典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造教學(xué)的思考和探索

□李 俊 林紅艷 連碧華

2011年，美國(guó)政府正式啟動(dòng)了“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，專門(mén)建立了由增材制造、數(shù)字化制造和設(shè)計(jì)、智慧制造等組成的國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，旨在奪回制造業(yè)世界市場(chǎng)。德國(guó)依據(jù)其本國(guó)國(guó)情，提出了以“工業(yè)4.0”為核心的智能制造計(jì)劃，以保證其世界制造強(qiáng)國(guó)的地位。2015年，我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)制造2025》計(jì)劃，確定將智能制造作為主要發(fā)展方向，推進(jìn)制造業(yè)在制造過(guò)程的智能化。在一些重點(diǎn)機(jī)械加工領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)一批智能工廠(數(shù)字化車間)，促進(jìn)制造過(guò)程的數(shù)字化控制、加工工藝及加工過(guò)程的仿真優(yōu)化、生產(chǎn)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品的自適應(yīng)控制。

一、典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)的意義

典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是基于數(shù)字化車間平臺(tái)下開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程,因此該課程的開(kāi)設(shè)能使學(xué)生了解數(shù)字化車間平臺(tái)，具備數(shù)字化制造(包括設(shè)計(jì)、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(jì)軟件完成中等復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)與建模，使用計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程(CAPP)軟件編制機(jī)械加工工藝文件，使用自動(dòng)編程軟件進(jìn)行典型零件加工軌跡定義、仿真加工、生成數(shù)控代碼，通過(guò)通信參數(shù)設(shè)置，應(yīng)用通信軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸操作，對(duì)數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)等能力。

二、典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)思路

典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是為機(jī)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(jì)、三維造型與仿真、數(shù)控機(jī)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(shí)的一門(mén)綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)核心課程。

典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造這門(mén)課程要求學(xué)生能將所學(xué)專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通，結(jié)合創(chuàng)客項(xiàng)目要求，在不同崗位體驗(yàn)企業(yè)對(duì)不同崗位的需求，提高學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念、先進(jìn)制造與管理技術(shù)，也可結(jié)合企業(yè)實(shí)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(xiàng)目教學(xué)法，使學(xué)生在完成典型零件的同時(shí)，體驗(yàn)數(shù)字化工廠在不同崗位的工作過(guò)程，使學(xué)生掌握就業(yè)所需要的先進(jìn)制造技術(shù)、制造業(yè)自動(dòng)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(jì)與制造課程培養(yǎng)的素質(zhì)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造這門(mén)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(dú)立學(xué)習(xí)的素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)，團(tuán)隊(duì)合作、主動(dòng)交流協(xié)作完成任務(wù)；具有膽大心細(xì)的工作作風(fēng)；具有安全生產(chǎn)意識(shí)、責(zé)任意識(shí)；具有創(chuàng)新、創(chuàng)造意識(shí)；通過(guò)對(duì)不同崗位的體驗(yàn)，掌握先進(jìn)制造技術(shù)。

(二)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造課程培養(yǎng)的知識(shí)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造這門(mén)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(jìn)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(jī)床數(shù)據(jù)采集軟件和統(tǒng)計(jì)分析)軟件的使用方法；熟練掌握和運(yùn)用三維建模軟件實(shí)現(xiàn)零件建模與加工設(shè)計(jì)；掌握數(shù)控機(jī)床仿真軟件的使用方法，利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行數(shù)控機(jī)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(shí)；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(xiě)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(diǎn)。

(三)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造課程培養(yǎng)的技能目標(biāo)。通過(guò)對(duì)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造這門(mén)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生能運(yùn)用三維建模軟件實(shí)現(xiàn)零件建模與加工設(shè)計(jì)；能運(yùn)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(shí)分析中等復(fù)雜零件的工藝，并制訂工藝文件；能運(yùn)用CAXA DNC設(shè)備物聯(lián)軟件完成數(shù)據(jù)傳輸；能運(yùn)用CAXA DNC設(shè)備物聯(lián)軟件完成機(jī)床數(shù)據(jù)采集和分析；能應(yīng)用仿真軟件檢驗(yàn)零件加工路線、驗(yàn)證數(shù)控加工程序；能使用數(shù)控機(jī)床調(diào)試加工程序，進(jìn)行加工參數(shù)的設(shè)置并實(shí)施產(chǎn)品的加工；會(huì)檢測(cè)產(chǎn)品零件，并進(jìn)行零件產(chǎn)品的精度控制與分析；具備機(jī)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(jì)與制造課程實(shí)施思考與探索

堅(jiān)持以人為本，提高教學(xué)質(zhì)量，突出學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，加強(qiáng)職業(yè)能力的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)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(biāo)、課程內(nèi)容及學(xué)生的個(gè)性特征、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等特點(diǎn)，靈活運(yùn)用一體化教學(xué)法、項(xiàng)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(shí)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(chǎng)所，包括總控室、數(shù)字化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、數(shù)控車間等實(shí)訓(xùn)場(chǎng)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(jì)、工藝制定、產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工等環(huán)節(jié)去模擬體驗(yàn)數(shù)字化工廠的生產(chǎn)環(huán)境，體驗(yàn)不同崗位對(duì)人才的需求。

(二)項(xiàng)目教學(xué)法、分組討論法。課程各模塊都以具體項(xiàng)目為目標(biāo)，整個(gè)教學(xué)圍繞任務(wù)的解決展開(kāi)，突出知識(shí)的應(yīng)用性，引導(dǎo)學(xué)生自主思考與實(shí)踐。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)模塊的復(fù)雜程度，把班級(jí)分成若干個(gè)項(xiàng)目小組，明確各小組的任務(wù)，教師下發(fā)不同的項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，要求各小組完成一項(xiàng)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(tuán)隊(duì)合作能力。

(三)案例分析教學(xué)法、啟發(fā)引導(dǎo)法。通過(guò)實(shí)際案例和啟發(fā)引導(dǎo)，讓學(xué)生理解項(xiàng)目(模塊)任務(wù)、所需的知識(shí)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(gè)重要知識(shí)點(diǎn)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(shí)踐教學(xué)(包括工學(xué)結(jié)合)過(guò)程中，讓學(xué)生模擬企業(yè)中的實(shí)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(duì)企業(yè)不同崗位的認(rèn)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(jì)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(jì)與制造課程的教學(xué)內(nèi)容和要求，實(shí)施本課程教學(xué)的教師應(yīng)具有較高水平的理論和實(shí)踐知識(shí)能力，即要求教師能熟練使用數(shù)字建模(CAD)軟件、自動(dòng)編程(CAM)軟件、CAXA CAPP、CAXA DNC代碼管理軟件等。同時(shí)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(shí)，并能應(yīng)用相關(guān)工藝解決加工中的實(shí)際問(wèn)題。因此，該門(mén)課程建議教師能下廠實(shí)習(xí)一年以上，并具有高級(jí)工及以上數(shù)控職業(yè)資格證書(shū)。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)典型零件數(shù)字化設(shè)計(jì)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(duì)數(shù)字化車間的適應(yīng)能力，提升了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)了對(duì)企業(yè)不同崗位的認(rèn)知度。