智能制造背景下數(shù)控維修課程教學優(yōu)化

陳曉雨 張本松 楊晨

摘要： 在“中國制造2025”戰(zhàn)略背景下，我國智能裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展對從業(yè)人才需求所遇到的瓶頸。以高職院校《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程為載體，根據(jù)智能裝備發(fā)展過程中新技術應用的趨勢，從教學知識、教學設備、教學方式和教師能力四個方面分析了課程體系的問題。優(yōu)化了教學大綱的培養(yǎng)定位;精簡傳統(tǒng)教學內(nèi)容，增加新知識;整合實訓資源，提高設備利用率;采用團隊化教學方式，突出學生自我創(chuàng)新能力。教學實踐發(fā)現(xiàn)，新課程體系提高了學生的學習興趣和創(chuàng)新實踐能力，使學生就業(yè)時很好的與企業(yè)需求進行接軌，縮短了企業(yè)人才培養(yǎng)周期。

Abstract： In the context of the "Made in China 2025" strategy， the development of China's smart equipment industry encounters a bottleneck in the demand for practitioners. Taking the course "CNC Machine Fault Diagnosis and Maintenance" in higher vocational colleges as the carrier， according to the trend of new technology application in the development of intelligent equipment， the problems of the course system are analyzed from four aspects： teaching knowledge， teaching equipment， teaching methods and teacher ability. Optimize the training positioning of the syllabus; streamline traditional teaching content and increase new knowledge; integrate training resources and improve equipment utilization; use team teaching methods to highlight students' self-innovation ability. Teaching practice has found that the new curriculum system has improved students′ interest in learning and innovative and practical ability， so that students can better meet the needs of enterprises when they are employed， and shorten the period of enterprise talent training.

關鍵詞： 智能裝備;數(shù)控維修;課程體系;人才培養(yǎng)

Key words： intelligent equipment;numerical control maintenance;curriculum system;personnel training

中圖分類號：G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0240-02

0? 引言

如今智能制造已經(jīng)成為世界各國經(jīng)濟發(fā)展的新方向。智能制造作為新型的生產(chǎn)方式，融合了新一代信息通信技術與先進制造技術，貫穿于設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)。在智能化發(fā)展的大背景下，企業(yè)對傳統(tǒng)的數(shù)控機床提出了更多的要求，特別是現(xiàn)在新型傳感器以及智能APP等技術的產(chǎn)生，使數(shù)控機床能夠?qū)?shù)據(jù)的采集和管理更加及時，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的追溯。雖然智能制造產(chǎn)業(yè)得到了重視，但是發(fā)展中也存在問題，巨大的才人缺口;創(chuàng)新能力嚴重不足，使得行業(yè)整體水平與世界先進水平有較大的差距。隨著企業(yè)生產(chǎn)線的升級換代以及“數(shù)字化工廠”“無人工廠”的出現(xiàn)，傳統(tǒng)崗位中的“熟練工種”已被機器人所替代，而具備更強分析問題、解決問題能力以及具備“高精尖”能力的“工匠”需求旺盛，這也必將倒逼“高職教育升級”。針對這個問題，根據(jù)高職院校實際情況對《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程進行相應的優(yōu)化，添加新體系。選擇這個課程是因為從國家近兩年的技能賽項要求來看，基本是以數(shù)控機床維修為基礎向智能制造裝備升級方向發(fā)展。通過優(yōu)化使這個課程的教學目標和人才培養(yǎng)更加的貼合當今的智能裝備產(chǎn)業(yè)，能夠針對性的對高檔數(shù)控機床甚至集成智能數(shù)控加工裝備培養(yǎng)對口的人才。

1? 《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程教學存在的問題

1.1 教學缺乏新知識? 當前國內(nèi)大部分高校專業(yè)課程體系的設置與建設嚴重落后于產(chǎn)業(yè)需求，未能跟上科技進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的變化趨勢做出適時調(diào)整，高等教育人才培養(yǎng)體系主要側重于理論傳授與學術前沿探索，致力于培養(yǎng)各類學術型人才，工程教育長期以來處于弱化狀態(tài)，應用型人才教育未得到應有的重視，專才教育存在一定程度的缺失。現(xiàn)在的數(shù)控機床隨著視覺傳感器和再工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)具備了生產(chǎn)環(huán)節(jié)執(zhí)行者和監(jiān)控者的功能;添加上分析軟件和工業(yè)APP，數(shù)控機床將會成為生產(chǎn)執(zhí)行者—監(jiān)控者—管理者。智能數(shù)控機床實際上是傳統(tǒng)制造與信息技術的交叉學科，作為應用型人才培養(yǎng)方向的高職院校，我們的課程僅僅展現(xiàn)了機械、電氣等傳統(tǒng)制造領域的專業(yè)知識，內(nèi)容深奧且偏重于理論，實踐學時偏少。對于新技術的應用在我們的課程教學與實踐過程中很少涉及。

1.2 實訓設備缺乏新技術? 儀器設備是高校教學、科研活動的重要資源保障，儀器設備的保有量和使用率在一定程度上反映了高校的教育水平和科研水平。《數(shù)控機床故障診斷與維修》這門課內(nèi)容包涵機、電、液、氣、控制系統(tǒng)以及PLC和工業(yè)軟件等方面，涉及的知識面非常廣，但是課程實踐所需的設備開發(fā)比較少。以開發(fā)設備考核內(nèi)容較為傳統(tǒng)，對智能化技術設備應用檢測的考核更是空白。這樣的實訓設備完全跟不上現(xiàn)在智能制造產(chǎn)業(yè)對人才的需求，學生實踐應用方面缺乏更新，降低了企業(yè)對高校人才培養(yǎng)的期望值。

1.3 理實一體化教程不明顯? 通過實踐教學，培養(yǎng)學生的工程意識、實踐動手能力與創(chuàng)新能力;通過實踐教學，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神及表達能力、綜合應用學知識解決實際問題的能力;通過實際教學，培養(yǎng)與提高學生的綜合素質(zhì)，增強實際工作的適應能力。可見理實一體化教學方式對《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程的重要性。但是課程硬件和軟件開發(fā)的缺失使得課程很多的內(nèi)容特別是智能設備的使用內(nèi)容都無法通過實訓的方式來展現(xiàn)。教師大部分內(nèi)容靠傳統(tǒng)的教學方式來解決，這種過于偏理論的教學方式使學生很難提起學習興趣，學習效果也不佳。同時大部分高校實訓室的建設功能過于單一，也讓教師很難展開交叉學科的綜合實訓教學。

1.4 教師專業(yè)結構不全面? 新技術的發(fā)展使《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程開始多涉及到計算機和電子專業(yè)，這就對任課教師的專業(yè)知識提出了很高的挑戰(zhàn)。作為應用人才培養(yǎng)的高職院校，一線教師應該是“雙師型”教師，在有全面的理論知識基礎上還要熟悉企業(yè)的實際工作經(jīng)驗，特別是對企業(yè)新技術的運用要熟練。所以絕大多數(shù)高校在短期內(nèi)都很難解決師資專業(yè)知識掌握不全面的問題。那么授課教師能力的不足將直接導致教學效果不佳，學生學習質(zhì)量不高，培養(yǎng)的學生水平也不會太高。

2? 《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程體系優(yōu)化

2.1 教學大綱新思路? 首先教學大綱的制定一定要符合現(xiàn)代職業(yè)技能人才的需求。從了解到的數(shù)控技術應用人才的需求與層次出發(fā)，合理構建知識結構，因“需”施教，不斷優(yōu)化教學大綱，使其更好的貼近畢業(yè)生崗位需求。現(xiàn)在的教學大綱中對數(shù)控維修的知識點更新不及時，對學生的能力和素質(zhì)培養(yǎng)定位不準確。如今各大裝備生產(chǎn)廠家都在針對智能化技術制定新的生產(chǎn)標準。企業(yè)再也不需要那么多傳統(tǒng)的“3D工人”，轉而追求更好的高技能人才。2016年國家人力資源與社會保障部把數(shù)控維修工列入新職業(yè);2019年國家人力資源與社會保障部發(fā)布的新職業(yè)里包含了智能制造工程技術人員。這體現(xiàn)了國家對智能化產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的重視，是從國家層面為行業(yè)人才的選用與培養(yǎng)明確了方向。所以《數(shù)控機床故障診斷與維修》的教學大綱會以智能制造工程技術人員考核標準作為參考，將數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的新技術引入課程大綱，為實現(xiàn)智能制造領域?qū)I(yè)人才培養(yǎng)提供一個新的探索思路。

2.2 教學內(nèi)容的調(diào)整? 數(shù)控機床維修課程實踐教學改革的原則為經(jīng)過系統(tǒng)實踐練習，使學生由基本技能型向綜合型創(chuàng)新型發(fā)展，能綜合運用所學知識解決相關問題。而現(xiàn)在企業(yè)隨著智能化的發(fā)展，對車間技術人員有了新的定義，具備創(chuàng)新能力和設備調(diào)試能力的人才將會有很大的需求。同時機械制造領域傳統(tǒng)的冷熱加工，到新型的制造技術，再到先進的制造集成，工程訓練已逐漸向產(chǎn)品現(xiàn)代化制造各類技術拓展，不斷充實現(xiàn)代工程實踐內(nèi)容，反映現(xiàn)代制造工藝的全貌及前沿技術。所以要對我們的教學內(nèi)容進行調(diào)整，更加接近實際。我們把數(shù)控維修課程大致歸納六個模塊，分配比例如圖1所示。如今數(shù)控機床使用的機械和電氣類部件穩(wěn)定性大大提高，故障率逐步降低，因此保留大部分機床傳動系統(tǒng)的機械和電氣內(nèi)容，其它方面的內(nèi)容刪除或者講解不需要太深入。關于機床操作系統(tǒng)的課程內(nèi)容主要講解幾個廠商新開發(fā)的智能模塊內(nèi)容。在PLC環(huán)節(jié)我們增加了教學內(nèi)容，不僅僅對單個機床的PLC控制進行講解，還添加了PLC產(chǎn)線通信與調(diào)試，人機界面應用等相關內(nèi)容，更好的面向企業(yè)未來DNC的應用。MES的應用與通信模塊是新加入的，主要講解數(shù)控機床與上下料倉之間信息傳遞及智能加工的實現(xiàn);數(shù)控機床監(jiān)控創(chuàng)新模塊也是最新內(nèi)容，主要講解現(xiàn)在市場主流的一些傳感器和工業(yè)APP的功能，提升學生的創(chuàng)新思維以適應未來工作崗位中越來越高的創(chuàng)新要求。

2.3 實訓室的建設? 智能制造專業(yè)人才多元要素培養(yǎng)體系是指以能力培養(yǎng)、實踐創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)需求為目標，以培養(yǎng)學生的綜合能力為核心，依托多元項目驅(qū)動，產(chǎn)業(yè)協(xié)同等方式開展實踐探索。沒有完備的實訓室和實訓設備，數(shù)控維修的實踐教學過程終究只是“紙上談兵”。倘若以課堂理論教學為主，學生會很快因為聽不懂而失去學習興趣。所以我們把理實一體化教學方式的理論與實踐比例提高到1：1，直接把課堂內(nèi)容搬進了各個實訓室當中，實訓室建設的好壞直接關乎實踐教學水平的高低。針對數(shù)控維修課程不同的階段產(chǎn)生不同專業(yè)內(nèi)容的問題，在學院的大力支持下設立了課改小組，將不同專業(yè)管轄的實訓室資源進行整合，通過把電工教研室、機械教研室、數(shù)控教研室的部分實訓室聯(lián)系起來建立了數(shù)控維修綜合實訓平臺。這一模式突破了單一學科或?qū)I(yè)的實訓室建設，使實訓內(nèi)容更加豐富與全面。為了豐富實訓室功能在車間里建立了無線網(wǎng)絡覆蓋的多媒體教室;同時引入了MR仿真技術輔助教學。

2.4 教學方式的改進? 現(xiàn)在關于數(shù)控維修的課本里面實踐項目大多都是基礎類型，為輔助課程理論而出現(xiàn)。這樣的實訓項目弱化了學生的動手實操能力，對學生機床綜合分析能力和智能化方向的創(chuàng)新能力幫助有限。為此在教學方法上除了基礎類實訓，把綜合類實訓和創(chuàng)新拓展類實訓添加進來作為主體，并采用任務驅(qū)動法教學。綜合類實訓過程以技能培養(yǎng)為主，由淺入深，由單一到復雜，主要引導學生以所學的內(nèi)容去解決復雜問題的分析思路和方法。創(chuàng)新拓展類實訓以學生自主創(chuàng)新為目的，實訓的內(nèi)容更加符合智能制造發(fā)展的方向和新技術實際的運用，以此來檢驗學生對整門課程的掌握程度和機床創(chuàng)新改造的能力。這個實訓過程學生分組以課程設計形式展現(xiàn)，設計內(nèi)容自擬但要符合智能制造發(fā)展方向，可以是硬件的改造、軟件的開發(fā)、加工的優(yōu)化等等，參與到不同模塊教師的科研項目當中。

3? 結語

在智能裝備人才教育摸索階段，《數(shù)控機床故障診斷與維修》能夠很好的銜接智能裝備的一些新技術的運用，所以本課程人才培養(yǎng)的定位不僅僅是數(shù)控機床，而是向智能發(fā)展方向看齊。通過對傳統(tǒng)教學內(nèi)容的精簡和新技術內(nèi)容的添加，優(yōu)化相關專業(yè)成立綜合實訓室及團隊化教學，引導學生產(chǎn)生主動學習習慣和創(chuàng)新思維。技術在進步，教學的方式也在改變，我們的目的是培養(yǎng)學生成為合格的應用型人才，本次課程的優(yōu)化也是向著這個目的而進行的。同時也希望總結這次課程實踐改革的經(jīng)驗，為以后相關課程改革提供幫助。

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