基于智能制造的模具課程教學改革初探

于丹 蔡建新

摘 要：“中國制造2025”是以智能制造為核心，在生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)制造智能。模具工業(yè)作為基礎(chǔ)工業(yè)的重要組成部分，正面臨更大的發(fā)展機遇，也面臨著用工短缺的問題，需要具備模具智能設(shè)計制造專業(yè)知識技能，能夠適應模具生產(chǎn)要求的綜合型技能人才。在這樣的大環(huán)境下，教師應積極進行模具智能制造的課程教學改革研究，使學生在學習模具專業(yè)知識的基礎(chǔ)上掌握智能制造的相關(guān)必備知識技能，提高市場競爭力與創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：智能制造 人才培養(yǎng) 模具課程 教學改革

在實施“中國制造2025”戰(zhàn)略及“國際工業(yè)4.0”的大背景下，模具的生產(chǎn)過程將向智能化、自動化方向發(fā)展，模具行業(yè)技術(shù)需要全面提升。許多企業(yè)正逐步應用CAD/CAM/CAE技術(shù)、三維設(shè)計技術(shù)、ERP和IM3等信息管理技術(shù)，以及高速加工、快速成型、機器人技術(shù)、智能制造、虛擬仿真及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等許多高新技術(shù)。所以教師在教學過程中也要結(jié)合智能制造的職業(yè)特點，培養(yǎng)全能型的模具專業(yè)人才，這也是模具等相關(guān)專業(yè)教學改革的方向。

一、基于智能制造的模具行業(yè)發(fā)展需求

以智能制造為核心的“中國制造2025”要實現(xiàn)制造業(yè)的升級，是在生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)制造智能化。模具企業(yè)為提高產(chǎn)品的競爭性，同時解決所面臨的用工短缺問題，在智能制造方面的需求日益增強。智能制造在模具生產(chǎn)過程中是一個系統(tǒng)工程，涉及模具設(shè)計、加工、裝配及管理、產(chǎn)品的生產(chǎn)、運送存儲、質(zhì)量檢驗等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括了機械、電氣控制等多方面的技術(shù)模塊集成，這些模塊之間相互關(guān)聯(lián)，共同作用于模具的生產(chǎn)。職業(yè)教育所培養(yǎng)的人才通常是一線的技術(shù)技能型人才，在技術(shù)高度集成的智能生產(chǎn)模式下，要求生產(chǎn)一線人員要懂得更多更全的相關(guān)技術(shù)知識，如果對機械、電氣控制等知識掌握不全面，就不能實現(xiàn)關(guān)鍵工序的智能化及關(guān)鍵崗位的機器人替代，也就很難發(fā)揮智能制造的優(yōu)勢。相關(guān)裝備出現(xiàn)問題時也很難發(fā)現(xiàn)，容易導致生產(chǎn)延誤。模具企業(yè)未來發(fā)展需要對機械、電氣控制知識綜合掌握應用程度較高，能夠分析解決生產(chǎn)實際問題，并且具備良好的職業(yè)道德、團隊協(xié)作能力的綜合型技能人才，以實現(xiàn)智能制造技術(shù)在模具生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的實際應用和不斷進步。

二、基于智能制造的模具專業(yè)課程設(shè)置

1.智能制造視域下的模具應用類崗位

與傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)制造模式相比，模具智能制造過程對崗位人員的需求有所變化和提高，要求工人在原有工作的基礎(chǔ)上，能夠完成與生產(chǎn)相關(guān)的自動控制及智能控制的工作內(nèi)容。現(xiàn)企業(yè)對模具智能制造應用類崗位需求主要有CAD/CAM/CAE軟件應用、CMM/CNC/EDM設(shè)備操作、自動上下料機械手操作與維護、模具裝配與智能分析調(diào)試、自動檢測設(shè)備及檢具應用維護、工裝夾具應用維護、自動夾緊裝置及電氣控制部分的應用維護、智能小車應用維護和3D打印等。

2.模具智能制造相關(guān)課程

通過定位模具專業(yè)面向的崗位及職業(yè)能力的分析，教師應在模具企業(yè)智能制造發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，研究建立模具專業(yè)課程。現(xiàn)在模具專業(yè)課程主要有基礎(chǔ)課程如機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、金屬材料與熱處理、機制工藝、公差與配合、電工電子技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、金屬切削原理，專業(yè)課程如數(shù)控加工技術(shù)、模具CAD/CAM、模具制造技術(shù)、沖壓模具工藝與設(shè)計、塑料模具工藝與設(shè)計、機加工實習、鉗工技能實訓等。對應模具智能制造的發(fā)展方向，需在現(xiàn)有課程的基礎(chǔ)上，進一步增加模具智能制造的相關(guān)專業(yè)課程配置。可考慮逐步增加模具智能制造應用類崗位相關(guān)課程，如CAE軟件應用分析、3D打印技術(shù)、CMM/EDM設(shè)備操作、自動夾緊裝置原理與應用、工業(yè)機器人應用、智能小車應用維護、傳感器原理及應用、PLC電氣控制/電氣維護等。職業(yè)院校以理論夠用為度，更側(cè)重實際操作能力培養(yǎng)，側(cè)重于應用類崗位課程。

三、基于智能制造的模具專業(yè)課程教學過程

1.生產(chǎn)過程的鏈條組式教學

模具智能制造專業(yè)課程的數(shù)量增加，學生對課程的系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性缺乏認識，學習掌握的難度加大，并且專業(yè)課程需在不同階段內(nèi)完成理論內(nèi)容學習，與模具智能制造生產(chǎn)過程的實際應用存在較大的距離。為更好地構(gòu)建實用知識體系并應用于工作實際，可考慮將模具智能制造專業(yè)課程按實際生產(chǎn)過程建立課程鏈條組，按生產(chǎn)過程完成專業(yè)知識的學習、整合及實際應用，使每個教學環(huán)節(jié)的知識能夠環(huán)環(huán)相扣，并最終完成簡單模具的智能制造生產(chǎn)，對專業(yè)知識鏈條形成閉環(huán)。

模具智能制造專業(yè)課程鏈條組按實際生產(chǎn)過程的順序安排教學，將課程按照生產(chǎn)階段需要進行分配，并在每個階段配合實訓內(nèi)容。模具生產(chǎn)過程可分為三個階段，第一階段為產(chǎn)品分析及模具設(shè)計環(huán)節(jié)。在這一階段學習模具工藝及設(shè)計課程，如CAD軟件應用、CAE軟件應用、3D打印技術(shù)等;同時完成實訓內(nèi)容，如典型模具產(chǎn)品工藝性分析、CAE成型模擬分析、模具產(chǎn)品3D打印、模具CAD三維設(shè)計。第二階段為加工工藝及制造環(huán)節(jié)。這個階段進行的理論課程學習，有模具制造技術(shù)、CAM軟件應用、EDM技術(shù)應用、數(shù)控加工技術(shù)，完成的實習內(nèi)容有模具典型零件加工工藝過程卡編制、CAM軟件編制典型零件加工程序及加工模擬、EDM設(shè)備操作、機加工實習。第三階段為模具裝配調(diào)試及產(chǎn)品檢測環(huán)節(jié)。需要的理論課程有模具裝配工藝、鉗工技能實訓、工業(yè)機器人應用、智能小車應用維護、傳感器原理及應用、PLC電氣控制/電氣維護，配合實訓內(nèi)容有裝配工藝過程卡編制、電腦模擬裝配和裝配實訓操作、模具試模修模，產(chǎn)品檢測分析（CMM檢測設(shè)備操作、檢測量具使用）、機械手自動上下料操作與維護、送料小車的控制維護、自動夾緊裝置操作維護。專業(yè)課程理論以夠用為度，實際應用環(huán)節(jié)內(nèi)容需緊密結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實際，選擇典型模具智能制造案例。

2.班組化協(xié)同小組教學

現(xiàn)在的學生思維活躍，動手能力強，信息化意識較強，在模具課程教學過程中增加智能制造的相關(guān)理論及實踐內(nèi)容，可以提高學生的學習興趣。在教學過程中，教師可將學生按自身擅長和就業(yè)的意向分成協(xié)作組，將擅長不同技術(shù)的學生組成班組，以班組化的形式組織教學，使學生在學習中體驗工作角色扮演，溝通合作，共同完成工作任務，并適當予以獎勵。在教學過程中努力實現(xiàn)理論學習和實訓操作相結(jié)合、虛擬教學與實物相結(jié)合、學校學習與企業(yè)實踐相結(jié)合，有效提高教學效果和效率。具有活力的教學組織形式可以極大地提高學生的學習積極性。使學生在實踐過程中對理論知識進行整合及應用，形成較強的專業(yè)基礎(chǔ)技能、專業(yè)核心技能和專業(yè)素質(zhì)技能。

3.多元化考核模式

基于智能制造模具專業(yè)課程的考核可采取多種考核形式。考慮到教學知識的全面性，可采用部分卷面測試，對基礎(chǔ)理論部分以考卷形式考核。模擬生產(chǎn)過程的理論及實訓部分內(nèi)容還可以考慮采用分析討論、實際操作、完成工作任務單、形成分析報告的形式考核，并輔以圖紙、操作記錄等。基于智能制造模具專業(yè)課程考核需在教學過程中進行，改革以往以期末一張考卷定成績的模式，而是對模具專業(yè)課程的每個階段內(nèi)容進行實際應用性考核。每個階段所取得成績占學生總成績的一部分，合理分配分數(shù)占比。考核的內(nèi)容完全按照實際工作要求進行，選取典型真實的生產(chǎn)案例。通過多種考核形式的結(jié)合，重點突出實際應用性。通過鏈條組的教學過程及多元化考核形式可以進一步強化專業(yè)課程教學效果，并逐步形成合理實用的考核體系。

四、基于智能制造的模具專業(yè)課程的質(zhì)量控制

基于智能制造的模具專業(yè)課程教學實施的綜合性及實踐性都較強，為實現(xiàn)預期的培養(yǎng)目標，教學過程中需要綜合考慮多方面因素的作用。首先，要有專業(yè)化的教師團隊。教師團隊是構(gòu)成課程改革的關(guān)鍵因素，直接影響模具智能制造知識鏈條組中各環(huán)節(jié)任務的實現(xiàn)。教師團隊要具有研究性、實踐性和發(fā)展性特點。第二，建立模具智能制造綜合實訓室。學生在綜合實訓室能夠深刻認識專業(yè)知識技能在真實工作中的應用，體驗到模具實際生產(chǎn)過程，提高對知識技能的理解和掌握能力。第三，要認真組織好模具智能制造課程的教學實施。結(jié)合課程綜合性較強的特點，詳細設(shè)計任務實施步驟及內(nèi)容，最大程度面向企業(yè)實際應用。第四，加強對學生思想及紀律性的教育。教學大部分在生產(chǎn)現(xiàn)場，環(huán)境的改變可能使個別學生的注意力難以集中，或者學習態(tài)度有一些變化，但學生仍然是教學的主體，教師在教學過程中要迅速轉(zhuǎn)變學生的觀念，讓學生主動參與、積極學習。

五、小結(jié)

基于智能制造的模具專業(yè)課程按照模具企業(yè)的實際生產(chǎn)過程形成課程鏈條組，采用班組化教學形式并結(jié)合模具綜合實訓室，形成環(huán)環(huán)相扣的教學過程。將模具智能制造的專業(yè)知識學習與模具企業(yè)智能制造所需專業(yè)技能緊密結(jié)合，可提高學生對專業(yè)的認識及知識技能的應用能力。學生能夠系統(tǒng)、直接體驗實際生產(chǎn)過程，能有效地促進學生對知識技能的主動建構(gòu)。模具智能制造典型案例的引入及多元化考核形式的設(shè)計，能夠充分調(diào)動學生對專業(yè)課程的學習興趣及實際應用能力，可以使學生快速進入到能力生長的路徑。并通過完成簡單模具智能制造的生產(chǎn)全過程及勞動成果，形成專業(yè)知識鏈條的閉環(huán)，真正使“制造”成為“智造”的過程。

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（作者單位：無錫技師學院）