新工科背景下高職本科數(shù)控機床與機械手集成課程教學設計與實施

方映

摘要：隨著智能制造的來臨，制造業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行，而數(shù)控機床與機械手集成，構(gòu)成獨立的自動化生產(chǎn)單元，是目前裝備技術改造的主要內(nèi)容。如何將數(shù)控技術專業(yè)的學生培養(yǎng)成為能從事數(shù)控機床與機械手聯(lián)機聯(lián)調(diào)集成的高技能人才，是高職院校的一個研究課題，該文闡述了高職本科數(shù)控技術專業(yè)的教學現(xiàn)狀、存在問題及數(shù)控機床與機械手集成課程的教學設計與實施情況。

關鍵詞：數(shù)控機床;機械手;集成;教學

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0088-02

隨著智能制造時代的到來以及工業(yè)自動化程度的提高，數(shù)控機床逐漸由一個獨立的加工設備變成智能制造的一個環(huán)節(jié)，而機械手作為智能制造的另一個環(huán)節(jié)，用來代替人完成零件加工上下料等重復、勞動強度大及精度要求高的動作。在這樣的形式下，能在生產(chǎn)第一線從事數(shù)控機床與機械手聯(lián)機聯(lián)調(diào)集成的高技能人才需求也大幅增加，數(shù)控機床與機械手集成作為人工智能的關鍵技術也是教育部推進的新工科計劃中重要內(nèi)容。

1數(shù)控技術專業(yè)教學現(xiàn)狀

為培養(yǎng)符合裝備制造企業(yè)需求的、基礎理論扎實的高素質(zhì)技術技能型人才，自2016年起，杭州職業(yè)技術學院聯(lián)合中國計量大學共同開展機械設計制造及其自動化專業(yè)（數(shù)控技術方向）四年制高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)試點工作。充分利用兩校的優(yōu)勢資源，并與全球第三大數(shù)控機床生產(chǎn)廠商友嘉實業(yè)集團、浙江西子航空工業(yè)有限公司等先進裝備制造業(yè)的主流企業(yè)深度合作，結(jié)合杭州區(qū)域主導產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，將人才培養(yǎng)目標定位于能從事數(shù)控機床智能化改造及數(shù)控機床與機械手集成的高素質(zhì)技術技能型人才。該培養(yǎng)目標區(qū)別于中職的機床操作類人才和普通本科的數(shù)控設備與系統(tǒng)研發(fā)類人才，致力于學生數(shù)控機床智能化改造、與機械手集成的培養(yǎng)。

經(jīng)過近幾年的校校合作和校企合作，數(shù)控專業(yè)在以下幾方面取得突出成果。

1.1構(gòu)建了數(shù)控技術人才培養(yǎng)新模式

要培養(yǎng)出能在生產(chǎn)第一線從事裝配、調(diào)試及對數(shù)控機床機械、電氣及軟體進行維修與技術改造，既能動腦又能動手的高素質(zhì)技術技能型人才，需要本科層次的寬廣知識面，又需要高職層次的高技能，學生不但熟練掌握數(shù)控機床的操作和裝調(diào)技能，還須掌握機械制造、電工電子技術、數(shù)控原理及系統(tǒng)、數(shù)控機床的故障診斷與維修、計算機控制技術、檢測傳感等方面的知識與技能。為此專業(yè)組開發(fā)了數(shù)控機床電氣組裝與調(diào)試、數(shù)控機床故障檢測與維修、檢測技術、數(shù)控機床PMC程序編制與調(diào)試等專業(yè)核心課程，目前數(shù)控技術專業(yè)高職四年制本科畢業(yè)生畢業(yè)時有數(shù)控車/銑高級工、數(shù)控機床裝調(diào)維修高級工職業(yè)技能，授予工學學士學位。

1.2創(chuàng)新了校企合作體制機制

依托校企共同體企業(yè)——友嘉實業(yè)集團，在理事會領導下的二級學院院長負責制下，推行專業(yè)負責人與車間主任、教師與師傅的對接聯(lián)系，校企共同制訂專業(yè)發(fā)展規(guī)劃，將數(shù)控裝調(diào)維修崗位職業(yè)標準融人人才培養(yǎng)方案，實現(xiàn)了與友嘉實業(yè)集團企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案和課程標準、共同組織實施教學和共同開展教學評價。

1.3建有國內(nèi)一流實訓基地

數(shù)控技術專業(yè)擁有國家級高技能人才實訓基地，依托該基地的現(xiàn)代機械制造中心、電工電子中心、友嘉機床培訓中心、友嘉數(shù)控機床裝調(diào)維修中心、數(shù)控精密加工中心、省數(shù)控加工與維修示范性實訓基地、省智能制造示范性實訓基地開展學生基本技能及專業(yè)技能的培養(yǎng)。實訓基地共有包括五軸加工中心在內(nèi)的數(shù)控設備419臺（套），總價值6822萬。在友嘉集團在杭的12家企業(yè)及西子航空工業(yè)有限公司內(nèi)建有多個“廠中校”，培養(yǎng)學生職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)。

1.4建有高水平的兼職教師隊伍

“校中廠”20位身份互認、角色互換的企業(yè)兼職教師，不僅承擔集團企業(yè)全國客戶數(shù)控機床培訓、數(shù)控機床的售后維修任務，還參與學生的數(shù)控機床加工及維修的實踐教學指導、課程教學及教材開發(fā)，不僅傳授最先進的數(shù)控加工及維修技能，更重要的是向?qū)W生們滲透著嚴謹?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)，縮小了畢業(yè)生就業(yè)與社會需求的差距，實現(xiàn)就業(yè)的無縫對接。

2數(shù)控技術專業(yè)教學存在的問題

經(jīng)過近幾年的建設和發(fā)展，數(shù)控機床裝調(diào)、維修、操作和技改能力的培養(yǎng)雖然取得了一定的成績。但隨著信息技術的快速發(fā)展，全智能時代已經(jīng)越來越近。專業(yè)空間不斷拓展和融合，數(shù)控技術專業(yè)也發(fā)生了根本性變革，正不斷地走向集成化、并行化。數(shù)控人才的技能儲備既要面向當前急需，又要考慮未來發(fā)展。這對數(shù)控專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量提出了更高的要求，教學工作還有很大的提升空間。

2.1課程設置跟不上企業(yè)對高素質(zhì)跨學科數(shù)控人才的需求

2019年2月至6月，杭州職業(yè)技術學院數(shù)控技術專業(yè)組教師對友嘉集團在杭企業(yè)、浙江西子航空工業(yè)有限公司、諸暨愛克圣蘭模具有限公司、杭州齊創(chuàng)機器人有限公司、杭州新松機器人有限公司、慈溪福德機械設備有限公司、寧波偉力機器人有限公司等企業(yè)調(diào)研獲悉，現(xiàn)代裝備制造企業(yè)迫切需要精通數(shù)控機床等被控對象，而又熟悉機械手的集成性人才，實現(xiàn)加工企業(yè)“機器換人”的改造愿景，進而為智能制造搭建實體設備、物理基礎。而目前的課程設置中，還沒與之相應的課程。

2.2數(shù)控裝調(diào)、維修、升級能力的培養(yǎng)單項性和企業(yè)數(shù)控裝調(diào)及研發(fā)崗位所需能力的綜合性不匹配

針對數(shù)控從業(yè)人員所需的各項技能，學校進行了有序的各技能單列實訓周的安排，但相互銜接不理想，致使相關技能與知識未能有機地融合在一起，教學不成體系，結(jié)合生產(chǎn)性的實踐少，綜合訓練缺乏，學生不能及時與應用對接，很難形成綜合應用能力。

3數(shù)控機床與機械手集成課程教學設計與實施

3.1重構(gòu)教學內(nèi)容，開發(fā)新形態(tài)教材

根據(jù)機床制造企業(yè)、機械手生產(chǎn)廠家、機械加工企業(yè)等企業(yè)的調(diào)研結(jié)果及教師下企業(yè)收集的工程素材，按照工作領域、工作任務和職業(yè)能力三個層級進行細化劃分。課程的教學內(nèi)容選擇與實踐過程直接相連的知識，核心內(nèi)容是實踐知識，為促進對實踐過程的理解，促進實踐能力的遷移以及創(chuàng)新性實踐能力的形成，將根據(jù)實踐的需要有選擇地系統(tǒng)學習部分理論知識。并以“以學生為中心、學習成果為導向、促進學生自主學習”思路進行活頁教材等新形態(tài)教材開發(fā)，并提供豐富、適用和引領創(chuàng)新作用的信息化課程資源，構(gòu)建深度學習的知識體系。

3.2創(chuàng)新教學組織，激發(fā)學生原動力

以智能制造實訓基地的數(shù)控機床和機械手為載體，采用協(xié)作教學、現(xiàn)場教學和分組教學來組織教學活動。由教師、友嘉企業(yè)駐校技師共同研究擬訂教學計劃，分工合作，使理論與實踐緊密交融，協(xié)力完成教學計劃。將學生每5人分為一組，小組內(nèi)部開展合作學習。基礎技能教學過程中，實施表單作業(yè)管理，時刻關注學生的學習動態(tài)。在課程的后期，學生通過基礎單元技能考核后，在教師的指導下，由學生自己決定學習成果和匯報形式，在自己設計、自己負責的單元活動中獲得有關的知識和能力，激發(fā)學生自主學習能力和創(chuàng)新能力。

3.3改革教學方法，強化技改技能

數(shù)控機床和機械手的集成課程性質(zhì)決定了教學方法的變化，采用現(xiàn)場教學、案例式教學、啟發(fā)式教學、小組討論等多種方法相結(jié)合。在開課初期采用企業(yè)現(xiàn)場教學，帶領學生深入企業(yè)，觀察小型自動化生產(chǎn)單元的運行狀態(tài)，研討工作邏輯，使抽象的問題直觀化，培養(yǎng)學生的學習興趣，明確學習目標;在講解數(shù)控機床與機械手信號連接問題時采用案例教學法，引入企業(yè)完成集成的生產(chǎn)單元為教學案例，以建立學生的工程概念;在PMC程序優(yōu)化模塊，采用啟發(fā)式教學法，結(jié)合冷卻、刀架的邏輯引導學生對PMC程序進行分析和優(yōu)化，以培養(yǎng)獨立分析和解決問題能力;在綜合聯(lián)機聯(lián)調(diào)環(huán)節(jié)采用小組討論式教學法，以提高學生的綜合素質(zhì)。

3.4延伸考核方法，增加企業(yè)元素

本課程的考核分成兩部分，一是基礎單元技能考核，依據(jù)表單作業(yè)管理和產(chǎn)品質(zhì)量標準，不再以試卷考核為主，而是按照工作任務的完成質(zhì)量，由企業(yè)師傅和專業(yè)教師聯(lián)合考核，考核點包括單元任務是否按期完成、工時、工藝合理性、生產(chǎn)說明書的編寫，以及合作態(tài)度、安全生產(chǎn)行為規(guī)范等內(nèi)容。二是“技術增強型”問題的考核，“技術增強型”問題可以是在現(xiàn)有的設備上完成工程技術的更新和優(yōu)化，企業(yè)師傅和專業(yè)教師根據(jù)其解決問題的能力、方案的創(chuàng)新性來評價。

4課程建設的成效

4.1解決了各實訓環(huán)節(jié)割裂無主線的現(xiàn)象

充分利用友嘉集團駐校的技師資源以及實訓基地的基礎設備，以雙師共育的教學模式，以數(shù)控機床和單機機械手聯(lián)機聯(lián)調(diào)為載體，開展學期項目教學，將維修電工、數(shù)控加工、夾具設計、液壓和氣壓、數(shù)控機床PMC程序設計、數(shù)控機床電氣組裝與調(diào)試、數(shù)控機床故障檢測與維修等多門課程的知識點和技能進行有效串聯(lián)和綜合應用。

4.2全面提升學生的綜合能力

數(shù)控機床和機械手的聯(lián)機聯(lián)調(diào)集成包括數(shù)控機床電氣改造、PMC程序的優(yōu)化、數(shù)控機床和機械手的信號傳輸、機械手程序編制、卡盤的改造、夾爪的設計、供料裝置的設計、氣動門的設計及安裝等。其中數(shù)控機床電氣改造、PMC程序的優(yōu)化和機械手程序編制不僅需要學生掌握設備的電氣控制原理和安裝技能，更加鍛煉學生的邏輯思維能力;卡盤的改造、夾爪的設計、供料裝置的設計和氣動門的設計需要掌握機械設計、機械制造工藝等基礎理論知識，還需要掌握數(shù)控車銑、線切割等數(shù)控機床的操作方法。通過本項目把機械和電氣的技能、加工和裝調(diào)的技能串聯(lián)起來，進一步提升了學生包括邏輯思維在內(nèi)的綜合能力。

4.3為高職本科院校同類專業(yè)課程開發(fā)提供有益借鑒

根據(jù)企業(yè)崗位的實際需要，通過職業(yè)能力分析等方法，對教學內(nèi)容進行整合優(yōu)化，實行課程綜合化，通過本項目的帶動，在人才培養(yǎng)模式、課程標準制定、教學方法改革、教學管理機制運行的成果對于同類專業(yè)的高職本科發(fā)展具有示范和借鑒作用。