基于智能制造專業技能實踐的教學改革

陳俊寰，徐 海

（河南職業技術學院，河南 鄭州 450046）

國務院印發《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰略，明確指出了智能制造是新一輪工業革命核心技術的論斷，確定了智能制造作為戰略實施的主攻方向[1-2]。在目前的職業教育中，全國范圍內的職業技能大賽受到全社會的關注，是中國職業教育名副其實的年度盛會[3-4]。而“弘揚工匠精神，助力智能制造”的智能制造大賽與中國當今產業布局相融合，與國家大力發展先進制造業，傳統行業的轉型升級賦能、走向制造強國的“中國制造2025”行動綱領相契合[5-6]。習總書記也在十九大報告中強調，要“建設知識型、技能型、創新型勞動者大軍，弘揚勞模精神和工匠精神，營造勞動光榮的社會風尚和精益求精的敬業風氣[7]”。

人才培養質量是高職教育的生命線，高職院校的教育教學改革一直在路上。本文立足智能制造大賽人才培養的經驗，從技能培養和思政教育2 方面闡述了智能制造專業教改方法。

1 技能培養

智能切削單元賽項要求選手同時掌握數控銑、數控車和機電一體化等多種技能，一方面技術比較前沿，比如智能制造控制軟件MES、西門子1200PLC 的靈活應用；另一方面涉及知識面、技能面更廣，包含工業機器人操作編程、PLC 編程、數控車床編程及加工、加工中心編程及加工、智能制造控制軟件MES 操作等。針對上述主要技能，其培養方法如下。

1.1 基礎技能的培養

西門子1200PLC 的基礎知識培養：指導教師按照如圖1 所示的方式進行指導，使選手熟練地掌握1200PLC 編程的基礎知識。首先系統性地串講1200PLC 數據類型、變量表、各種定時器、計數器、比較、數學函數、移位、字邏輯、程序控制等常用指令；然后指導教師出題測試，限時完成；最后，指導教師進行批改，分組討論，指出每個選手的薄弱環節，回顧知識點，重點突破。

圖1 PLC 基礎技能培養方法

對于基礎知識的培養方式用以下各個案例做詳細說明。

1.1.1 對數據類型基礎知識的教學與培養

首先，指導教師將PLC1200 常用的數據類型進行分類講解，數據類型可分為基本數據類型、復合數據類型和其他數據類型共3 大類。

就基本數據類型而言，包括位數據類型、整數和浮點型、字符型、定時器、日期和時間型。其中，位數據類型包括bool、byte、word、Dword、Lword 型，長度分別為1 位、8 位、16 位、32 位、32 位；整數數據類型包括有符號和無符號2 類，例如有符號的短整數、整數、雙整數、長整數；浮點型數據包括實數和長實數2 種類型；字符數據類型包括char 和wchar 這2 種類型，分別為8 和16 位；時間數據類型包括S5時間、時間和長時間3 種類型。

其次，重點講授基本數據類型的定義和對數據類型長度的理解。

最后，典型習題訓練。指出數據類型Dint#57、S5t#30s、59、C#60、p#M10.0 byte 5 的含義：Dint#57表示雙整數58；S5t#30s 表示S5 定時器預置值是30 s；59 表示整數59；C#60 表示計數器預置值是60；p#M10.0 byte 5 表示從MB10 開始的10 個字節的存儲位置，即MB10-MB19。

分組討論，總結易錯易混點。

依照上述方法分別講述符合數據類型的含義及其應用場景，重點培養學生學會使用其他數據類型中的指針類型和參數類型，Struct數據類型設置如圖2所示。

圖2 Struct 數據類型設置

1.1.2 對變量表的教學和培養

通過起跑停經典案例的形式介紹變量表的用途，順便引入變量表的定義和使用方法。如圖3 所示，以modbus 客戶端通信案例說明變量表如何使用。

以盈利為主的音樂活動，將音樂看作商品，按照工業化的標準再生產、儲存及分配并提供相應服務的一系列活動。[1]其主要分為唱片(專輯)音樂、數字音樂、演唱會音樂、其他四大類。

圖3 變量表

1.1.3 針對指令的教學與培養

以下以定時器指令為例，說明指令的教學與培養方式。

首先，通過列表比較的方式介紹PLC1200 的接通延時定時器、斷開延時定時器、脈沖定時器、脈沖保持定時器和保持型接通延時定時器。

其次，通過具體案例使學生掌握定時器的使用方法，具體案例如下。

使用接通延時定時器（SD）設計如下項目。

一個開光控制啟停，接通時交通信號燈啟動，斷開立即停止。

南北紅燈維持10 s，在南北紅燈亮起同時，東西綠燈也亮，并維持3 s，然后東西綠燈閃爍，2 s 后熄滅。此時，東西黃燈亮起，并維持5 s，到5 s 東西黃燈熄滅，東西紅燈亮起，同時南北紅燈滅，東西綠燈亮起。東西紅燈維持20 s，南北綠燈維持13 s，閃2 s 滅，黃燈亮5 s。然后，南北紅燈亮，東西綠燈亮。

以接通延時定時器的時序圖為提示點，啟發學生用SD 定時器編寫程序，如圖4 所示。

圖4 SD 定時器編寫

最后，指導教師講解一段南北燈控制的程序，學生通過聯系生活中的案例達到對定時器熟練掌握的效果。如圖5 所示為南北信號燈控制的t0 和t1 定時器的靈活應用。

圖5 南北紅燈控制的梯形圖程序

對于其他指令的學習，也是通過具體的實際案例啟發學生，使學生能夠熟練掌握每個指令并學以致用。機床功能開發的基礎知識培養流程如圖6 所示，指導教師立足機床功能，深入教授數控系統參數、強電控制與PLC 順序控制原理與技能，使學生熟練掌握數控系統的參數和強電控制原理。

圖6 機床功能開發基礎技能培養方法

1.2 實戰應用與提高

指導教師提出項目要求，學生分組分工完成以下內容：PLC 的選型，PLC 程序的編寫、仿真調試，電氣控制柜的布局，強電線路原理圖的繪制與連接調試，執行元件連接，PLC、強電線路、執行元件的聯合調試。

2 心理輔導

針對賽前在校訓練期間參賽選手容易出現的幾種心理現象[8]，如“高原現象”“瓦倫達效應”“心理飽和”等，協調校內專業的心理咨詢教師給選手做好心理疏通，心理咨詢導師和指導教師相互配合，根據選手的心理特點，因材施教，指定特定的訓練模式。

針對競賽入場前的參賽選手容易出現的賽場心理偏差，如焦慮，怯場，因環境陌生、他人旁觀或突遇意外性事件造成的應激式緊張等心理情況[9]。入場前的心理輔導顯得尤為重要，可配備專業的心理輔導團隊跟隨參賽隊伍，做到隨時隨地的心理輔導。

3 思政教育

“立德樹人”作為教育的目的和出發點，是思政教育的重中之重。職業技能大賽倡導下的高職教育，無論是平時教學，還是備賽訓練，都必須將思政教育融入其中。在智能制造大賽和專業教改中，應該向學生滲透“大國工匠”“技能強國”等內容。

4 預期的教改效果

解決了智能制造專業PLC 枯燥難學與實際脫鉤的問題。有些學校的PLC 實訓課程，PLC 程序的仿真主要是借助于PLCSⅠM 仿真器，僅能看到Ⅰ/O 等點位的基本變化，效果不直觀。借助于實際機床、實際電柜電路的組建，可以直觀體現出PLC 控制硬件的效果，增強了學生的興趣和成就感，以此可以開發、擴展針對PLC 實訓教學的新課題。

可在節約資源的基礎上，滿足教學需求和任務。基于技能大賽的設備，培養學生，合理利用了設備資源，既能滿足教學需求又能取得事倍功半的教學效果。

提升學生學習興趣，提高教學效果。利用真實的工業設備，使PLC 控制某一自動化系統的工藝過程，而不僅僅是仿真，這能使學生深刻領會控制現場的各種要求，提高了PLC 實訓課程的教學質量和效果，也加強了學生的實踐能力，點燃了學生的創造力，為培養高質量的專業技術技能人才提供了保證。

5 結論

實踐證明，通過以上2 個方面的訓練，培養了一大批品德高尚、技能扎實、心理素質過硬的智能制造專業技能人才，在2020 年全國技能大賽總決賽中獲得3 個一等獎、2 個二等獎的佳績。大賽獲獎選手也成為裝備制造業中亟需的技能骨干，成為了社會的“金藍領”。高職院校要歸納總結大賽選手的培養方法，與高職教育的技能人才培養方案相融合，提高智能制造專業教學效果，推動專業技能人才高質快速地發展，以期為“中國制造2025”培養一批高素質專業技能型人才。