CAXA數字化教學應用平臺在現代機械設計與制造中的應用

王曉輝，劉清榮，魏麗麗

（赤峰學院 建筑與機械工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

1 前言

隨著科技的飛速發展，傳統的機械設計與產品制造模式已逐步被數字化應用技術所取代.現代工業產品從設計到成型再到大批量生產，是一個十分復雜的過程，它需要產品設計師、加工工藝師、熟練的操作工人以及生產線的管理人員等協同努力來完成，它是一個設計、修改、再設計的反復迭代、不斷優化的過程[1].傳統的手工設計、制造已經越來越難以滿足市場激烈競爭的需要，CAXA數字化教學應用平臺的運用，正從各方面取代傳統的手工設計方式，并取得了顯著的經濟效益，加快了我國工程界向“無紙化”發展的腳步.

2 概述

CAXA數字化教學應用平臺，是專門配合各類工科院校進行現代數字化機械設計、工藝、數控加工及先進制造技術的教學和培訓環境，目的是幫助各院校培養符合現代制造業需要的高級技能型技術人才.CAXA數字化教學應用平臺是將數字化設計制造、教學管理、生產實踐過程等理論教學內容與實踐教學內容集成為同一的工作平臺，從而實現理論教學與實踐操作的全面數字化.通過CAXA數字化教學應用平臺在學校的應用，使學生快速掌握企業相關職業崗位知識技能和工作職責、工作流程，提前了解企業需求的工作觀和工作價值產生標準，使學生在激烈的就業競爭中處于有利地位，更能適應企業的實際的工作崗位.

3 CAXA數字化教學應用平臺的構成

CAXA數字化教學應用平臺由數字化體驗中心、現代化實訓工廠、信息化管理平臺三大部分構成.在CAXA數字化教學應用平臺上，數字化體驗中心與信息化管理平臺及各專業教研室相連，搭建理論教學與實訓教學同一的工作平臺，并與校園網、云平臺相連形成對外開放資源，開展網上自學.同時，數字化體驗中心與現代化實訓工廠相連，實現“網上學習，虛擬實訓和實際操作”的三位一體[2].數字化體驗中心、現代化實訓工廠、信息化管理平臺這三部分既相互聯系，又相互制約.它們之間的關系見下圖.

圖1 CAXA數字化教學應用平臺的構成

3.1 CAXA數字化體驗中心

3.1.1 CAXA數字化體驗中心，將未來制造業發展的先進模式引入到學校的教學體系之中，讓學生由被動式的聽課轉變為主動式的思考.學生按項目組織方式協同完成一個產品或零件的完整生產過程，實現基于工作過程的項目式教學.學生通過完成教師布置的不同的項目，在動手過程中大量理解吸收相關理論知識.項目一般按小組進行，可根據相關因素選擇不同難度項目，同時也可以讓學生在小組中體驗不同分工的角色，真正實現分層次教學.

3.1.2 CAXA數字化體驗中心，涵蓋了企業研發設計、工裝設計、數控編程、工藝編制、技術管理、生產制造、生產管理、設備維護、質量檢驗等崗位所使用的信息化工具，通過模擬企業生長環境，可以讓學生在畢業設計、CAD/CAM技術數控編程與加工實訓、設備管理與維修等實訓中，將理論知識和工程實踐相結合.體驗企業中的從訂單、設計、工藝、加工生產及管理全過程，理解各部門之間的相互關系，理解部門間如何協同工作.同時，也可以增強學生的感性認識，培養企業急需的團隊合作精神，使學生能夠快速勝任就業后的工作環境，適應企業崗位調動.

3.1.3 通過CAXA數字化體驗中心，可以將計算機、服務器、觸摸屏電腦、以及數控機床等，通過無線交換機和無線網橋連接成無線局域網，實現多種數據交換.

3.2 現代化實訓工廠

現代化實訓工廠的建立，可以解決理論教學與實踐教學脫節的問題，仿真現代企業的數字化、無紙化的工作環境，使管理規范可視化.

3.2.1 在現代化實訓工廠中的各類數控機床，通過工業以太網技術進行聯網，不僅可以實現加工程序的時空傳輸，解決學員在機床前手工編程浪費大量時間的問題；還可以對數控機床參數進行集中管理，當數控機床因各種意外導致數據丟失時，可以迅速恢復機床正常運行狀態；同時通過建立各臺機床的關鍵結構及相關使用壽命，記錄機床使用時間和配件更換歷史，真正做到機床整個生命周期的維護管理.

3.2.2 利用數字化手段對數控機床進行實時監控.機床是否開機、是否在加工、加工時的機床載荷及機床報警信息等，均能被有效地進行實時的監控，從而全面了解機床使用情況.通過數據分析，合理的將機床使用效率最大化，同時能夠保障實訓過程中的安全性.

3.2.3 建立理論與實踐一體化的教學模式.通過網絡及數控車間視頻，實現與車間、教室、機房、會議室及辦公室的邏輯連接，突破教學場地限制.在機床內部和操作面板前安裝的網絡攝像機，將視頻信號通過以太網實時傳輸到教室、實訓現場學員區域的大屏幕上，讓所有學生都可以看到教師示范操作的細節，對于毛坯裝夾、刀具換裝、對刀及面板操作等過程，猶如親眼所見一般[3].這種教學模式的建立，不僅解決了目前理論與實踐一體化教學中，學生在教室與車間頻繁往返的問題，還解決了實訓車間設備緊張的問題，大幅度提高了教學效率，改善了教學效果.

3.2.4 建立與實際企業相一致的生產現場布局和管理模式，使學生在實訓時不但學習操作技能，同時還能夠學習企業的管理規范，提升學生的職業素養.學生在整個管理系統中，學習如何安排生產計劃、采購外協計劃，如何保證訂單能夠準時交貨，如何減少不必要的庫存積壓，如何合理利用生產能力實現均衡生產，及如何對生產績效指標（材料消耗，生產節奏，質量因素）進行實時監控與管理.同時，我們將機床操作、機床編程、機床維修等技能性課程融匯到生產管理流程中，并將課程拓展到生產管理領域，實現產品生產過程管理.

3.3 信息化管理平臺

該管理平臺集成了教與學的各種構件與要素，可以集成現有的各種課程內容；可以提供權威認證、數控大賽指導及二次開發培訓，提供企業實例應用于教學；可以管理各種教職工資料及教學中使用的課件、題庫或科研成果，不斷積累公共資源、分級授權訪問.

3.3.1 教學資源管理.實現對教學資源（課程體系、教學大綱、教案課件、試題庫、教學錄像等）的數字化管理，使課程規范化，教學資源得到共享.

3.3.2 教學過程管理.以數字化教學資源為基礎，實現基于網絡的作業發放和批改流程；記錄學生在校期間的基礎課、專業課學習情況，考試成績，完成作品情況，教師評語等，為教學管理一體化提供了基礎.

3.3.3 綜合管理.包括教職工資料管理、教學任務管理、規章制度管理、實習實訓管理、對外加工與培訓管理、企業信息反饋等方面.

4 CAXA數字化教學應用平臺在機械設計與制造中的應用

今后現代機械設計與制造的發展，迫切需要將研發技術、制造技術、管理技術和信息技術有機地結合起來，通過CAXA數字化教學應平臺的應用，可以帶動整個設計與制造行業的研發模式和設計理念的創新.

4.1 整合資源

利用CAXA數字化教學應用平臺，充分整合工程實踐中的人力資源、教學資源、實訓資源，在不增加人員、設備的前提下，通過CAXA數字化教學應用平臺中的現代化實訓工廠，讓教學與實踐上層次、上水平.在教學方面兼顧課程實驗、實習、實訓、科技活動、學科競賽，有利于學校質量工程項目的建設，并且有利于教師團隊建設、學科建設、科學研究、產品開發與制造能力提升等各項工作的順利開展.

4.2 實現對教學資源的管理與沉淀

在CAXA數字化教學應用平臺上進行課程設計、畢業設計等環節的課程時，可以實現分級授權管理，適時監控學生完成作業的過程，便于網絡化的教學管理，保證實驗課程的質量.同時，我們可以將實驗課程內容集中管理，將院系的教學資源轉化為學校資源，供學校其它院系查看，并長久保存下來.

4.3 有效的支持教學與教改

利用信息化管理平臺，建立起與現代先進制造企業運行流程相一致的信息平臺，反映現代先進制造企業新的設計生產流程和方向.利用該平臺，將企業對人才的需求直接傳遞到學校，改革現有的實踐課程，包括金工實習、機械原理課程設計、機械零件課程設計、機械制造技術基礎課程設計、CAD/CAM課程設計等課程教學，建立起滿足企業對人才需求相適應的實踐課程及新型實踐課程體系.

4.4 服務科研

利用信息化管理平臺，建立先進制造企業設計、工藝、編程、生產過程，為教師提供先進制造技術的學習培訓和科學研究、產品開發與試制的平臺，使教學科研和設計與制造行業技術得到不斷地進步和發展，體現項目科研平臺和產品開發平臺的先進性.同時進行相關的教學與科研教師團隊建設，凝練學科和科研方向，開展科研項目和質量工程項目的建設，提高科研水平，促進質量工程項目建設水平的進一步提高.

4.5 實現對外加工產品及零件的生產與管理

通過CAXA數字化教學應用平臺，集中管理對外加工零部件，記錄零部件加工版本，并長久保存加工數據，對復雜零件可實現在線加工.同時將這些數據應用于教學，并且可以吸收優秀學生參加對外加工和服務，使學生盡早地、全面地參加工程實踐活動.

5 結束語

隨著現代工業的不斷發展，CAXA數字化教學應用平臺的應用范圍將會越來越廣泛，從最初的機械設計與制造，到現在建筑、電子、化工等領域也開始大量使用.不久的將來，文科領域中也將會廣泛應用此平臺.CAXA數字化教學應用平臺，對學校教學及企業產生的變革和帶來的效益是毋庸置疑的，借助CAXA數字化教學應用平臺，可以實現現代機械設計與制造技術的不斷創新，為高校教育教學的改革，提供了更寬廣的教學與實踐平臺.

〔1〕黃蓓蕾.CAD/CAM技術在現代工業中的應用與發展[J].中國高新技術企業，2011（27）：59-61.

〔2〕趙延貴.CAXA為職業教育添磚加瓦[Z].

〔3〕余蔚荔，歐陽兆升，漆軍，付曉嵐.基于 CAXAPLM的數字化教學平臺建設與實踐教學應用[J].中國現代教育裝備，2012（23）:10-12.