基于PLM平臺下的數字化產品設計與智能制造教學模型構建研究

李曉茸 劉明璽

摘要：本文分析了高職機制類專業數字化產品教學模型的構建原則，機制類專業不同工作崗位知識能力的要求，通過虎鉗的三維建模、零件二維工程圖出圖、零件工藝設計、零件工藝卡片制定、零件加工程序編寫、零件仿真加工、零件實操加工、零件成品檢驗、虎鉗總裝工作任務，完成了基于PLM平臺下的數字化產品設計與智能制造教學模型的構建。

關鍵詞：教學模型;數字化產品設計;智能制造

中圖分類號：TP391.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0243-02

0? 引言

基于PLM平臺進行機械制造類專業數字化產品的設計和智能制造時，需要結合國務院印發的《國家職業教育改革實施方案》即“職教二十條”中的相關要求，并結合制造類專業學生職業能力要求，結合國家職業資格能力要求以及行業企業標準，在確定崗位職業能力的前提下，將職業能力轉化為教學環節知識點，再依據相關理論知識及實操動手能力點和考核點來構建產品模型，產品模型的設計涵蓋了產品設計工程師、零件加工工藝設計師、數控機床零件加工程序設計師、數控機床操作技師、產品檢驗工程師、產品生產工裝設計師等崗位的知識點，教學應用中學生可以體驗多個崗位的扮演學習?；谏鲜鏊悸?，本文完成了基于PLM平臺下的數字化產品設計與智能制造教學模型構建。

1? 高職機制類專業數字化產品教學模型的構建原則

首先，在數字化產品教學模型中充分融入專業知識技能點，并通過模型的構建及新模型重建，使學生能夠承擔不同崗位角色，如產品設計工程師、零件加工工藝設計師、數控機床零件加工程序設計師、數控機床操作技師、產品檢驗工程師、產品生產工裝設計師等崗位知識點相關知識的學習，完成某個崗位的學習之后，可以進行角色轉變，再次扮演新的崗位角色，繼續進行相關知識學習，所有崗位扮演學習完成后，學生能夠全面了解制造類專業不同崗位，不同角色應具有的職業能力，每個崗位應該掌握的理論及實踐知識。其次，數字化產品教學模型構建還應融入現代制造理念，不斷采用新技術、新工藝、新的生產管理技術，立足學校，聯合企業，產教融合，把企業與學校有機的聯合在一起，能夠緊跟國家戰略規劃，服務地方經濟，充分發揮教育服務于國家經濟發展的需求。再次，通過研教結合，一方面學生可以參與到研發活動之中，從簡到難，逐步增加模型難度，循序漸進，提升學生專業能力，學習結束，教師總結，確保學生能夠全面了解機械制造數字化產品形成過程，并根據自己在整個數字化產品模型構建中不同角色的學習實踐，明確自己的興趣愛好，從而確定自己今后的職業努力方向，最大限度發揮自己的能力所長，為更好適應未來職業發展需要打下良好的基礎。

2? 不同工作崗位知識能力要求分析

產品設計工程師知識能力要求，產品設計工程師首先要掌握機械原理、機械零件、工程力學、機械制圖、機械制造工藝基礎、計算機輔助設計軟件的相關知識，能根據工程要求對所需要設計的產品進行原理設計，根據原理設計再進行產品結構設計，產品主要零件工程力學分析。

零件加工工藝設計師知識能力要求，首先要能夠對產品工程師設計的產品進行工藝制造性能審核，及時提出產品制造工藝工藝性是否合理及制造成本控制要求，并能夠根據企業設備情況確定產品工藝實施的可能性，并反復試驗，確定最佳的工藝方案。該崗位需要掌握的知識除了工藝加工方面的知識外，還需要學習機械制圖、機械制造工藝基礎、計算機輔助制造軟件的相關知識。

數控機床零件加工程序設計師知識能力要求、根據產品工藝設計要求，按照零件加工工藝要求編寫產品零件加工數控機床應用程序，通過模擬加工、零件試切加工驗證程序，并通過程序驗證過程，合理優化程序，直至產品零件加工定型。該崗位應具備機床類型及規格選擇、刀具切削用量選擇、工藝路線擬定的能力、加工順序確定的能力，具有數控機床操作的基本技能。該崗位還需要學習機械制圖、機械制造工藝基礎、計算機輔助制造軟件的相關知識。

數控機床操作技師知識能力要求、該崗位要求從業者必須具有四級及以上職業資格，能夠操作不同系統數控車床、銑床、加工中心的能力，能夠對數控機床進行必要的維護及維修能力，掌握機械制圖、數控機床手工編程知識，能夠根據機床類型編輯處理機床加工中程序存在的簡單問題。

產品檢驗工程師知識能力要求、該崗位要求從業者應該掌握機械制圖、國家標準等相關知識，能正確識圖，掌握公差配合相關知識及國家標準，能夠根據產品設計工程圖要求正確檢驗產品零件，能夠根據產品總裝圖正確掌握產品零件檢驗過程中殘次品的甄別遴選。

3? PLM平臺功能

PLM軟件是CAXA公司開發的一款生產協同管理軟件，該管理軟件可以對企業生產全過程進行控制管理，在此平臺上，一款新產品從產品設計前的調研、設計方案的論證、產品原理結構設計、產品零件力學分析、產品制造、工藝管理、生產管理、售后服務等各個環節進行數字化管理，可以實現產品的數字化設計和數字化管理。

PLM協同管理軟件對應于不同的管理模塊以及完成某個模塊的相應工作都需要不同工種的相關技術人員來完成，完成各模塊相應的工作，也就是學生走向工作崗位時未來可以從事的職業，能否完成以及完成各功能模塊所要求的相關工作也是檢驗學生在校學習情況的重要手段，依據平臺模塊使用運行要求可以設計不同角色扮演者工作任務及理論實踐知識學習點。

4? 數字化產品教學模型的構建

結合制造類專業學生職業能力要求，結合國家職業資格能力要求以及行業企業標準，考慮到教學環節知識點及實操動手能力點進行數字化產品教學模型的構建。本文設計了一款常用夾具十字平口虎鉗，其三維模型如圖1所示。通過該虎鉗的三維建模、零件二維工程圖出圖、零件工藝設計、零件工藝卡片制定、零件加工程序編寫、零件仿真加工、零件實操加工、零件成品檢驗、虎鉗總裝等環節的訓練，使學生充當了產品設計工程師、零件加工工藝設計師、數控機床零件加工程序設計師、數控機床操作技師、產品檢驗工程師、產品生產工裝設計師等崗位的角色扮演。在角色的扮演過程中，學生可以提出創新的設計思路，可以融入現代企業的新技術、新工藝以提升自己的專業技能。三維建模完成之后需要進行虎鉗裝配圖繪制，如圖2所示。

對虎鉗各個零件的零件圖進行繪制，并完成相應工藝卡片的編制。本環節需要完成的零件有底板、長絲杠定位板、長軌道、長軌扣板、驅動板、虎鉗定口、虎鉗動口、上軌扣板、絲杠固定板、帶槽圓螺母、長絲杠和旋轉杠桿。最后完成刀具卡片的填寫。

完成虎鉗各個零件的零件圖繪制和相應工藝卡片的編制之后，就要進行零件程序的編寫，并進行仿真加工，圖3所示為底板仿真視頻。

最后是零件的實操加工和檢測，學生依次完成底板、長絲杠定位板、長軌道、長軌扣板、驅動板、虎鉗定口、虎鉗動口、上軌扣板、絲杠固定板、帶槽圓螺母、長絲杠和旋轉杠桿的實操加工，并進行裝配工作。

5? 結語

通過虎鉗的三維建模、零件二維工程圖出圖、零件工藝設計、零件工藝卡片制定、零件加工程序編寫、零件仿真加工、零件實操加工、零件成品檢驗、虎鉗總裝等環節的訓練，使學生充當了產品設計工程師、零件加工工藝設計師、數控機床零件加工程序設計師、數控機床操作技師、產品檢驗工程師、產品生產工裝設計師等崗位的角色扮演。并基于PLM平臺實現了產品的數字化設計和數字化管理，訓練了學生的綜合能力，實現學校學習和企業上崗零過渡。

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