基于數(shù)字化工廠平臺下數(shù)控技能學(xué)習(xí)方式研究

蔣修定　沈?qū)殗￡惲及l(fā)

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院，鎮(zhèn)江 212016）

基于數(shù)字化工廠平臺下數(shù)控技能學(xué)習(xí)方式研究

蔣修定沈?qū)殗惲及l(fā)

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院，鎮(zhèn)江 212016）

傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)以學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主，重結(jié)果輕過程。然而，實訓(xùn)是個動態(tài)過程，過程的評價尤其重要。數(shù)字化工廠平臺的構(gòu)建就是力求能夠探尋信息化環(huán)境下的職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生實訓(xùn)的有效方式，用信息化的手段記載學(xué)生實訓(xùn)的全部過程。

信息化 學(xué)習(xí)方式 數(shù)字化工廠 數(shù)控實訓(xùn)

引言

發(fā)達國家職業(yè)學(xué)校緊密校企合作環(huán)境、教學(xué)設(shè)備充足，不需要過多考慮設(shè)備資源與師生比不平衡的問題，鮮有此課題的研究。因此，國內(nèi)職業(yè)學(xué)校側(cè)重于數(shù)控仿真軟件的教學(xué)應(yīng)用，對于信息化環(huán)境下如何充分整合所有可利用的數(shù)字化資源，在原有數(shù)控設(shè)備、計算機仿真機房基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息化教學(xué)最優(yōu)化的研究還很缺乏。

通過本文研究，努力解決現(xiàn)有設(shè)備和師生比比例不平衡，教學(xué)方法不夠合理，理實一體化教學(xué)還不夠完善等問題，充分發(fā)揮數(shù)字化工廠信息化平臺教學(xué)作用，建立科學(xué)的教學(xué)體系。

1　數(shù)字化工廠平臺中學(xué)習(xí)方式的構(gòu)建

如何通過實踐教學(xué)改革特別是課程建設(shè)與改革，全面提高職業(yè)院校教育教學(xué)質(zhì)量，仍然是相當長一個時期內(nèi)職業(yè)院校亟待解決的問題。教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》指出：“要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。”通過數(shù)字化工廠平臺項目的建設(shè)，為解決實踐教學(xué)改革問題拓展了一條新的道路。數(shù)字化工廠就是一種虛擬工廠，以管理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以行業(yè)案例為載體，以業(yè)務(wù)場景為目標，全方位模擬、全過程仿真企業(yè)管理信息系統(tǒng)的分析、設(shè)計與實施，以及企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的運行，其中蘊涵著豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗。

數(shù)字化工廠給傳統(tǒng)專業(yè)教學(xué)和設(shè)備管理帶來了變革：

1、通過將機床聯(lián)網(wǎng)，可以在機床控制面板上直接查詢計算機上的程序并下載所需要的加工程序，數(shù)控機床也可將程序上傳至服務(wù)器，最大程度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中安全管理。

2、通過數(shù)控機床的信息采集系統(tǒng)，可分析機床實時狀態(tài)、故障狀態(tài)、程序狀態(tài)、報警狀態(tài)等信息，并提供統(tǒng)計報表，方便教師對設(shè)備的使用情況進行科學(xué)分析。

3、規(guī)范教學(xué)資源的入庫標準和分類標準，并制定資源從收集整理到最終完成的整套工作流程，可建立完整的精品課程、教案學(xué)案、比賽樣題、技能題庫、考工考級、學(xué)生作品、鏈接網(wǎng)站等學(xué)習(xí)資源。

4、建立學(xué)生的成長檔案，可將任務(wù)解讀、模擬編程、程序生成、設(shè)備使用、加工過程、工件檢測等整個學(xué)習(xí)過程運用信息化手段記錄在學(xué)生的成長檔案里。

5、設(shè)置在各個實訓(xùn)場地的無紙化交互平臺，方便學(xué)生查詢實訓(xùn)過程所需的資料，同時在各實訓(xùn)室設(shè)置視頻監(jiān)控，實現(xiàn)整個教學(xué)過程可視化、設(shè)備管理可視化和教學(xué)內(nèi)容可視化。

2　案例研究實驗過程

2.1實驗假設(shè)

學(xué)生在傳統(tǒng)環(huán)境和數(shù)字化工廠環(huán)境兩種環(huán)境下，采用小組合作的學(xué)習(xí)方式，各自在相同學(xué)習(xí)目標下各自能達到的效果。A班在傳統(tǒng)環(huán)境下學(xué)習(xí)，B班數(shù)字化環(huán)境下學(xué)習(xí)。

2.2實驗方法

實驗設(shè)計：選取兩平行班級實驗，兩班學(xué)生男女比例，學(xué)生學(xué)業(yè)水平相當。實驗的自變量是傳統(tǒng)與信息化兩種學(xué)習(xí)環(huán)境。因變量是學(xué)習(xí)效果。

被試對象：被試選擇鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校數(shù)控技術(shù)專業(yè)三年級的共76名學(xué)生。A、B兩班各38人，學(xué)生均已完成《機械制圖》等專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，A班信息化一級達標率98%，B班信息化一級達標率95%，學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力等兩班情況相當。

實驗周期：一學(xué)期。

2.3實驗過程

兩班學(xué)習(xí)過程一樣，均由同一名教師授課。

3　案例實驗研究報告

3.1學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)定

任務(wù)1 外形輪廓銑削概述

任務(wù)2 工藝知識準備

任務(wù)3 程序指令準備

任務(wù)4 方板零件外形輪廓銑削

3.2學(xué)習(xí)活動開展

3.2.1活動1：外形輪廓銑削概述

在數(shù)字化工廠環(huán)境中，提供了豐富360度可視虛擬模型，產(chǎn)品影像，加工動畫，文檔材料等材料，學(xué)生了解學(xué)習(xí)內(nèi)容后可依據(jù)自身喜好選擇資源素材，直觀了解學(xué)習(xí)對象的特征、結(jié)構(gòu)及加工過程等，增強了學(xué)習(xí)的感染力，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供了扎實基礎(chǔ)。

3.2.2活動2：工藝知識準備

學(xué)生了解學(xué)習(xí)內(nèi)容后，為了達成學(xué)習(xí)目標，在學(xué)習(xí)任務(wù)書指引下明確準備知識點，在數(shù)字化工廠環(huán)境中學(xué)生可自主選擇微課、動畫、實驗等形式學(xué)習(xí)如何選擇刀具；怎樣區(qū)分順銑與逆銑加工方式，通過游戲等方式學(xué)習(xí)順銑與逆銑適用場合；學(xué)習(xí)中沒有枯燥的理論，沒有繁瑣的記憶，而是完全體驗式掌握順銑與逆銑的使用方法。

3.2.3活動3：程序指令準備

知識點學(xué)習(xí)方法具有多樣性，學(xué)生選擇可因人而異，但必備的知識儲備需要靠記憶完成。信息化環(huán)境下，枯燥的指令由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生自由分工，每個人嘗試自己教授其他同學(xué)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)、教具、案例、微課等手段自主的在教學(xué)安排中逐步掌握，讓單一的記憶轉(zhuǎn)化為豐富的體驗。

3.2.4活動4：方板零件外形輪廓銑削

數(shù)字化工廠平臺一方面為學(xué)生提供了真實情境的模擬系統(tǒng)，另一方面為學(xué)生提供了模擬教學(xué)機。平臺不僅對加工前提供準備資源，加工過程中可利用內(nèi)置攝像頭，在可追溯的全過程視頻促使學(xué)生準確把握加工的每個環(huán)節(jié)，分析加工參數(shù)對產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響。將結(jié)果式探究變換為過程式探究。產(chǎn)品加工結(jié)果的檢測是實訓(xùn)加工學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，在數(shù)字化工廠環(huán)境下學(xué)生的加工產(chǎn)品在三坐標測量儀中自動完成，生成測量結(jié)果。針對學(xué)生不同基礎(chǔ)，設(shè)置不同的精度標準，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.3學(xué)習(xí)目標達成情況

在兩種不同學(xué)習(xí)環(huán)境下通過問卷調(diào)查方式得出：B班在數(shù)字化工廠環(huán)境下目標認知、工藝知識、指令知識、操作過程四個方面認可度與A班相比均有較大提升。在兩種不同學(xué)習(xí)環(huán)境下通過成績評定得出：B班在數(shù)字化工廠環(huán)境下優(yōu)秀、良好兩個等級的成績與A班相比有一定提升；一般、及格兩個等級B班下降比例明顯。

表2 兩班學(xué)業(yè)成績表

表1 學(xué)生知識掌握情況表

4　實驗結(jié)論

實驗表明：在數(shù)字化工廠環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)結(jié)果相比傳統(tǒng)環(huán)境都有較大進步，在學(xué)習(xí)過程中信息化環(huán)境與傳統(tǒng)環(huán)境學(xué)習(xí)效果對比：

生產(chǎn)準備時間及換型準備時間平均縮短15～18%；

數(shù)控程序可重復(fù)利用率提高30%；

工藝人員程序查找時間縮短20～25%；

因程序版本錯誤而造成加工損失的情況降低了15～20%；

設(shè)備綜合利用率提高近8～10%；

學(xué)生工時考核準確率提高約10～15%；

生產(chǎn)文檔準備時間縮短12～15%

5　對開展信息化教學(xué)的建議

5.1抓好信息化基礎(chǔ)建設(shè)

對教育信息化建設(shè)的重要性進行宣傳教育，普及教育信息化的知識，以此引起各方面對其建設(shè)的重視，加快建設(shè)步伐。由于不同地方進行教育信息化的建設(shè)力度不一樣，城、鄉(xiāng)的差距較大，導(dǎo)致教育信息化進程的發(fā)展不均衡。因此，應(yīng)從實際需要出發(fā),加大在教育信息化建設(shè)工程中進行合理的資金投入，保證相應(yīng)工程的實施及順利完成,為開展信息技術(shù)教育提供相應(yīng)的軟、硬件保證，使其總體發(fā)展均衡。

5.2加強教育信息化設(shè)備的管理與維護

相關(guān)單位應(yīng)安排專人進行相應(yīng)的信息化設(shè)備進行管理，并派遣管理員參加培訓(xùn)進一步深造，學(xué)習(xí)專業(yè)的管理與維修、維護的知識。在條件允許的前提下，還可以請信息化調(diào)和的管理與維護、維修方面的專家對全體職工進行技能培訓(xùn)，以此提高教學(xué)人員的教學(xué)能力。

5.3抓好常規(guī)教學(xué),整體提高學(xué)生的信息素養(yǎng)

大力普及中學(xué)計算機和信息技術(shù)教育，制定適合學(xué)生的計算機教育規(guī)劃和課程計劃，明確各年級培養(yǎng)目標和任務(wù)，在開設(shè)必修課的基礎(chǔ)上，組織學(xué)有余力的學(xué)生開展信息技術(shù)興趣小組、參加電腦科技小制作等活動，鼓勵學(xué)生的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

[1]陸平，張浩，馬玉敏.數(shù)字化工廠及其與企業(yè)信息系統(tǒng)的集成[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2005，（2）：22-24.

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[3]康留濤，王曉楓.基于數(shù)字化工廠的車間布局仿真與物流優(yōu)化[J].機械工程與自動化，2012，（3）：25-27.

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NC-based Skill Learning Platform UnderWay Digital Plant Research

JIANG Xiuding,SHEN Baoguo,CHEN Liangfa
(Jiangsu J oint Vocational and Technical College Branch Zhenjiang, Zhenjiang 212016)

The traditional numerical control technology training to s tudents based on passive learning, the res ults of light weight. However, training is a dynamic process, t he evaluation of the process is particularly important. The construction of digital chemical plant platform is the effective way to explore the practical training of vocational school numerical control technology in the information environment.

information, learning methods, digital chemical plant, numerical control training

江蘇省高?！扒嗨{工程”資助項目（蘇教師[2014]23號）。