數(shù)字化工程訓(xùn)練中心建設(shè)的實(shí)踐與探索

楊宏亮，尚長春，杜媛英

(西安科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，西安 710600)

數(shù)字化工程訓(xùn)練中心建設(shè)的實(shí)踐與探索

楊宏亮，尚長春，杜媛英

(西安科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，西安 710600)

針對我國高校數(shù)字化工程訓(xùn)練中心建設(shè)與教學(xué)過程中存在的一系列弊端，結(jié)合西安科技大學(xué)數(shù)字化工程訓(xùn)練平臺的體系建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和取得的成果，提出了數(shù)字化工程訓(xùn)練中心建設(shè)的建議。不僅要摒棄金工實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)的傳統(tǒng)觀念，利用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，建設(shè)以發(fā)明創(chuàng)造能力為主的創(chuàng)新型實(shí)訓(xùn)基地。而且要與先進(jìn)的行業(yè)、企業(yè)結(jié)合，共建有行業(yè)特色的數(shù)字化訓(xùn)練基地，形成教學(xué)、科研、生產(chǎn)三者有機(jī)結(jié)合， 互相促進(jìn)， 共同發(fā)展的現(xiàn)代化工程訓(xùn)練中心。

數(shù)字化建設(shè)；工程訓(xùn)練；發(fā)展探索；實(shí)訓(xùn)中心

科學(xué)技術(shù)日新月異，現(xiàn)代企業(yè)已廣泛采用CAD/CAM/CAE及先進(jìn)制造技術(shù)和系統(tǒng)，高等院校必須適應(yīng)企業(yè)對人才變化的需要，讓學(xué)生在大學(xué)期間接受大工程背景的實(shí)踐與學(xué)習(xí)，接受先進(jìn)的現(xiàn)代工程訓(xùn)練[1]。

我國各高校的工程訓(xùn)練中心建設(shè)雖然已有較大的發(fā)展，但各高?；旧先匀谎赜眠^去的金工實(shí)習(xí)方式，實(shí)習(xí)教學(xué)的工作重心仍然是幾十年前的傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)[2]。學(xué)校為了適應(yīng)國家實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)指標(biāo)的需要，購買了數(shù)量不多的數(shù)控設(shè)備，但基本上采用觀摩教學(xué)的方式。一方面，觀摩時(shí)間短、大綱粗糙；另一方面，學(xué)生幾乎沒有動手的機(jī)會。對于數(shù)控軟件及仿真軟件的建設(shè)更是一片空白，對企業(yè)的整個(gè)運(yùn)作沒有形成一個(gè)體系，導(dǎo)致學(xué)生對企業(yè)的運(yùn)作沒有一個(gè)系統(tǒng)的了解，實(shí)習(xí)和先進(jìn)的現(xiàn)代化制造技術(shù)脫節(jié)。因此，工程訓(xùn)練中心建設(shè)一個(gè)完整的數(shù)字化設(shè)計(jì)、加工、仿真體系是十分必要的。

1 現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心建設(shè)存在的問題

由于缺乏現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造模式的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)環(huán)境，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教育與現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)脫節(jié)，導(dǎo)致我們的畢業(yè)生學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖課程，卻畫不出一張完整的機(jī)械零件圖或裝配圖；學(xué)習(xí)了數(shù)控編程課程，見到一張零件圖，卻不知道如何著手編程及加工；學(xué)習(xí)了機(jī)械制造工藝學(xué)，卻沒見過一套真實(shí)的、完整的工藝文件，更不知道如何編制工藝卡片、工藝過程；學(xué)習(xí)了全部專業(yè)課程，卻不清楚與自己配合的上下游部門是什么，需要了解哪些事情，等等[3]。

綜上，我們深切地感到很有必要對現(xiàn)有數(shù)學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與創(chuàng)新，我們的想法就是利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)房與數(shù)控機(jī)床、軟件、加以補(bǔ)充結(jié)合，建設(shè)一個(gè)“數(shù)字化的工程訓(xùn)練平臺”，實(shí)際就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，從而為學(xué)生提供真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。使其能夠真實(shí)地感覺現(xiàn)代化制造企業(yè)的生產(chǎn)流程，能夠全面認(rèn)識一個(gè)產(chǎn)品的生命周期，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生掌握大項(xiàng)目的工程意識[4]。

2 數(shù)字化工程訓(xùn)練平臺體系的建設(shè)

2.1 軟硬件建設(shè)

西安科技大學(xué)數(shù)控車實(shí)訓(xùn)區(qū)已有數(shù)控車床8臺，并配置視頻教學(xué)設(shè)備1套，數(shù)控車專用計(jì)算機(jī)4臺，分別裝有CAXA數(shù)控車軟件和CAXA編程助手軟件。

數(shù)控銑和加工中心實(shí)訓(xùn)區(qū)有數(shù)控銑床6臺，加工中心1臺，視頻教學(xué)設(shè)備1套，并配有專用計(jì)算機(jī)4臺，這些計(jì)算機(jī)上分別裝有CAXA制造工程師和CAXA編程助手軟件。

特種加工實(shí)訓(xùn)區(qū)有電火花數(shù)控線切割設(shè)備3臺，配有20臺線切割專用計(jì)算機(jī)，分別裝有CAXA線切割和電子圖版軟件，并建立線切割專用圖庫、多媒體教學(xué)視頻以及視頻教學(xué)設(shè)備；半導(dǎo)體激光內(nèi)雕機(jī)2臺，三維相機(jī)1臺，并配有專用計(jì)算機(jī)2臺，分別裝有激光內(nèi)雕機(jī)專用軟件；激光切割雕刻機(jī)2臺，并配有專用計(jì)算機(jī)2臺，計(jì)算機(jī)上分別裝有專用軟件和激光切割圖庫；快速成型機(jī)2臺，激光打標(biāo)機(jī)2臺，數(shù)控精密電火花成型機(jī)1臺[5]。

CAXA軟件計(jì)算機(jī)房有多媒體教學(xué)設(shè)備1套，學(xué)生專用計(jì)算機(jī)72臺，分別裝有CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)、CAXA制造工程師、CAXA數(shù)控車及CAXA編程助手軟件。

2.2 實(shí)訓(xùn)課程的創(chuàng)新性建設(shè)

工程訓(xùn)練中心開設(shè)有必修課程、選修課程、課程設(shè)計(jì)以及開放性的創(chuàng)新教學(xué)課程，為學(xué)生提供了良好的軟硬件學(xué)習(xí)平臺。

我校必修課的范圍逐步擴(kuò)大，必修課不僅僅局限于機(jī)械、近機(jī)械及一些工科院系，同時(shí)擴(kuò)大到理科、管理學(xué)及文科的學(xué)生。讓工科院校的學(xué)生了解最基本的企業(yè)生產(chǎn)過程是十分必要的，對于擴(kuò)大他們的視野及專業(yè)局限性都具有很重要的意義。

對高科技加工以及軟件等都開有選修課程，全校學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣報(bào)名選修，對學(xué)生的專業(yè)限制很小。由于選修課的課時(shí)比較多，學(xué)生可以進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)，對開發(fā)學(xué)生的興趣及創(chuàng)新性都有極大的促進(jìn)作用，學(xué)生可以對自己感興趣的某些方面進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，擴(kuò)大了學(xué)生知識外延[6]。

工程訓(xùn)練中心每年會從相關(guān)院系吸收一些感興趣的學(xué)生在這里進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，這樣不僅提高了學(xué)生的理論水平，而且鍛煉了學(xué)生的動手能力，為適應(yīng)工作打下良好的基礎(chǔ)。

工程訓(xùn)練中心為學(xué)生提供了專用創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生不但可以根據(jù)自己的愛好自由選擇課題，而且可以自己組隊(duì)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，參加國家舉辦的創(chuàng)新性大賽。

為了更好地培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，工程訓(xùn)練中心還吸收多學(xué)科學(xué)生參與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，幾乎沒有專業(yè)限制。任何創(chuàng)新性的想法和設(shè)計(jì)我們都進(jìn)行記錄和總結(jié)，并形成一套完整的體系。在指導(dǎo)學(xué)生方面，我們直接與相關(guān)院系緊密結(jié)合，取長補(bǔ)短，極大地滿足了不同學(xué)生的要求。

3 數(shù)字化工程訓(xùn)練中心建設(shè)取得的成果

1)實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAPP/DNC的高效集成。學(xué)生根據(jù)自己的興趣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)后，經(jīng)過專業(yè)軟件仿真加工，在計(jì)算機(jī)上經(jīng)后置處理，生成程序，由專業(yè)教師再次檢查指導(dǎo)。檢查無誤后，經(jīng)過DNC系統(tǒng)直接傳到數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，整個(gè)流程完全可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，極大地提高了教學(xué)效率。

2)改變了原有的教學(xué)模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。整個(gè)數(shù)字化體系的建立，改變了學(xué)生在數(shù)控機(jī)床實(shí)習(xí)過程中傳統(tǒng)的手工編程、手工輸入模式，有效地減少了手工輸入程序時(shí)給學(xué)生帶來的不必要的錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)了手工編程所實(shí)現(xiàn)不了的復(fù)雜曲面編程，利用計(jì)算機(jī)自動編程可加工出精度高、形狀復(fù)雜的零件，極大地提高了學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性，受到學(xué)生的好評。

3)在全國創(chuàng)新性大賽中取得佳績。經(jīng)過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，通過不同專業(yè)的結(jié)合，我校工程訓(xùn)練中心獲全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽國家二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)，獲RobCup中型組足球機(jī)器人冠軍，及機(jī)器人擂臺對抗賽一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)成果。

4)形成了一套比較完善的數(shù)字化課程體系。學(xué)校已有自己編寫的數(shù)字化教學(xué)大綱和教程數(shù)部，形成一套比較完整的數(shù)字化教學(xué)課程體系，滿足了不同專業(yè)不同興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)需要。

5)提高了學(xué)生的綜合能力。對學(xué)生進(jìn)行一次有條理、有系統(tǒng)的數(shù)字化軟件教學(xué)后，學(xué)生對產(chǎn)品的生命周期管理中的設(shè)計(jì)、工藝、標(biāo)準(zhǔn)化、制造、裝配等過程有了全面的了解，為將來適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)代化管理打下良好的基礎(chǔ)。

4 數(shù)字化體系建設(shè)的探討和建議

1)數(shù)字化體驗(yàn)中心、數(shù)字化三維裝配平臺成為近幾年各高校工程訓(xùn)練中心建設(shè)的方向。我國各高校工程訓(xùn)練中心的數(shù)字化建設(shè)基本按照國家數(shù)字化工程訓(xùn)練平臺的硬件要求，形成以數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控線切割機(jī)床以及其他特種加工設(shè)備為主體，數(shù)控加工軟件為核心的DNC加工系統(tǒng)。雖然數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)初步建成，但僅僅是幾個(gè)最基本的工種訓(xùn)練，學(xué)生難以了解現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、銷售以及管理的整個(gè)過程。數(shù)字化體驗(yàn)中心、數(shù)字化三維裝配將是近幾年數(shù)字化實(shí)訓(xùn)建設(shè)的一個(gè)方向。

2)與先進(jìn)的行業(yè)、企業(yè)結(jié)合，共建有行業(yè)特色的數(shù)字化訓(xùn)練基地將是工程訓(xùn)練中心建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)。我國在十幾年的工程訓(xùn)練中心建設(shè)中，各高校互相模仿，無論是硬件建設(shè)還是軟件建設(shè)，都基本一致，失去了高校的特色，使工程訓(xùn)練沒有了亮點(diǎn)、失去了活力。為了培養(yǎng)不同行業(yè)背景的學(xué)生適應(yīng)各行各業(yè)的發(fā)展需要，我們必須重新找回自己的特色，與行業(yè)中先進(jìn)的企業(yè)相結(jié)合，共建有行業(yè)特色的數(shù)字化工程訓(xùn)練中心[7-8]。

3)以數(shù)字化現(xiàn)代加工為主的教學(xué)模式將成為以后教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。目前，大多數(shù)高校數(shù)字化建設(shè)的初級階段已基本完成，但在實(shí)際教學(xué)過程中，普及率十分低，很多高校對數(shù)字化教學(xué)基本上處于觀摩狀態(tài)。我們應(yīng)該改變原有的以傳統(tǒng)加工為主，現(xiàn)代加工為輔的教學(xué)模式。讓學(xué)生盡快適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)過程。

4)摒棄金工實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)的傳統(tǒng)觀念，形成以數(shù)字化建設(shè)為核心，內(nèi)容覆蓋機(jī)械、電工電子、計(jì)算機(jī)、管理為一體的系統(tǒng)化工程訓(xùn)練中心。過去的金工實(shí)習(xí)基本上都是幾十年前甚至上百年前的機(jī)械加工方法，必須在吸收傳統(tǒng)加工方法精髓的過程中，加快知識更新，利用社會發(fā)展的高科技，努力建設(shè)數(shù)字化加工方式，并擴(kuò)大原有金工實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)的范圍，擴(kuò)展學(xué)生的知識外延。

5)開放數(shù)字化實(shí)訓(xùn)基地，使先進(jìn)的數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心不僅要為工科的學(xué)生服務(wù)，還要為人文、管理、藝術(shù)等其他學(xué)科學(xué)生服務(wù)。建設(shè)高科技的數(shù)字化實(shí)訓(xùn)基地，就是為了讓學(xué)生了解現(xiàn)代加工方法，為學(xué)生服務(wù)。因此，必須開放工程訓(xùn)練中心，擴(kuò)大實(shí)訓(xùn)范圍，更好地為學(xué)生服務(wù)。

6)利用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，建設(shè)以發(fā)明創(chuàng)造能力為主的創(chuàng)新型實(shí)訓(xùn)基地。教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，通過學(xué)習(xí)先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造靈感，因此，在工程訓(xùn)練中心建立創(chuàng)新班也很有必要[9-10]。

7)建立網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)訓(xùn)基地，擴(kuò)大學(xué)生實(shí)訓(xùn)范圍。在校園網(wǎng)內(nèi)建設(shè)數(shù)字化教學(xué)工程，可以擴(kuò)大學(xué)生參與訓(xùn)練范圍，大范圍提高學(xué)生的動手能力[11]。

5 結(jié)束語

形成以數(shù)字化建設(shè)為核心，內(nèi)容覆蓋機(jī)械、電工電子、計(jì)算機(jī)、管理為一體的系統(tǒng)化工程訓(xùn)練中心，使工程訓(xùn)練中心從“投入型”向“效益型”轉(zhuǎn)變，使教學(xué)從“傳授型”向“研究型”轉(zhuǎn)變，使學(xué)生從“動手型”向“動腦型”轉(zhuǎn)變[12]，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、生產(chǎn)三者有機(jī)結(jié)合， 互相促進(jìn)， 共同發(fā)展， 是辦好工程訓(xùn)練中心必由之路。

[1] 魯彬，秦玫.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2006(5)：29-30.

[2]杜媛英，尚長春，楊宏亮，等.有特色工程訓(xùn)練中心建設(shè)的教改探討[J].陜西教育：高教，2013(5):57.

[3]曲曉海，孫愛軍，魯曉紅.數(shù)字化工程訓(xùn)練平臺的建設(shè)[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2010(1)：119.

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[9] 肖江，郭文會.機(jī)電類專業(yè)多層次工程訓(xùn)練體系的構(gòu)建[J].中國林業(yè)教育，2009，27(1)：126.

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[11] 韓服善.數(shù)字化工程訓(xùn)練中心的構(gòu)建于實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009(2)：105.

[12] 王建偉，許學(xué)東，王豐曉.六個(gè)轉(zhuǎn)變：大學(xué)工程訓(xùn)練中心內(nèi)涵式發(fā)展與創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2011(4):83-84.

Practice and Exploration of Digital Engineering Training Center

YANG Hongliang，SHANG Changchun，DU Yuanying

(The Center of Engineering Training, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710600, China)

It analyses the problems of digital engineering training center of universities in China. Combining with construction experiences and achievements of digital engineering training center system in Xi’an University of Science and Technology, several suggestions of digital engineering training center construction are proposed. The traditional concept of metalworking and electronic practice should be abandoned. Using of advanced digital technology, innovative training base should be constructed. Digital engineering training center should combine with the advanced industries and companies, and construct digital engineering training center together. Finally, a comprehensive, developmental, perfect digital engineering training center that include teaching, research and production should be completed.

digital construction; engineering training center; development and exploration；training center

2014-04-28

楊宏亮(1981-)，男，碩士，工程師，主要從事機(jī)械工程、電力電子技術(shù)方面的研究工作。

G642.423；TP29

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.045