基于3D模型演示的物流裝備課程教學(xué)改革

史太波，王建華，呂金輝，李 秀

（淮南師范學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232038）

近年來，我國物流行業(yè)高速發(fā)展，制造業(yè)也逐步由中國制造向中國智造轉(zhuǎn)型升級，智能物流技術(shù)與裝備得到了快速發(fā)展，成為了市場新的推動力。為適應(yīng)社會發(fā)展需要，高校加大了對物流人才的培養(yǎng)，針對物流工程等專業(yè)開設(shè)了“物流裝備及其自動化”等課程，但傳統(tǒng)教學(xué)方法培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏實(shí)踐應(yīng)用能力，無法滿足企業(yè)對物流裝備類人才的更高要求。為了有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，不斷滿足智能物流技術(shù)快速發(fā)展對物流裝備人才的需求，以3D模型演示為技術(shù)手段，通過科學(xué)規(guī)劃教學(xué)體系、合理構(gòu)建3D模型、及時更新教學(xué)內(nèi)容等措施，積極開展3D模型演示在“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究具有重要意義。

1 背景分析

1.1 課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)

物流行業(yè)是我國近年來逐漸發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)，隨著計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控、傳感器、條形碼、機(jī)器人等技術(shù)的迅速發(fā)展及其在物流中的應(yīng)用，物流技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，物流裝備更新迭出。物流裝備類人才不僅需要豐富的多學(xué)科知識體系和較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力，還要跟得上物流技術(shù)快速發(fā)展的節(jié)奏，國家和社會對物流裝備類人才的培養(yǎng)提出了更高要求。

“物流裝備及其自動化”是物流工程等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課程，主要講述物流作業(yè)過程中常見的現(xiàn)代化智能物流裝備與技術(shù)，對于培養(yǎng)物流裝備類人才的實(shí)踐應(yīng)用能力具有重要作用，其課程內(nèi)容體系見表1。

表1 《物流裝備及其自動化》課程內(nèi)容體系

“物流裝備及其自動化”課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握常見的現(xiàn)代化智能物流裝備與技術(shù)，了解其構(gòu)成及工作原理，為今后應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。首先要讓學(xué)生全面了解和認(rèn)識物流裝備的概念以及分類等知識內(nèi)容，工作中能夠合理選擇物流裝備。其次要讓學(xué)生重點(diǎn)掌握典型物流裝備的結(jié)構(gòu)、特征和具體應(yīng)用，具有一定的實(shí)際工作能力。最后要讓學(xué)生不斷提高現(xiàn)代化智能物流裝備與技術(shù)知識水平，培養(yǎng)較高的理論素養(yǎng)。

從課程內(nèi)容體系和培養(yǎng)目標(biāo)可以看出，“物流裝備及其自動化”是一門多學(xué)科交叉、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，要求學(xué)生具有豐富的多學(xué)科知識，具有較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力，同時還要了解物流裝備前沿技術(shù)，因此，“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)要求理論與實(shí)踐必須緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)國家和社會對物流裝備應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)存在問題

“物流裝備及其自動化”課程在傳統(tǒng)教學(xué)中存在以下幾個問題：

一是課程教材內(nèi)容不完善。物流裝備類課程教材相對較少，目前市場上關(guān)于物流裝備的教材大約只有50余種，且大部分教材只是泛泛地介紹物流裝備的概念、種類以及結(jié)構(gòu)組成等理論知識，沒有物流裝備選型、配置等實(shí)踐內(nèi)容，同時，教材內(nèi)容更新也不及時，教材中的物流裝備與企業(yè)物流作業(yè)中實(shí)際使用的裝備不一致，不利于提高學(xué)生實(shí)際工作能力。

二是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃厚。物流裝備類課程教材中對物流裝備進(jìn)行圖形標(biāo)注的地方比較多，但物流工程類專業(yè)的學(xué)生側(cè)重于物流專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，對機(jī)械專業(yè)知識的學(xué)習(xí)相對較少，對物流裝備圖形的理解較為困難，同時大部分學(xué)生沒有見過物流裝備，缺少對物流裝備的感性認(rèn)識，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映看不懂機(jī)械方面的圖形，課堂教學(xué)枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣。

三是課程教學(xué)方法不合理。物流裝備類課程側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，需要進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，開展實(shí)踐教學(xué)的途徑有兩種，一種是在物流裝備實(shí)驗(yàn)室開展相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)，另外一種是組織學(xué)生到現(xiàn)代化的物流企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，前者建設(shè)內(nèi)容比較多、投入大，且與實(shí)際對接還存在一定差距，后者在實(shí)踐中有較多困難，很難對接到現(xiàn)代化的大規(guī)模物流公司或場所。在傳統(tǒng)教學(xué)中，物流裝備類課程采用理論講授、圖片展示的教學(xué)模式，教學(xué)方法不合理。

“物流裝備及其自動化”課程在傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題影響了課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，需要積極探索課程教學(xué)改革方法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和實(shí)際工作能力。

1.3 3D模型演示技術(shù)

3D模型演示即三維機(jī)械動畫，是通過三維設(shè)計軟件構(gòu)建物流裝備并利用動畫演示功能模擬其形狀材質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)計原理和工作流程。3D模型演示技術(shù)具有以下特點(diǎn)：一是以3D顯示方式展現(xiàn)物流裝備結(jié)構(gòu)組成和工作原理；二是用3D技術(shù)對物流裝備產(chǎn)品的所有功能信息進(jìn)行生動、形象、直觀的模擬，便于修改，大大節(jié)省了實(shí)物樣品的制造和修改成本；三是一種新的展示形式，生動的作業(yè)流程和詳細(xì)的信息展示，給人留下深刻的印象；四是作為可隨身攜帶和傳遞的電子資源，節(jié)省了運(yùn)輸成本。

在“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)中，針對需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的典型物流裝備，可以利用AutoCAD、SolidWorks等三維繪圖軟件，依據(jù)企業(yè)物流裝備真實(shí)情況進(jìn)行三維建模，便于學(xué)生全方位、直觀地了解物流裝備的構(gòu)造及其工作原理，同時還可以利用三維繪圖軟件的動畫演示功能進(jìn)行運(yùn)動仿真演示，能有效地幫助學(xué)生理解物流裝備的作業(yè)流程。

2 具體措施

2.1 科學(xué)規(guī)劃教學(xué)體系

根據(jù)“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)大綱要求，參照于英主編的《物流技術(shù)裝備》、陳軍主編的《物流自動化設(shè)備》、朱衛(wèi)鋒主編的《物流自動化技術(shù)及應(yīng)用》等教材，選擇性地將各教材中的特色內(nèi)容融合到相關(guān)知識單元，同時充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，廣泛收集相關(guān)的圖片資料、設(shè)備視頻以及企業(yè)案例等，并將這些資料經(jīng)過整理加工后嵌入到相應(yīng)單元中，針對教學(xué)中的重難點(diǎn)以及廣泛使用的物流裝備，通過Solid-Works三維繪圖軟件設(shè)計其3D模型及作業(yè)動畫，科學(xué)規(guī)劃教學(xué)體系，見表2。

表2 教學(xué)體系

2.2 合理構(gòu)建3D模型

針對“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)中的重難點(diǎn)以及廣泛使用的物流裝備，通過SolidWorks三維繪圖軟件，合理構(gòu)建典型設(shè)備3D模型及作業(yè)動畫，不僅能讓學(xué)生直觀地全方位了解物流裝備的構(gòu)造及其工作原理，還能有效地幫助學(xué)生理解物流裝備的作業(yè)流程。

圖1 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)3D模型

圖2 懸掛輸送機(jī)3D模型

（1）構(gòu)建連續(xù)輸送設(shè)備3D 模型。連續(xù)輸送設(shè)備是一種啟動后就能夠連續(xù)運(yùn)行的輸送機(jī)械，典型設(shè)備是鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和懸掛式輸送機(jī)，其中鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)是應(yīng)用最廣泛的輸送機(jī)械，構(gòu)建3D模型如圖1所示，懸掛輸送機(jī)是三維空間閉環(huán)連續(xù)輸送設(shè)備，用于車間內(nèi)部或者車間之間成件物品的連續(xù)輸送，構(gòu)建3D模型如圖2所示。

（2）構(gòu)建起重搬運(yùn)設(shè)備3D 模型。起重搬運(yùn)設(shè)備是一種能夠在某區(qū)間做往復(fù)運(yùn)行的間歇式運(yùn)輸機(jī)械，重難點(diǎn)內(nèi)容是堆垛起重機(jī)和電梯的構(gòu)成及作業(yè)流程，其中單立柱巷道堆垛起重機(jī)是現(xiàn)代化倉庫的主要起重搬運(yùn)設(shè)備，在現(xiàn)實(shí)中具有廣泛應(yīng)用，構(gòu)建3D模型如圖3所示，電梯是在規(guī)定樓層間輸送人或貨物的固定提升設(shè)備，廣泛用于賓館、飯店、辦公樓、醫(yī)院等場所，構(gòu)建3D模型如圖4所示。

（3）構(gòu)建自動導(dǎo)引小車3D 模型。自動導(dǎo)引小車是現(xiàn)代物流企業(yè)中的重要設(shè)備，主要在柔性加工裝配系統(tǒng)、自動化立體倉庫以及其他行業(yè)中進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)，其中電磁導(dǎo)引AGV應(yīng)用最為廣泛，構(gòu)建3D模型如圖5所示。

（4）構(gòu)建自動分揀設(shè)備3D 模型。自動分揀設(shè)備如圖7所示。

圖3 單立柱巷道堆垛機(jī)3D模型

圖4 電梯3D模型

圖5 電磁導(dǎo)引AGV 3D模型

圖6 自動分類輸送機(jī)3D模型

圖7 自動化立體倉庫3D模型

圖8 關(guān)節(jié)型機(jī)器人3D模型

（6）構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人3D 模型。工業(yè)機(jī)器人主要指用來從事搬運(yùn)作業(yè)并具有可再編程特點(diǎn)的多功能機(jī)械手，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人在企業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最為廣泛，學(xué)生理解也較為困難，構(gòu)建3D模型如圖8所示。

2.3 及時更新教學(xué)內(nèi)容

是一種靠自動化裝置執(zhí)行相關(guān)指令完成貨物從進(jìn)入分揀裝置到送達(dá)指定位置的機(jī)械裝備，其中自動分類輸送機(jī)的作業(yè)流程較難理解，構(gòu)建3D模型如圖6所示。

（5）構(gòu)建自動化倉儲設(shè)備3D 模型。自動化立體倉庫是一種非常重要的自動化倉儲設(shè)備，它利用計算機(jī)系統(tǒng)、自動控制堆垛機(jī)以及運(yùn)輸車對高層立體貨架儲存的物資進(jìn)行存取作業(yè)的控制管理，構(gòu)建3D模型

3D模型演示作為“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)改革的一種新方法，在教學(xué)設(shè)計時難免存在不完善的地方，再加上物流技術(shù)發(fā)展較快，物流裝備不斷推陳出新，教師要及時完善和更新教學(xué)內(nèi)容。要多和相關(guān)教師以及學(xué)生交流溝通，及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，并逐步完善；要多到大型的物流公司、物流作業(yè)現(xiàn)場去了解學(xué)習(xí)，把新的物流裝備和技術(shù)及時擴(kuò)充到教學(xué)中來；要利用參觀展會以及參加學(xué)術(shù)會議等途徑了解物流裝備前沿知識；要根據(jù)畢業(yè)生在物流企業(yè)實(shí)習(xí)和工作中給予的反饋來檢驗(yàn)教學(xué)效果。

3 應(yīng)用效果

3D模型演示在“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)中的具有良好的應(yīng)用效果，具體體現(xiàn)在以下三個方面：

一是激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。3D模型演示是利用3D模型的表現(xiàn)手法，將抽象的知識形象化，直觀地展示了物流裝備作業(yè)流程，不僅激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，還能有效幫助學(xué)生對重難點(diǎn)知識的理解，對提高課堂教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和實(shí)際工作能力大有裨益。

二是減少了教學(xué)成本投入。物流裝備實(shí)踐教學(xué)涉及大量的設(shè)施設(shè)備，物流裝備實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容較多，成本投入較大，且不可能面面俱到，到物流公司或場所參觀實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)費(fèi)用較高，參觀的物流設(shè)備也不齊全，而采用3D模型演示技術(shù)，在教室就可以實(shí)現(xiàn)直觀教學(xué)目的，大大減少了教學(xué)成本投入。

三是保障了學(xué)生人身安全。3D模型演示可以在校內(nèi)課堂進(jìn)行，不必到物流公司或物流作業(yè)現(xiàn)場實(shí)地參觀，避免了學(xué)生在交通和參觀實(shí)習(xí)場所出現(xiàn)的安全事故，同時也減輕了外出帶隊教師以及企業(yè)面臨的安全壓力。

4 結(jié)語

“物流裝備及其自動化”是一門多學(xué)科交叉、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)教學(xué)存在課程教材內(nèi)容不完善、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃厚、課程教學(xué)方法不合理等問題，影響了課堂教學(xué)效果和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。積極開展3D模型演示在“物流裝備及其自動化”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究，以3D模型演示為技術(shù)手段，通過科學(xué)規(guī)劃教學(xué)體系、合理構(gòu)建3D 模型、及時更新教學(xué)內(nèi)容等措施，實(shí)現(xiàn)了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、減少教學(xué)成本投入、保障學(xué)生人身安全的目的，有效培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和實(shí)際工作能力。