高校機械工程訓練中實施柔性制造實訓的探討

山東煙臺大學（工程實訓中心） 胡克強

1 前言

隨著相關的技術不斷迅猛發展，工業產業迎來了柔性制造新時代。柔性制造的最大特點是能夠根據客戶的需求快速調整生產線，實現規模化生產的同時，滿足客戶的個性化要求，因此對于相關從業人員的綜合素質要求極高，所以在高校中展開柔性制造的相關實訓，就成了現如今的剛需。本文將針對此項問題展開多維度的探討。

2 柔性制造實訓的特點與應用

2.1 柔性制造實訓的特點

柔性制造的特點是能夠根據任務的不同，通過調節加工傳輸和控制系統的方式實現小批量、自動化的生產，因此這項技術的一大特點就是具有模塊化、綜合化和可快速調整化。這項實訓課程需要相關的教職人員以及學生一起配合完成一個工業品從設計到出樣品的全流程，以整個生產流程的可調節性作為教學質量好壞的評判標準。

2.2 柔性制造實訓的應用

柔性制造實訓是由認知性實訓以及實操性實訓兩部分構成。在認知性實訓中，因為學生的個人能力與水平不足，所以一般都是通過老師來演講和教學，通過實踐性教學來進行，一般會借助一些展板、圖片、課件等配合實踐訓練。在認知性實訓中，操作過程的精準度并不重要，老師們需要讓學生明白各項操作的具體流程與規范，將用柔性制造系統實際加工零件展示給學生們，這樣有利于學生們了解操作過程，產生較為直觀的認識。因為需要滿足教學需求，需要老師選擇一些具有典型性和易操作性的流程工序。其次是在實操性實訓中，因為數控加工技術是機械工程中非常重要的一項課程，在教學中也常常作為獨立的教學項目來展開，所以在柔性制造系統的實操性實訓中，不需要重復數控機床編程和操作實訓，而只需要學生們能夠針對工業機器人進行手動的操作訓練，以及加強對工業機器人的編程練習。高校機械工程的柔性制造實訓是需要較長時間去調試和運行的，所以必須要高校能夠安排好足夠的課時，滿足實訓教學的主要需求。

3 在高校內開展柔性制造實訓的必要條件和方法

首先從整體來說，柔性制造這個概念是近些年來提出的一種新的機械加工和制造理念，對于如何理解和開展此項教學，各大高校都在摸索。實訓課程的設計各高校都有不同的區分和差異，要根據自身的特點來推行合理的教學方法，但總體不變的原則應該有以下3 點。

3.1 打破原有的單一專業教育模式

現在自動化加工系統中的控制和操作技術變得更加復雜，整個工業制造的環節當中，會涉及各類專業的學科，需要不同專業人才通力配合來完成。而柔性制造本身就具有高可調節性、高綜合性的特點，因此針對學生的教育，就需要打破原先的以專業課程為中心各這專業單打獨斗單獨授課的教學方法，讓學生不僅僅了解自身所學的專業知識，更要了解如何運用自己的專業知識和其他領域知識對接，自己所學的專業知識在整條工業生產線當中發揮著何種作用。首先讓學生對整條生產流程所需要經歷的環節和相關的溝通技巧有一定的了解，最后通過讓學生學習綜合的全套工業生產流程相關信息來提高學生的綜合素質，因此在開展實訓課程的時候，就需要讓不同專業的學生共同合作。以3～5 人的規模成立相關的實習小組。小組當中成員最好是來自不同專業的學生，并且讓他們嘗試共同協作完成后面的實習課程，以幫助他們打通自己的思維壁壘，形成整體化的思考方式。

3.2 設計出模塊化的實訓課程

學生學習相關知識應該由淺入深，由基礎到復雜，在進行實訓時，應該遵循這個原則。而整個柔性化制造教學實訓應該分為兩個階段。第1 階段是以基礎教學為中心，這一階段讓學生接觸某一特定的單獨的模塊。例如如何完成一個工作站的組裝操作和排除故障、維修等，讓學生能夠將所學的專業知識綜合應用，培養學生的動手能力、獨立思考能力及團隊精神。

而第2 階段就是要讓學生實際操作，從設計理論基礎到三維模型，最終到零部件加工到成品的全階段全工業流程，本階段的重點培養目標是讓學生完成一次從設計到實物模型的全流程。培養學生的思考能力，審美及想象力。同時在各個過程當中，讓學生組成不同的工作小組。自由組合和分配相關工作，并相互配合來完成整個流程，培養學生的綜合素質，尤其是溝通能力以及協調能力。

3.3 充分利用校企聯合資源

高效的機械工程，專業的特點就是貼近工業生產本身，因此要培養出學生的實際動手能力，除了通過學校本身的資源以外，還可以通過校外各種企業的資源來實現。可以組織學生參觀相關以及擁有柔性制造能力的企業，通過實際感受和體會，對柔性制造相關理念和實際操作方法有更深的認識。同時通過對實際工作現場的參觀，讓學生體會到一些原先無法感受到的內容，在大規模定制化生產過程中，會遇到各種技術要點和處理方法，這能夠幫助學生更好地適應未來的工作崗位，了解企業對相關人才的需求。在處理各種技術問題時，能夠更加具有合理性和及時性，提升學生的綜合競爭力。

3.4 教學方案的設置

機械工程包含多個專業，而如果每一個專業都用同一個教學方案的話則無法滿足教學需求，所以需要學校教務部門能夠根據教學要求和學科特點來設置教學方案，從而實現教學效果的最大化。一般來說，目前比較流行的柔性制造實訓的教學方案是將新教學過程分為兩種。第一種是認知型教學方案，也就是針對一些專業性不強的非機械工程專業的學生進行教學，所以在其教學安排上只需要設計一些專業性不強的內容即可。第二種是綜合性教學方案，這就是專門針對機械工程的學生所設置的教學內容。一般來說，其內容包括電子信息工程、材料成型及控制工程、工業機器人等一系列與機械相關的學科內容。

4 建設智能制造柔性生產線實訓室

為了使機械工程學生能夠貼合實際的發展需要，各學校應以“統籌規劃、強化特色、培育優勢”為原則，在基本教學體系的基礎上與智能技術相結合，建設好智能制造柔性生產實訓室。

4.1 智能制造柔性生產線實訓室的概念

智能制造柔性生產線實訓室需要包含過程控制、工業機器人技術儀表、系統辨識、故障診斷、工業機器人綜合訓練、機械手運動控制、分揀訓練系統、工業機器人技術、立體倉庫等一系列的子系統，是為了機械制造工程專業的學生能夠有效訓練，做好日常的培訓和畢業設計的專業基地。另外，該基地還能夠面向校內校外的科研項目開放，老師們可以在智能制造柔性生產線實訓室開展科研活動和科學研究，為高校科技創新提供新場所，甚至可以與高校合作企業合作開展科研項目。總之，智能制造柔性生產線實訓室的作用是巨大的，其所包含的性能也非常強大，完全可以滿足大學生日常學習和實踐需求，是一種能力綜合、設備先進、結構合理的綜合性的實踐教學基地。

4.2 智能制造柔性生產實訓室的建設要求

要想建設好智能制造柔性生產實訓室，首先要依照教學原則，以加強教學任務內容、加強教學資源、加強教學質量考核三大原則來進行建設過程。并且需要在一定的管理體系下做好管理工作，面對各項實驗與科研設施，要制定嚴格的檢查與維護制度；其次是在各項課程中的教學互動與教學體系建設。本文針對機械工程來說，在機械工程中，比如過程控制、電氣控制、工業機器人控制、變頻器應用等一系列主要課程的主要實訓都需要在智能制造柔性實訓室中進行，所以必須要加強基礎的建設。

4.3 系統介紹

智能制造柔性生產實訓基地是需要有非常先進的制造裝備和控制系統組成的，并且因為目前計算機信息化技術的大力推進與優化，在智能制造柔性生產實訓基地中還需要加入信息化管理系統，要做到制造設備、過程控制、軟件與物聯網等方面完美結合，使機械工程的教學任務能夠高效完成。在系統功能的設置上，需要保證智能制造柔性生產實訓基地具有PLC 控制、機器人控制、設備控制、工業現場分布式控制、監控系統控制等功能，做到全過程的自動化和智能化。

4.3 可實現的實訓內容

在基礎學習上，在智能制造柔性生產實訓基地需要實現氣動原理試驗、傳感器與檢測技術試驗、電機與電氣原理試驗、電工電子技術試驗、PLC 初始試驗、機器人及機器人示數器試驗、機器人編程軟件試驗、射頻識別技術試驗、智能視覺系統試驗、機器人維護維修試驗、機床維護維修試驗等。而在應用項目試驗上，可以實現對工業機器人平臺硬件的安裝與調試、示數器項目、機器人應用項目、電氣安裝與調試項目、光電光纖檢測傳感器項目等，本文不一一列舉。可以確定的是，在利用智能化技術建設柔性生產制造實訓室之后，無論是教學效果還是教學效率都會有非常大的改善，這也是目前柔性生產制造實驗室的重要發展趨勢。

5 結語

面對未來全球化的市場競爭，高新制造實訓目的是為能夠讓高校的學生在未來的國際化競爭當中占有先機，所以此項課程的開展還需要進一步探討和摸索，根據相關技術的變化和發展趨勢，不斷調整具體的授課內容和授課方法，適應相關技術發展趨勢的要求，為學生走上工作崗位之后更好地適應崗位需求提供助力。