典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造教學(xué)的思考和探索

□李 俊 林紅艷 連碧華

2011年，美國政府正式啟動了“先進制造伙伴計劃”，專門建立了由增材制造、數(shù)字化制造和設(shè)計、智慧制造等組成的國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，旨在奪回制造業(yè)世界市場。德國依據(jù)其本國國情，提出了以“工業(yè)4.0”為核心的智能制造計劃，以保證其世界制造強國的地位。2015年，我國發(fā)布了《中國制造2025》計劃，確定將智能制造作為主要發(fā)展方向，推進制造業(yè)在制造過程的智能化。在一些重點機械加工領(lǐng)域試點建設(shè)一批智能工廠(數(shù)字化車間)，促進制造過程的數(shù)字化控制、加工工藝及加工過程的仿真優(yōu)化、生產(chǎn)狀態(tài)信息的實時監(jiān)測和產(chǎn)品的自適應(yīng)控制。

一、典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程設(shè)計的意義

典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造是基于數(shù)字化車間平臺下開設(shè)的一門課程,因此該課程的開設(shè)能使學(xué)生了解數(shù)字化車間平臺，具備數(shù)字化制造(包括設(shè)計、工藝規(guī)劃、代碼生成、信息通訊等)流程應(yīng)用能力與生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、文件歸檔能力。即具備熟練使用數(shù)字化設(shè)計軟件完成中等復(fù)雜零件的設(shè)計與建模，使用計算機輔助工藝規(guī)程(CAPP)軟件編制機械加工工藝文件，使用自動編程軟件進行典型零件加工軌跡定義、仿真加工、生成數(shù)控代碼，通過通信參數(shù)設(shè)置，應(yīng)用通信軟件進行數(shù)據(jù)雙向傳輸操作，對數(shù)字化設(shè)備進行維護與保養(yǎng)等能力。

二、典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程設(shè)計思路

典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造是為機械加工特別是數(shù)控類專業(yè)人才培養(yǎng)而設(shè)置的，是綜合數(shù)控加工工藝、三維數(shù)字化建模與設(shè)計、三維造型與仿真、數(shù)控機床通信技術(shù)、數(shù)控程序編制、刀具、夾具和數(shù)控設(shè)備應(yīng)用等知識的一門綜合性、實踐性較強的專業(yè)核心課程。

典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造這門課程要求學(xué)生能將所學(xué)專業(yè)知識融會貫通，結(jié)合創(chuàng)客項目要求，在不同崗位體驗企業(yè)對不同崗位的需求，提高學(xué)生機械產(chǎn)品的先進設(shè)計理念、先進制造與管理技術(shù)，也可結(jié)合企業(yè)實際需求，選用企業(yè)典型零件，模擬數(shù)字化工廠的加工流程，采用項目教學(xué)法，使學(xué)生在完成典型零件的同時，體驗數(shù)字化工廠在不同崗位的工作過程，使學(xué)生掌握就業(yè)所需要的先進制造技術(shù)、制造業(yè)自動化技術(shù)和制造業(yè)信息化技術(shù)。

(一)典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程培養(yǎng)的素質(zhì)目標。通過對典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造這門課的學(xué)習(xí)使學(xué)生養(yǎng)成刻苦鉆研、積極探索，發(fā)散思維、獨立學(xué)習(xí)的素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)協(xié)作意識，團隊合作、主動交流協(xié)作完成任務(wù)；具有膽大心細的工作作風(fēng)；具有安全生產(chǎn)意識、責(zé)任意識；具有創(chuàng)新、創(chuàng)造意識；通過對不同崗位的體驗，掌握先進制造技術(shù)。

(二)典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程培養(yǎng)的知識目標。通過對典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造這門課的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握CAXA CAPP工藝圖表軟件使用方法，編制符合技術(shù)規(guī)范的工藝文件，并進行完善；掌握CAXA DNC設(shè)備物聯(lián)(代碼管理軟件、代碼通訊軟件、機床數(shù)據(jù)采集軟件和統(tǒng)計分析)軟件的使用方法；熟練掌握和運用三維建模軟件實現(xiàn)零件建模與加工設(shè)計；掌握數(shù)控機床仿真軟件的使用方法，利用數(shù)控仿真軟件進行數(shù)控機床的仿真加工及數(shù)控加工程序的檢查、優(yōu)化工藝和程序；掌握數(shù)控車床加工、銑床加工的工藝知識；掌握數(shù)控加工工藝文件的編制方法；掌握數(shù)控加工程序編寫的方法和步驟；掌握數(shù)控車床、銑床加工的常用刀具的種類、結(jié)構(gòu)和特點。

(三)典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程培養(yǎng)的技能目標。通過對典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造這門課的學(xué)習(xí)使學(xué)生能運用三維建模軟件實現(xiàn)零件建模與加工設(shè)計；能運用CAXA CAPP工藝圖表軟件制訂工藝文件；能應(yīng)用工藝、刀具、夾具等知識分析中等復(fù)雜零件的工藝，并制訂工藝文件；能運用CAXA DNC設(shè)備物聯(lián)軟件完成數(shù)據(jù)傳輸；能運用CAXA DNC設(shè)備物聯(lián)軟件完成機床數(shù)據(jù)采集和分析；能應(yīng)用仿真軟件檢驗零件加工路線、驗證數(shù)控加工程序；能使用數(shù)控機床調(diào)試加工程序，進行加工參數(shù)的設(shè)置并實施產(chǎn)品的加工；會檢測產(chǎn)品零件，并進行零件產(chǎn)品的精度控制與分析；具備機械零件產(chǎn)品的數(shù)字化加工能力。

三、典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程實施思考與探索

堅持以人為本，提高教學(xué)質(zhì)量，突出學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，加強職業(yè)能力的培養(yǎng)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，根據(jù)課程的教學(xué)目標、課程內(nèi)容及學(xué)生的個性特征、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等特點，靈活運用一體化教學(xué)法、項目教學(xué)法、分組討論教學(xué)法、演示教學(xué)法、角色扮演教學(xué)法、案例分析教學(xué)法等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考與探索、勇于實踐，提高教學(xué)效果。

(一)“一體化”教學(xué)法。以數(shù)字化工廠作為教學(xué)場所，包括總控室、數(shù)字化創(chuàng)新實驗室、數(shù)控車間等實訓(xùn)場所，使“課堂—工廠一體化、學(xué)習(xí)—生產(chǎn)一體化、教材—技術(shù)文件一體化、教師-技師一體化”，將“教、學(xué)、做”融為一體。課程中選用企業(yè)典型零件，使得學(xué)生從產(chǎn)品的設(shè)計、工藝制定、產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工等環(huán)節(jié)去模擬體驗數(shù)字化工廠的生產(chǎn)環(huán)境，體驗不同崗位對人才的需求。

(二)項目教學(xué)法、分組討論法。課程各模塊都以具體項目為目標，整個教學(xué)圍繞任務(wù)的解決展開，突出知識的應(yīng)用性，引導(dǎo)學(xué)生自主思考與實踐。在項目的實施過程中，根據(jù)模塊的復(fù)雜程度，把班級分成若干個項目小組，明確各小組的任務(wù)，教師下發(fā)不同的項目任務(wù)書，要求各小組完成一項指定的工作任務(wù)，這樣能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團隊合作能力。

(三)案例分析教學(xué)法、啟發(fā)引導(dǎo)法。通過實際案例和啟發(fā)引導(dǎo)，讓學(xué)生理解項目(模塊)任務(wù)、所需的知識技能和素質(zhì)。選取典型性、代表性的案例，將企業(yè)典型案例引入教學(xué)案例中，使得每個重要知識點都能與企業(yè)產(chǎn)品相結(jié)合，使教學(xué)案例具有典型性。

(四)角色扮演教學(xué)法。在實踐教學(xué)(包括工學(xué)結(jié)合)過程中，讓學(xué)生模擬企業(yè)中的實際崗位，承擔(dān)該崗位的所有工作任務(wù)和職責(zé)，因此，該學(xué)習(xí)方法能完全與企業(yè)中的工作崗位接軌，加深學(xué)生對企業(yè)不同崗位的認知，能有效地提高學(xué)生的職業(yè)道德、規(guī)范和責(zé)任感。

四、典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程師資條件建設(shè)

鑒于典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造課程的教學(xué)內(nèi)容和要求，實施本課程教學(xué)的教師應(yīng)具有較高水平的理論和實踐知識能力，即要求教師能熟練使用數(shù)字建模(CAD)軟件、自動編程(CAM)軟件、CAXA CAPP、CAXA DNC代碼管理軟件等。同時能熟練操作相關(guān)數(shù)控設(shè)備，掌握數(shù)控車床、銑床的加工工藝、刀具、夾具等知識，并能應(yīng)用相關(guān)工藝解決加工中的實際問題。因此，該門課程建議教師能下廠實習(xí)一年以上，并具有高級工及以上數(shù)控職業(yè)資格證書。

五、結(jié)語

總之，通過典型零件數(shù)字化設(shè)計與制造的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在數(shù)字化車間的環(huán)境下模擬不同崗位訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字化車間的適應(yīng)能力，提升了學(xué)生的專業(yè)知識水平，提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，加強了對企業(yè)不同崗位的認知度。