基于傳統(tǒng)制造與先進(jìn)制造深度融合教學(xué)方案

郭巍

摘要：高等工科院校培養(yǎng)學(xué)生工程訓(xùn)練、工程素質(zhì)中，機(jī)械制造金工實(shí)習(xí)是非常重要的必修課。為此，必須要注重提高機(jī)械制造金工實(shí)習(xí)的效果。文中提出了基于傳統(tǒng)制造與先進(jìn)制造深度融合的教學(xué)方案，希望可以為進(jìn)一步提高金工實(shí)習(xí)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)管理水平提供借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造金工實(shí)習(xí);傳統(tǒng)制造;先進(jìn)制造

中圖分類號：F270;F425? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0251-03

0? 引言

機(jī)械制造金工實(shí)習(xí)是國內(nèi)高等工科院校培養(yǎng)學(xué)生工程訓(xùn)練、工程素質(zhì)的必修課。學(xué)生通過金屬工藝學(xué)理論課和實(shí)踐課的學(xué)習(xí)了解工業(yè)制造的歷史、應(yīng)用與工藝。整個課程要通過理論課程加實(shí)踐的學(xué)習(xí)并且通過最終的考核才能完成該課程。在教學(xué)過程中學(xué)生會學(xué)習(xí)到生產(chǎn)制造設(shè)備的操作方法以及典型零件的制造工藝。由于近些年高校招生的連續(xù)擴(kuò)招導(dǎo)致學(xué)生的數(shù)量急劇增加，從而致使部分課程被調(diào)整壓縮，所以機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程也必須進(jìn)行相應(yīng)的改革。原有金工實(shí)習(xí)單一工種的教學(xué)方式已經(jīng)不適用高等院校建設(shè)的發(fā)展步伐。“2019年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目對接會”于北京召開。教育部高教司司長吳巖作題為《融合發(fā)展 協(xié)同攻堅(jiān)——以產(chǎn)教融合推進(jìn)“質(zhì)量革命”》主旨報(bào)告，為深化產(chǎn)教融合，校企合作、協(xié)同育人，加快新工科、新醫(yī)療、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，推動高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密結(jié)合，打好“質(zhì)量革命”攻堅(jiān)戰(zhàn)帶來新思路。結(jié)合工程訓(xùn)練目前教學(xué)情況，針對學(xué)生反饋意見及反復(fù)調(diào)研，決定對現(xiàn)有普銑數(shù)銑融合的成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)大至金工教學(xué)的冷加工環(huán)節(jié)。本次深度融合包括機(jī)械加工（普通車床、數(shù)控車床、普通銑床、數(shù)控銑床，鉗工）、智能制造（檢測，智能產(chǎn)線全生命周期）。通過本次深度融合教學(xué)方案實(shí)施，重點(diǎn)提高金工實(shí)習(xí)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)管理水平，最終提升程訓(xùn)練中心整體教育教學(xué)質(zhì)量。

1? 現(xiàn)狀背景

金工實(shí)習(xí)是一門很重要的配套《金屬工藝學(xué)》課程的實(shí)踐類課程，是指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械冷加工及熱加工制造流程、熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)、了解生產(chǎn)管理流程的綜合實(shí)踐類教學(xué)課程，但隨著近些年數(shù)字化、信息化不斷融入制造業(yè)，以及涌現(xiàn)出新工藝、新技術(shù)的學(xué)習(xí)需求，金工實(shí)習(xí)基于傳統(tǒng)技術(shù)的教學(xué)理念及設(shè)備都呈現(xiàn)出老化落后的現(xiàn)象，不僅制約了實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容的改革和發(fā)展，同時也影響師資水平的提升。

機(jī)械冷加工的金工實(shí)習(xí)面臨的最大難題是沿用幾十年的課程體系與現(xiàn)代人才培養(yǎng)目標(biāo)的矛盾，主要體現(xiàn)在兩個方面：

①實(shí)習(xí)內(nèi)容的擴(kuò)充與教學(xué)時間壓縮的矛盾，在15年前，車工實(shí)習(xí)時間為8周（每周6個工作日），學(xué)生參與冷加工實(shí)習(xí)的科目僅為3大類（車削、銑磨鉗、數(shù)控加工），通過金工實(shí)習(xí)，學(xué)生對機(jī)械加工工藝及設(shè)備均能達(dá)到較好的操作熟練度，并能使用機(jī)床及檢測工具完成一般精度零件的加工與檢測。近幾年，隨著新設(shè)備及新工藝的不斷增加，各實(shí)驗(yàn)室采取的策略是用廣度換深度的辦法，將新技術(shù)新工藝開發(fā)成新的教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)充融入到實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)的知識和技能較十幾年前成倍的增加，而實(shí)習(xí)時間則被壓縮到不足4周（每周5個工作日），實(shí)習(xí)時間減少幅度超過50%，學(xué)生能熟悉主要機(jī)械加工工藝裝備的特點(diǎn)已屬不易，還要安排學(xué)習(xí)新增的環(huán)節(jié)，教學(xué)大綱上只能降低甚至取消了一些傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的教學(xué)環(huán)節(jié)，而新知識和新工藝也只是走馬觀花式的學(xué)習(xí)。

②新環(huán)節(jié)的開發(fā)往往采用在老課程體系的模式下做簡單的調(diào)整，缺乏系統(tǒng)性、邏輯性，舉例說明，中心19年建成精密檢測教學(xué)環(huán)節(jié)，建成后只是將其作為一個獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)，并未與相關(guān)實(shí)習(xí)緊密結(jié)合，這種教學(xué)方式產(chǎn)生了一種現(xiàn)象，學(xué)生在冷加工實(shí)習(xí)生產(chǎn)中學(xué)習(xí)常規(guī)的質(zhì)檢，又在智能制造實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中學(xué)一遍精密質(zhì)檢，目前的課程建設(shè)只是將新設(shè)備和簡單零件的加工開發(fā)成新實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，或者與傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行簡單的擴(kuò)充融入，導(dǎo)致許多傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)難以深入展開。

2? 新課改構(gòu)想設(shè)計(jì)

圍繞項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)理念，構(gòu)建涵蓋車、銑、鉗、測量、智能制造多工種的深度融合課程教學(xué)體系。將項(xiàng)目式任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式應(yīng)用于金工實(shí)習(xí)冷加工的全教學(xué)過程，尤其體現(xiàn)高度整合和高效團(tuán)隊(duì)合作的課程特征，課程創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下兩個方面：

①“產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)前沿科技”的多工種課程設(shè)計(jì)。

②通過金工實(shí)習(xí)項(xiàng)目提高學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝知識方面的綜合素養(yǎng)，拓寬學(xué)生學(xué)科技能、增強(qiáng)學(xué)生對工程設(shè)計(jì)的全面認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

課程采用小班化教學(xué)組織形式，金工實(shí)習(xí)暑期學(xué)生總量在2500人左右，2500人為A/B/C/D/E五大組，每組500人。冷、熱加工分別承擔(dān)250人的教學(xué)任務(wù)。課程構(gòu)想以冷加工為試點(diǎn)進(jìn)行推廣。

我們對符合多種工藝生產(chǎn)完成的產(chǎn)品進(jìn)行搜集、分析、整理，最終將開展課程目標(biāo)載體暫定為：復(fù)原達(dá)芬奇炮車。

由于炮車的結(jié)構(gòu)和各零件的外觀造型非常適合多工種加工工藝完成，所以選擇多工種聯(lián)合工藝作為本次傳統(tǒng)制造與先進(jìn)制造融合式工程訓(xùn)練試點(diǎn)。依據(jù)清華大學(xué)工程訓(xùn)練中心機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程3學(xué)分的教學(xué)要求，冷加工工藝學(xué)習(xí)所分配到的課程時間為56學(xué)時。在56學(xué)時內(nèi)學(xué)生要學(xué)習(xí)機(jī)械加工、工藝知識，并且設(shè)計(jì)制造投石機(jī)。在整個過程中學(xué)生要深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、機(jī)械設(shè)計(jì)、先進(jìn)數(shù)字化生產(chǎn)及其鉗工工藝。最終實(shí)現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的裝配，完成課程成果展示，進(jìn)行答辯。

3? 深度融合課改規(guī)劃

本課程參考炮車及構(gòu)成要素來創(chuàng)建學(xué)生團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)互相聯(lián)系，互為條件，互相作用，共同組織、協(xié)同項(xiàng)目最終實(shí)施。

250名個學(xué)生劃分成25個項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組，每組10名成員，每個項(xiàng)目小組以項(xiàng)目任務(wù)任務(wù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式完成一套炮車設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造，按照工種劃分組員，并且承接不同項(xiàng)目任務(wù)。

實(shí)踐學(xué)習(xí)將10名學(xué)員按5個工種劃分為5種角色，角色和人員分配分別為（見表1）：項(xiàng)目質(zhì)量檢測負(fù)責(zé)人1名，車工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師4名、銑工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師2名、鉗工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師。

每組的角色組成一個協(xié)同組，也就是由四個角項(xiàng)目色組成四個協(xié)同組（見表2），協(xié)同組內(nèi)互為條件，相互作用共同協(xié)作完成各自承擔(dān)的任務(wù)。

各項(xiàng)目角色功能職責(zé)：

項(xiàng)目質(zhì)量檢測負(fù)責(zé)人：主要負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)產(chǎn)品具體生產(chǎn)工藝，整合現(xiàn)有資源，利用現(xiàn)有的設(shè)備，以最合理，最有效，最經(jīng)濟(jì)的理念來安排產(chǎn)品生產(chǎn)工藝順序，并且制作產(chǎn)品生產(chǎn)過程工藝卡片。同時，作為戰(zhàn)略組的Team-leader，有必要掌握整個戰(zhàn)略組每一位成員的進(jìn)度情況和階段性心理思想活動。以便更好的管理整個團(tuán)隊(duì)，在不發(fā)生任何意外的前提下，有效的完成本次課程內(nèi)容和任務(wù)安排。

車工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師：主要負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)車工部分的外觀造型設(shè)計(jì)，使用CAD/CAM軟件完成產(chǎn)品造型的工程圖以及必要的數(shù)控程序;根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)產(chǎn)品造型和設(shè)定加工參數(shù);并且要與制造工程師進(jìn)行產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的文檔交接和設(shè)計(jì)說明。

銑工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師：主要學(xué)習(xí)普通銑床和數(shù)控銑床的基本操作，能夠按照工藝員工藝卡上的安排完成產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)制造;區(qū)分普通銑削工藝和數(shù)控銑削工藝，熟練掌握兩種制造工藝的基本原理和應(yīng)用方法;了解毛坯零件裝卡方式，刀具類型;與CAD/CAM工程師交流設(shè)計(jì)要求，獲取并上傳文檔程序;熟練掌握測量零件的幾種常用工具，如游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑千分尺、高度尺等。

鉗工CAD/CAM設(shè)計(jì)制造工程師：主要學(xué)習(xí)裝配相關(guān)知識，能夠?qū)⒏鞴しN零件進(jìn)行最終裝配。

課程時間安排如表3。

項(xiàng)目實(shí)施過程評價辦法如表4、表5。

項(xiàng)目制造零件圖如圖1所示。

項(xiàng)目零件整體裝配效果圖如圖2所示。

4? 結(jié)語

通過深度融合課程的實(shí)施，能使學(xué)生系統(tǒng)掌握產(chǎn)品的全生命周期，更懂得工藝文件的編寫、制定及項(xiàng)目實(shí)施過程中過程管控及精益管理。融合項(xiàng)目的實(shí)施凝練了高校實(shí)踐類課程的精華，以點(diǎn)蓋面輻射其他工種及實(shí)驗(yàn)室積極探索融合項(xiàng)目開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杰根斯工裝夾具產(chǎn)品目錄.

[2]吳明友.數(shù)控銑床實(shí)訓(xùn)教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]王桂林，林金朝，胡學(xué)剛.產(chǎn)教融合下新工科IC人才培養(yǎng)路徑探索[J].中國高校科技，2019（5）：41-45.

[4]趙國勇，董愛梅，趙彥俊，等.新工科背景下機(jī)械類本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)建設(shè)探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技，2019，18（7）：248-249.