CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

王曉輝，劉清榮，魏麗麗

（赤峰學(xué)院 建筑與機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 前言

隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計與產(chǎn)品制造模式已逐步被數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)所取代.現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從設(shè)計到成型再到大批量生產(chǎn)，是一個十分復(fù)雜的過程，它需要產(chǎn)品設(shè)計師、加工工藝師、熟練的操作工人以及生產(chǎn)線的管理人員等協(xié)同努力來完成，它是一個設(shè)計、修改、再設(shè)計的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程[1].傳統(tǒng)的手工設(shè)計、制造已經(jīng)越來越難以滿足市場激烈競爭的需要，CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺的運(yùn)用，正從各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，加快了我國工程界向“無紙化”發(fā)展的腳步.

2 概述

CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺，是專門配合各類工科院校進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)字化機(jī)械設(shè)計、工藝、數(shù)控加工及先進(jìn)制造技術(shù)的教學(xué)和培訓(xùn)環(huán)境，目的是幫助各院校培養(yǎng)符合現(xiàn)代制造業(yè)需要的高級技能型技術(shù)人才.CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺是將數(shù)字化設(shè)計制造、教學(xué)管理、生產(chǎn)實踐過程等理論教學(xué)內(nèi)容與實踐教學(xué)內(nèi)容集成為同一的工作平臺，從而實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐操作的全面數(shù)字化.通過CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺在學(xué)校的應(yīng)用，使學(xué)生快速掌握企業(yè)相關(guān)職業(yè)崗位知識技能和工作職責(zé)、工作流程，提前了解企業(yè)需求的工作觀和工作價值產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生在激烈的就業(yè)競爭中處于有利地位，更能適應(yīng)企業(yè)的實際的工作崗位.

3 CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺的構(gòu)成

CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺由數(shù)字化體驗中心、現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠、信息化管理平臺三大部分構(gòu)成.在CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺上，數(shù)字化體驗中心與信息化管理平臺及各專業(yè)教研室相連，搭建理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)同一的工作平臺，并與校園網(wǎng)、云平臺相連形成對外開放資源，開展網(wǎng)上自學(xué).同時，數(shù)字化體驗中心與現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠相連，實現(xiàn)“網(wǎng)上學(xué)習(xí)，虛擬實訓(xùn)和實際操作”的三位一體[2].數(shù)字化體驗中心、現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠、信息化管理平臺這三部分既相互聯(lián)系，又相互制約.它們之間的關(guān)系見下圖.

圖1 CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺的構(gòu)成

3.1 CAXA數(shù)字化體驗中心

3.1.1 CAXA數(shù)字化體驗中心，將未來制造業(yè)發(fā)展的先進(jìn)模式引入到學(xué)校的教學(xué)體系之中，讓學(xué)生由被動式的聽課轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮降乃伎?學(xué)生按項目組織方式協(xié)同完成一個產(chǎn)品或零件的完整生產(chǎn)過程，實現(xiàn)基于工作過程的項目式教學(xué).學(xué)生通過完成教師布置的不同的項目，在動手過程中大量理解吸收相關(guān)理論知識.項目一般按小組進(jìn)行，可根據(jù)相關(guān)因素選擇不同難度項目，同時也可以讓學(xué)生在小組中體驗不同分工的角色，真正實現(xiàn)分層次教學(xué).

3.1.2 CAXA數(shù)字化體驗中心，涵蓋了企業(yè)研發(fā)設(shè)計、工裝設(shè)計、數(shù)控編程、工藝編制、技術(shù)管理、生產(chǎn)制造、生產(chǎn)管理、設(shè)備維護(hù)、質(zhì)量檢驗等崗位所使用的信息化工具，通過模擬企業(yè)生長環(huán)境，可以讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計、CAD/CAM技術(shù)數(shù)控編程與加工實訓(xùn)、設(shè)備管理與維修等實訓(xùn)中，將理論知識和工程實踐相結(jié)合.體驗企業(yè)中的從訂單、設(shè)計、工藝、加工生產(chǎn)及管理全過程，理解各部門之間的相互關(guān)系，理解部門間如何協(xié)同工作.同時，也可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，培養(yǎng)企業(yè)急需的團(tuán)隊合作精神，使學(xué)生能夠快速勝任就業(yè)后的工作環(huán)境，適應(yīng)企業(yè)崗位調(diào)動.

3.1.3 通過CAXA數(shù)字化體驗中心，可以將計算機(jī)、服務(wù)器、觸摸屏電腦、以及數(shù)控機(jī)床等，通過無線交換機(jī)和無線網(wǎng)橋連接成無線局域網(wǎng)，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)交換.

3.2 現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠

現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠的建立，可以解決理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)的問題，仿真現(xiàn)代企業(yè)的數(shù)字化、無紙化的工作環(huán)境，使管理規(guī)范可視化.

3.2.1 在現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠中的各類數(shù)控機(jī)床，通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不僅可以實現(xiàn)加工程序的時空傳輸，解決學(xué)員在機(jī)床前手工編程浪費大量時間的問題；還可以對數(shù)控機(jī)床參數(shù)進(jìn)行集中管理，當(dāng)數(shù)控機(jī)床因各種意外導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失時，可以迅速恢復(fù)機(jī)床正常運(yùn)行狀態(tài)；同時通過建立各臺機(jī)床的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及相關(guān)使用壽命，記錄機(jī)床使用時間和配件更換歷史，真正做到機(jī)床整個生命周期的維護(hù)管理.

3.2.2 利用數(shù)字化手段對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實時監(jiān)控.機(jī)床是否開機(jī)、是否在加工、加工時的機(jī)床載荷及機(jī)床報警信息等，均能被有效地進(jìn)行實時的監(jiān)控，從而全面了解機(jī)床使用情況.通過數(shù)據(jù)分析，合理的將機(jī)床使用效率最大化，同時能夠保障實訓(xùn)過程中的安全性.

3.2.3 建立理論與實踐一體化的教學(xué)模式.通過網(wǎng)絡(luò)及數(shù)控車間視頻，實現(xiàn)與車間、教室、機(jī)房、會議室及辦公室的邏輯連接，突破教學(xué)場地限制.在機(jī)床內(nèi)部和操作面板前安裝的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，將視頻信號通過以太網(wǎng)實時傳輸?shù)浇淌?、實?xùn)現(xiàn)場學(xué)員區(qū)域的大屏幕上，讓所有學(xué)生都可以看到教師示范操作的細(xì)節(jié)，對于毛坯裝夾、刀具換裝、對刀及面板操作等過程，猶如親眼所見一般[3].這種教學(xué)模式的建立，不僅解決了目前理論與實踐一體化教學(xué)中，學(xué)生在教室與車間頻繁往返的問題，還解決了實訓(xùn)車間設(shè)備緊張的問題，大幅度提高了教學(xué)效率，改善了教學(xué)效果.

3.2.4 建立與實際企業(yè)相一致的生產(chǎn)現(xiàn)場布局和管理模式，使學(xué)生在實訓(xùn)時不但學(xué)習(xí)操作技能，同時還能夠?qū)W習(xí)企業(yè)的管理規(guī)范，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng).學(xué)生在整個管理系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)如何安排生產(chǎn)計劃、采購?fù)鈪f(xié)計劃，如何保證訂單能夠準(zhǔn)時交貨，如何減少不必要的庫存積壓，如何合理利用生產(chǎn)能力實現(xiàn)均衡生產(chǎn)，及如何對生產(chǎn)績效指標(biāo)（材料消耗，生產(chǎn)節(jié)奏，質(zhì)量因素）進(jìn)行實時監(jiān)控與管理.同時，我們將機(jī)床操作、機(jī)床編程、機(jī)床維修等技能性課程融匯到生產(chǎn)管理流程中，并將課程拓展到生產(chǎn)管理領(lǐng)域，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程管理.

3.3 信息化管理平臺

該管理平臺集成了教與學(xué)的各種構(gòu)件與要素，可以集成現(xiàn)有的各種課程內(nèi)容；可以提供權(quán)威認(rèn)證、數(shù)控大賽指導(dǎo)及二次開發(fā)培訓(xùn)，提供企業(yè)實例應(yīng)用于教學(xué)；可以管理各種教職工資料及教學(xué)中使用的課件、題庫或科研成果，不斷積累公共資源、分級授權(quán)訪問.

3.3.1 教學(xué)資源管理.實現(xiàn)對教學(xué)資源（課程體系、教學(xué)大綱、教案課件、試題庫、教學(xué)錄像等）的數(shù)字化管理，使課程規(guī)范化，教學(xué)資源得到共享.

3.3.2 教學(xué)過程管理.以數(shù)字化教學(xué)資源為基礎(chǔ)，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的作業(yè)發(fā)放和批改流程；記錄學(xué)生在校期間的基礎(chǔ)課、專業(yè)課學(xué)習(xí)情況，考試成績，完成作品情況，教師評語等，為教學(xué)管理一體化提供了基礎(chǔ).

3.3.3 綜合管理.包括教職工資料管理、教學(xué)任務(wù)管理、規(guī)章制度管理、實習(xí)實訓(xùn)管理、對外加工與培訓(xùn)管理、企業(yè)信息反饋等方面.

4 CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺在機(jī)械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

今后現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計與制造的發(fā)展，迫切需要將研發(fā)技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，通過CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)平臺的應(yīng)用，可以帶動整個設(shè)計與制造行業(yè)的研發(fā)模式和設(shè)計理念的創(chuàng)新.

4.1 整合資源

利用CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺，充分整合工程實踐中的人力資源、教學(xué)資源、實訓(xùn)資源，在不增加人員、設(shè)備的前提下，通過CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺中的現(xiàn)代化實訓(xùn)工廠，讓教學(xué)與實踐上層次、上水平.在教學(xué)方面兼顧課程實驗、實習(xí)、實訓(xùn)、科技活動、學(xué)科競賽，有利于學(xué)校質(zhì)量工程項目的建設(shè)，并且有利于教師團(tuán)隊建設(shè)、學(xué)科建設(shè)、科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)與制造能力提升等各項工作的順利開展.

4.2 實現(xiàn)對教學(xué)資源的管理與沉淀

在CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺上進(jìn)行課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的課程時，可以實現(xiàn)分級授權(quán)管理，適時監(jiān)控學(xué)生完成作業(yè)的過程，便于網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)管理，保證實驗課程的質(zhì)量.同時，我們可以將實驗課程內(nèi)容集中管理，將院系的教學(xué)資源轉(zhuǎn)化為學(xué)校資源，供學(xué)校其它院系查看，并長久保存下來.

4.3 有效的支持教學(xué)與教改

利用信息化管理平臺，建立起與現(xiàn)代先進(jìn)制造企業(yè)運(yùn)行流程相一致的信息平臺，反映現(xiàn)代先進(jìn)制造企業(yè)新的設(shè)計生產(chǎn)流程和方向.利用該平臺，將企業(yè)對人才的需求直接傳遞到學(xué)校，改革現(xiàn)有的實踐課程，包括金工實習(xí)、機(jī)械原理課程設(shè)計、機(jī)械零件課程設(shè)計、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計、CAD/CAM課程設(shè)計等課程教學(xué)，建立起滿足企業(yè)對人才需求相適應(yīng)的實踐課程及新型實踐課程體系.

4.4 服務(wù)科研

利用信息化管理平臺，建立先進(jìn)制造企業(yè)設(shè)計、工藝、編程、生產(chǎn)過程，為教師提供先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)與試制的平臺，使教學(xué)科研和設(shè)計與制造行業(yè)技術(shù)得到不斷地進(jìn)步和發(fā)展，體現(xiàn)項目科研平臺和產(chǎn)品開發(fā)平臺的先進(jìn)性.同時進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)與科研教師團(tuán)隊建設(shè)，凝練學(xué)科和科研方向，開展科研項目和質(zhì)量工程項目的建設(shè)，提高科研水平，促進(jìn)質(zhì)量工程項目建設(shè)水平的進(jìn)一步提高.

4.5 實現(xiàn)對外加工產(chǎn)品及零件的生產(chǎn)與管理

通過CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺，集中管理對外加工零部件，記錄零部件加工版本，并長久保存加工數(shù)據(jù)，對復(fù)雜零件可實現(xiàn)在線加工.同時將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于教學(xué)，并且可以吸收優(yōu)秀學(xué)生參加對外加工和服務(wù)，使學(xué)生盡早地、全面地參加工程實踐活動.

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺的應(yīng)用范圍將會越來越廣泛，從最初的機(jī)械設(shè)計與制造，到現(xiàn)在建筑、電子、化工等領(lǐng)域也開始大量使用.不久的將來，文科領(lǐng)域中也將會廣泛應(yīng)用此平臺.CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺，對學(xué)校教學(xué)及企業(yè)產(chǎn)生的變革和帶來的效益是毋庸置疑的，借助CAXA數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用平臺，可以實現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計與制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為高校教育教學(xué)的改革，提供了更寬廣的教學(xué)與實踐平臺.

〔1〕黃蓓蕾.CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（27）：59-61.

〔2〕趙延貴.CAXA為職業(yè)教育添磚加瓦[Z].

〔3〕余蔚荔，歐陽兆升，漆軍，付曉嵐.基于 CAXAPLM的數(shù)字化教學(xué)平臺建設(shè)與實踐教學(xué)應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（23）:10-12.