chǎn)規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)、傳統(tǒng)工藝制造等流程，有利于對課本中抽象知識(shí)的吸收和理解，達(dá)到深刻認(rèn)知的目的。

　　智能制造實(shí)訓(xùn)主要面向大二下學(xué)期和大三的學(xué)生，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)和認(rèn)知體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際操作來驗(yàn)證自己所學(xué)的理論知識(shí)，掌握智能制造工匠的基本技能，在專業(yè)特長方向上進(jìn)一步升華。該區(qū)域主要用于數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)、特種加工實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)工藝及管理實(shí)訓(xùn)和能源調(diào)度實(shí)訓(xùn)，先由教師指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的軟件模擬實(shí)際智能制造工程中的實(shí)訓(xùn)過程，再由實(shí)驗(yàn)教師和企業(yè)工程技術(shù)人員指導(dǎo)學(xué)生實(shí)際操作。通過該功能模塊的實(shí)際與模擬操作，使學(xué)生初步具備智能制造設(shè)計(jì)、工藝編制和機(jī)床操作等職位的上崗資格，逐步成為工匠能手。

　　校企合作以共同培養(yǎng)學(xué)生為目的，主要面向大三下學(xué)期和大四的學(xué)生。學(xué)生經(jīng)過前期的基礎(chǔ)認(rèn)知、數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造和實(shí)際操作，已經(jīng)初步具備產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能制造和實(shí)際操作能力。讓學(xué)生在產(chǎn)學(xué)研融合過程中接觸實(shí)際工程項(xiàng)目，由企業(yè)下達(dá)真實(shí)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)任務(wù)，然后在企業(yè)委派的工程技術(shù)人員和學(xué)校教師共同指導(dǎo)下進(jìn)行綜合訓(xùn)練，使學(xué)生成為數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造產(chǎn)業(yè)的行家里手。

　　3、教學(xué)體系構(gòu)建策略

　　緊緊圍繞數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，加強(qiáng)專業(yè)課程銜接和能力提升。項(xiàng)目教學(xué)法是以任務(wù)為主的教學(xué)模式，在教學(xué)中要以學(xué)生為中心，組織教學(xué)內(nèi)容。

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)項(xiàng)目的建設(shè)，把簡單的基礎(chǔ)項(xiàng)目加入基礎(chǔ)課程中去，讓學(xué)生在低年級(jí)的基礎(chǔ)課程中熟悉這些項(xiàng)目作為前期的導(dǎo)入，后期作為數(shù)字化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目資源，注重項(xiàng)目的知識(shí)內(nèi)涵和能力提升。項(xiàng)目難度梯度化設(shè)置，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)技能到能力提升。根據(jù)教學(xué)的項(xiàng)目建立數(shù)字化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目教學(xué)資源。

　　教學(xué)銜接方面，合理設(shè)置課程銜接，同時(shí)加強(qiáng)課程知識(shí)的銜接，教師隊(duì)伍要協(xié)調(diào)課程銜接內(nèi)容，做到不重復(fù)不遺漏，設(shè)置CATIA機(jī)械三維設(shè)計(jì)、CATIA動(dòng)力仿真、CATIA運(yùn)動(dòng)仿真、CATIA數(shù)控工藝后處理、數(shù)控加工仿真、智能制造實(shí)訓(xùn)等課程。數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的教學(xué)軟件要相互銜接，加強(qiáng)數(shù)字化設(shè)計(jì)的教材建設(shè)。在教學(xué)過程中，數(shù)字化設(shè)計(jì)的前后端軟件要配套。

　　創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，以大學(xué)生科技節(jié)和各種學(xué)科競賽活動(dòng)為載體，使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力得到鍛煉;以賽促教、以賽促學(xué)，建立和完善教學(xué)、學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目一體化的育人機(jī)制。如全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽等。學(xué)生自主建立團(tuán)隊(duì)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，把數(shù)字化設(shè)計(jì)技能應(yīng)用在大賽中。

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)模型可以進(jìn)行參數(shù)化修改、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)仿真等，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，產(chǎn)品零件的加工虛擬仿真經(jīng)確認(rèn)無誤安裝毛坯，保證零件加工的質(zhì)量，同時(shí)也是從數(shù)字化設(shè)計(jì)到虛擬加工，最后到實(shí)踐動(dòng)手能力的提升。把優(yōu)秀競賽項(xiàng)目的內(nèi)容設(shè)計(jì)和競賽方式融入教學(xué)設(shè)計(jì)中，競賽前沿的技術(shù)技能開發(fā)為可操作、可實(shí)施的教學(xué)資源，豐富數(shù)字化教學(xué)資源。

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造課程資源建設(shè)，虛擬知識(shí)云圍繞數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造專業(yè)課程組織，與專業(yè)課程項(xiàng)目資源同步建設(shè)，由各類知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)操作要領(lǐng)、典型案例資源等專業(yè)教學(xué)資源構(gòu)成，在整體系統(tǒng)中隨處可以訪問，體現(xiàn)云的特性，彌補(bǔ)教學(xué)資源的不足，方便學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造與教學(xué)改革相結(jié)合，師生共進(jìn)企業(yè)，教師把企業(yè)的技術(shù)帶回課堂，將企業(yè)生產(chǎn)過程引入課堂教學(xué)全過程，進(jìn)行真實(shí)的職業(yè)能力訓(xùn)練;學(xué)生把所學(xué)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，完成專業(yè)知識(shí)與企業(yè)生產(chǎn)的最后銜接[4]，深化校企合作產(chǎn)教融合教學(xué)模式。

　　科學(xué)技術(shù)論文投稿刊物：《航空制造技術(shù)》是經(jīng)國家科委、新聞出版總署批準(zhǔn)的中央級(jí)期刊，由中國航空工業(yè)集團(tuán)公司主管，北京航空制造工程研究所主辦。《航空制造技術(shù)》以先進(jìn)性和實(shí)用性見長，全面報(bào)道國內(nèi)外最新的科研成果、先進(jìn)技術(shù)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，旨在推動(dòng)我國先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，滿足航空、航天、國防及其他制造業(yè)科研生產(chǎn)與技術(shù)革新的需要。

　　4、結(jié)語

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)契合當(dāng)前制造業(yè)信息化和智能化的高速發(fā)展，面向制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的人才需求的精準(zhǔn)定位，使人才培養(yǎng)模式更符合市場需求。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：余文滔