新工科背景下工程訓練中心建設與實踐

盧小海，梅秋燕，羅瑞

（武昌首義學院，湖北武漢 430064）

教育部在2017年提出了新工科建設構想，隨后“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等陸續被提出，新工科建設雛形初現[1]，社會對人才的工程素養和專業技術能力提出了更高要求。由此，改革傳統的工程訓練，建設符合新工科專業發展的智能制造工程訓練中心，是推動學生工程技術綜合能力提高的重要舉措[2]。

1 工程訓練中心建設目的

工程訓練中心是大學素質教育與技能教育實踐的綜合性平臺，隨著科技和工業技術的發展、社會需求的新變化等，原有的“工程訓練”課程已無法滿足新時代的人才培養要求[3]。因此， 需要搭建起面向新時代、新工科、新教學的以數字化、網絡化為特色的工程訓練教育航線，改革現有工程訓練，補充以“智能制造”為核心的工程訓練課程[4-5]，構建由現代工業系統認知、專業技能訓練、跨學科綜合訓練和創新實踐組成的工程訓練能力培養體系；打造集教育教學、社會服務、“雙創”建設為一體的開放性、創新型、現代化的智能制造工程訓練中心，培養和提高學生工程素養、實踐能力和創新精神[6-7]。

2 智能制造工程訓練中心建設方案與實踐

2.1 以智能制造為核心，開展多層次工程實訓教學

智能制造工程訓練中心在原有的車、銑、鉆、刨、焊接、數控車銑、鑄造等傳統工程訓練的基礎上，結合虛擬仿真、AM、先進數控加工等前沿技術，運用理實一體化的教學手段，使學生建立智能制造的基本概念[8]，認知智能制造的基本構成與生產流程，掌握制造生產新模式和智能加工產品（個性化定制）智能制造的生產過程，培養學生質量、安全、效益、環境等系統的工程意識[9]。

目前武昌首義學院智能制造工程訓練中心的工程實訓教學已面向全校學生開展，因不同專業學生的學科基礎學況差異，制定了三個層次的工程實訓教學課程規劃（如圖1所示），實現了智能制造工程訓練的普適化教育。

圖1 多層次工程訓練課程規劃

2.2 規劃建設工程訓練資源，開展校企合作、產教融合

中心的實踐教學主要由兩大實訓模塊組成（如圖2所示），傳統的工程訓練包括車、銑、磨、鉗、數控車銑、線切割等冷加工工種和鑄造、焊接等熱加工工種，配有龍門銑、車床、銑床、磨床、加工中心、電焊機等設備。在智能制造工程訓練中心建設過程中，根據新工科專業人才培養方案的需要，配備了智能高速五軸加工中心、全景三維掃描儀、機器人焊接工作站、智能制造生產線、理實一體化平臺、機器人工作站、3D打印機等先進設備。同時，深度開展校企合作，成立了校企合作、產教融合教育學院，利用企業優質工程經驗和資源，將智能制造行業的先進技術以工程項目案例的形式轉化為工程訓練教學，使工程實訓教學緊跟智能制造行業發展步伐，持續優化，協同發展[10]。

圖2 智能制造工程訓練中心實踐結構組成

2.3 建設教學團隊

良好的工程訓練環境離不開優秀的教學團隊，中心積極引進社會行業中具有豐富工程實踐經驗的技術人才，憑借行業人員的專業特長，推動從工程項目案例到工程實訓教學項目的轉化[11-12]。近年來，陸續引進多名具有中、高級職稱的專業技術人才，優化了教學團隊結構。從企業引進的教師從事過產品設計、項目管理、技術改造、設備維護等產品全周期的實踐工作；高校專職教師擁有多年教育教學經驗，擅長學科技術的教學設計和教學管理。兩者融合，形成理論與實踐結合的教學團隊，有力推動傳統工程實訓項目到智能制造工程訓練的轉化（如圖3所示）。

圖3 推動傳統工程實訓項目到智能制造工程訓練的轉化

2.4 優化實踐教學模塊

傳統的工程訓練主要開展砂型鑄造，車、銑、焊、磨、刨等加工工藝和數控車、銑、加工中心快速成型等訓練項目。智能制造實訓模塊是按照“現代化設備+精細化生產+信息化管理+高效率安全”的構建理念，匯集高速多軸數控加工中心、工業機器人、數據信息采集管控等先進設備，結合數字化設計、智能化控制、高效加工、RFID數字信息等技術的綜合運用，開展工業互聯網、工業大數據、智能建造、智能制造生產線技術、3D打印快速成型等面向行業未來發展的工程實訓項目[13]。

2.4.1 智能制造產線及理實一體化實訓單元

智能制造生產線是以工業機器人本體為運載核心，將加工、檢測、采集、管控等設備集成為一體的智能硬件系統，直接模擬生產現場硬件環境，搭載高速多軸加工技術、工業物聯網技術等軟件。理實一體化是集成數字化產品設計和工藝規劃、加工過程監控、虛擬自動化等功能的虛擬仿真應用實訓平臺（如圖4所示）。

圖4 智能制造產線及理實一體化實訓課程

2.4.2 高速五軸數控加工及仿真實訓單元

智能高速五軸加工實訓開設有高速高精加工、多軸設備維護與維修等實訓項目，利用云數控服務平臺，讓學生掌握數據采集、狀態監控、效率分析、程序管理等功能的使用。并搭配虛擬仿真系統，開展產品設計、工藝分析、加工編程及仿真等實訓內容，通過虛實結合的教學方式，讓學生熟悉數字化產品設計與現代化生產制造流程，助力五軸數控技術方向應用型人才的培養。

2.4.3 工業機器人實操及裝調實訓單元

工業機器人實操及裝調實訓單元包括工業機器人基礎工作站、焊接工作站、工業機器人裝調平臺三個模塊。基礎教學工作站由工業機器人本體、搬運碼垛、曲面軌跡、檢測輸送等典型應用組件組成，開展工業機器人編程環境配置、動作編程、通信及信號處理、碼垛等項目的實訓。焊接工作站主要與《工業機器人弧焊技術應用》等課程相對應，通過弧焊機器人系統以及焊接外圍設備，對目標材料進行焊接；分析弧焊缺陷，了解弧焊典型應用，使學生掌握弧焊機器人的基本操作、焊接參數調整以及變位機協同等應用技能。工業機器人裝調平臺包含機械裝配與電氣裝調兩部分，包含PLC、繼電器控制系統、伺服系統等組件，以機械裝配及電氣裝調、故障排除及維修維護為重點，通過學習工業機器人機械結構和電氣系統控制原理，掌握機器人機械及電氣裝配工藝、機電聯調、故障排查等技能；讓學生從基礎結構和原理的層面掌握機器人核心部件的裝調維護方法[14]。

3 結語

適應社會行業發展變化的“人才供需”是應用型人才培養的出發點，在新工科背景下，實踐教學環境建設需積極應用前沿技術，在注重人才培養的技術價值、權重變化、多樣性結構的前提下，改革教學體系與內容，引入企業優質資源，優化工程訓練中心師資團隊，搭建基礎扎實、學科交融、實踐重心、特色鮮明的工程實訓教學體系，建設以智能制造技術為核心的工程訓練中心。同時，按照OBE的教學理念，以學生為中心，以產出為導向，培養高素質工程應用型人才，提高當代大學生工程素養和工程實踐能力。