基于校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)教學(xué)

曲興田， 王宏一， 劉海忠， 孫慧超， 張 昆

（吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院，長春130025）

0 引 言

生產(chǎn)實(shí)習(xí)是工科學(xué)生培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是本科生首次接觸實(shí)際生產(chǎn)，鞏固提高課堂所學(xué)的良好機(jī)會，在工科類本科教學(xué)中起著不可或缺的作用［1-3］。現(xiàn)階段高等院校生產(chǎn)實(shí)習(xí)大多單純在企業(yè)進(jìn)行，可以借助企業(yè)擁有先進(jìn)的大規(guī)?；a(chǎn)現(xiàn)場，成熟的技術(shù)與完善管理流程等諸多優(yōu)勢服務(wù)于本科教學(xué)。但單純在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)也有很多不足［4］。為此，在校內(nèi)建設(shè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)相配合是很有必要的。

1 建立校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地的必要性

（1）企業(yè)接收學(xué)生意愿下降，無法形成長期穩(wěn)定的教學(xué)規(guī)劃。企業(yè)生產(chǎn)以獲得經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，近年隨著企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)愈發(fā)緊湊，各項(xiàng)管理制度愈發(fā)嚴(yán)格，企業(yè)對于接待學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)的意愿逐年下降，造成企業(yè)不斷壓縮學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)時間［5-6］。而是否同意學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)，往往與企業(yè)當(dāng)時的生產(chǎn)任務(wù)與領(lǐng)導(dǎo)意愿相關(guān)，很難建立起長期穩(wěn)定的合作關(guān)系［7］。致使生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)往往要在多個校外企業(yè)進(jìn)行，常常要更換合作企業(yè)，無法形成相對穩(wěn)定且有效的教學(xué)計(jì)劃與內(nèi)容，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

（2）學(xué)生在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，以參觀為主，學(xué)生參與度低。企業(yè)處于技術(shù)保密，安全管理等因素考慮，多數(shù)不讓學(xué)生深入生產(chǎn)內(nèi)部，往往是讓學(xué)生在規(guī)定的區(qū)域進(jìn)行參觀，更不會給學(xué)生以實(shí)踐的機(jī)會［8-9］。以第一汽車集團(tuán)各分廠接待實(shí)習(xí)為例，從2014年起不允許學(xué)生進(jìn)入加工線和裝配線生產(chǎn)區(qū)域，只允許在3 m線以外觀看，學(xué)生很難得到深入學(xué)習(xí)的機(jī)會。

（3）計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)教學(xué)在生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)普遍缺失。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，成為不可或缺的一部分［10-14］。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)，人員管理，工藝排布等全方位地滲透于企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。由于生產(chǎn)實(shí)習(xí)時間限制，以及企業(yè)技術(shù)保密等多因素限制，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在學(xué)生到企業(yè)實(shí)地參觀時，幾乎得不到體現(xiàn)。學(xué)生僅能單純的接觸企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，而無法了解生產(chǎn)現(xiàn)場背后計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在其中發(fā)揮的作用?；趫鏊涂陀^條件的限制，教師也很難將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)融入其中，很大程度地降低了學(xué)生對于現(xiàn)代化生產(chǎn)的認(rèn)識。

2 企業(yè)與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地相互配合

生產(chǎn)實(shí)習(xí)作為工科學(xué)生培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，建立起理論與實(shí)踐之間的聯(lián)系，也要擴(kuò)大學(xué)生的知識面，開拓學(xué)生的視野。以企業(yè)作為生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地可以以最小的花費(fèi)，借助企業(yè)完善的組織形式、先進(jìn)化的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)人員，幫助學(xué)生開拓視野，使學(xué)生對工廠的組織結(jié)構(gòu)、管理及其物流狀況有一個較為全面的初步認(rèn)識［15］。

生產(chǎn)實(shí)習(xí)不只是讓學(xué)生建立起對企業(yè)的宏觀認(rèn)識，也是借此機(jī)會建立起學(xué)生對已學(xué)理論知識與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，并加深和鞏固相關(guān)專業(yè)技能，打通各分支子學(xué)科之間的聯(lián)系。受限于企業(yè)難以單獨(dú)理想地作為生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，難以給學(xué)生深入學(xué)習(xí)與實(shí)踐相關(guān)專業(yè)知識的機(jī)會，校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地就要發(fā)揮其能夠讓學(xué)生深入?yún)⑴c，能夠建立穩(wěn)定體系化教學(xué)內(nèi)容，能夠根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要作出調(diào)整等優(yōu)勢，與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)形成優(yōu)勢互補(bǔ)。

3 校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地的建設(shè)

為解決在企業(yè)實(shí)習(xí)的諸多弊端，提高生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量，我校機(jī)械與航空航天工程學(xué)院圍繞教學(xué)需要建立校內(nèi)工科生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地。生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地結(jié)合選取具有典型工藝特征的汽車前剎車調(diào)整臂與變速箱一軸作為加工零件，建立兩條完整的生產(chǎn)加工線。生產(chǎn)線涵蓋銑、車、磨、鉆、插削等多種類加工方式。教學(xué)內(nèi)容從毛坯件開始到切削加工成形、熱處理、清洗、探傷、精度檢測和標(biāo)碼等，貫穿常規(guī)企業(yè)產(chǎn)品加工的整個流程，使學(xué)生對產(chǎn)品生產(chǎn)加工有全方位系統(tǒng)的認(rèn)識。圖1所示為校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地一角。

圖1 校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地

有別于考慮經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)安全的企業(yè)生產(chǎn)布局方式。校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地以教學(xué)需求為核心，在保證學(xué)生深度參與生產(chǎn)加工的同時確保學(xué)生安全。生產(chǎn)線布局加大了各工序之間的空間，針對具有危險(xiǎn)性的加工步驟，加裝了安全防護(hù)裝置。生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地采用先進(jìn)教學(xué)管理系統(tǒng)，控制全基地設(shè)備只有在受過系統(tǒng)化機(jī)床操作訓(xùn)練教師的陪同下才能啟動。生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地相關(guān)管理人員可以通過計(jì)算機(jī)和手機(jī)實(shí)時觀察生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地的全景影像，監(jiān)管生產(chǎn)教學(xué)的合規(guī)運(yùn)行。

4 結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)與制造業(yè)深度融合，與企業(yè)設(shè)計(jì)、制造、產(chǎn)線布置等密不可分。學(xué)生在本科教學(xué)中雖然對計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有過接觸與學(xué)習(xí)，但與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)，缺乏連貫性和實(shí)際運(yùn)用能力。企業(yè)實(shí)習(xí)中，學(xué)生僅能接觸生產(chǎn)加工現(xiàn)場，無法參與諸多與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)相關(guān)的環(huán)節(jié)，使學(xué)生難以將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)建立起聯(lián)系，制約了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)效果。

為使學(xué)生更全面深入了解產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的全流程，熟悉計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)軟件在制造業(yè)發(fā)揮的作用，校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地根據(jù)相關(guān)課程教學(xué)需要與機(jī)械制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制定了與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，注重學(xué)生參與實(shí)踐的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。主要圍繞產(chǎn)品工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、夾具裝配工藝設(shè)計(jì)3個部分展開。在實(shí)踐中，學(xué)生需學(xué)習(xí)和使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助制造工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝（CAAP）5大制造業(yè)常用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)軟件，深入體會計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮的作用。

學(xué)生在進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)的開始過程，將安排學(xué)習(xí)之前本科課程沒有接觸過的CAPP、CAAP兩種軟件的主要操作流程（見圖2）。初步了解兩種軟件的使用方法后，學(xué)生將首先進(jìn)行產(chǎn)品工藝規(guī)程設(shè)計(jì)培養(yǎng)環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生分成不同小組，針對校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地加工零件進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)。在CAPP軟件的幫助下，學(xué)生不受加工機(jī)床，加工方法等客觀的因素限定，自由地進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，針對一道工序給出詳細(xì)的工序加工參數(shù)，應(yīng)用CAM軟件進(jìn)行加工仿真并生成加工代碼，并根據(jù)各自的工藝規(guī)程規(guī)劃產(chǎn)品生產(chǎn)線。工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方案確定后，在教師的帶領(lǐng)下，各小組互相展示自己的工藝規(guī)程方案與生產(chǎn)線構(gòu)成，分析各自工藝規(guī)劃方案的優(yōu)劣。學(xué)生還將與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地相對成熟的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方案與生產(chǎn)線進(jìn)行對比，進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的理解。

圖2 CAPP軟件教學(xué)

在夾具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各小組在學(xué)習(xí)生產(chǎn)線上的夾具后，針對分配的主要研究工序給出每小組自己的專用夾具方案。利用CAD軟件進(jìn)行夾具三維建模，應(yīng)用CAE軟件進(jìn)行仿真分析（見圖3），驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)的有效性，根據(jù)仿真結(jié)果完成夾具的進(jìn)一步優(yōu)化。以各小組最終完成的夾具設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，繼續(xù)開展夾具裝配工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)培養(yǎng)。學(xué)生運(yùn)用CAAP軟件進(jìn)行夾具裝配過程仿真，確定裝配過程中的工藝步驟與注意事項(xiàng)，出現(xiàn)裝配過程不合理的環(huán)節(jié)，優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)方案，最終生成裝配工藝規(guī)程指導(dǎo)文件。

圖3 學(xué)生設(shè)計(jì)夾具CAE分析

在結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，雖然計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)并不單獨(dú)作為教學(xué)的目標(biāo)與主題。但卻與實(shí)踐內(nèi)容密不可分，在學(xué)生完成實(shí)踐目標(biāo)的過程中，能夠深切感受到計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)帶來的便利和發(fā)揮的作用。在過去進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)習(xí)工藝講解和夾具講解時，學(xué)生往往因?yàn)闆]有實(shí)際參與的機(jī)會，對于講解的內(nèi)容理解不深，不愿意主動學(xué)習(xí)。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)加入計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用的任務(wù)后，產(chǎn)品工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、夾具裝配工藝設(shè)計(jì)3部分教學(xué)內(nèi)容緊密地與生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)講解內(nèi)容相結(jié)合，增加了學(xué)生的參與程度，激發(fā)了學(xué)生認(rèn)真聽講，自主學(xué)習(xí)的熱情。在老師進(jìn)行課上講解后，能夠主動查找相關(guān)理論課知識和軟件工具書，完成所分配的任務(wù)。達(dá)到了通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)加強(qiáng)理論知識和實(shí)踐能力，加深和鞏固相關(guān)專業(yè)課程與技能的目標(biāo)。

5 結(jié) 語

通過建設(shè)校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，彌補(bǔ)了單純在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)的不足，形成了企業(yè)與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地相互配合，優(yōu)勢互補(bǔ)的實(shí)習(xí)方式。我校機(jī)械與航空航天工程學(xué)院將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)較好地與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地教學(xué)內(nèi)容融合，貫穿于生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各個環(huán)節(jié)，顯著地提高了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，取得了良好的效果。