智能制造CAD數(shù)字化課程框架建設(shè)

趙建平，王 力，楊 敏，馬竹樵，費(fèi)葉琦

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，制造業(yè)已向智能制造轉(zhuǎn)型升級，從《中國制造2025》《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》文件看出，集專業(yè)知識及業(yè)務(wù)、管理、信息化于一體的復(fù)合性技術(shù)技能人才供不應(yīng)求[1-3]。2019年4月至2021年3月，人力資源社會保障部聯(lián)合市場監(jiān)管總局、國家統(tǒng)計局先后向社會共發(fā)布了56個新職業(yè)中，智能制造工程技術(shù)人員、大數(shù)據(jù)工程技術(shù)人員以及區(qū)塊鏈工程技術(shù)人員國家職業(yè)技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)的頒布，說明了新工業(yè)革命背景下亟須加快智能制造裝備發(fā)展，加強(qiáng)關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，推動重點(diǎn)領(lǐng)域智能轉(zhuǎn)型，打造智能制造人才隊伍。通過人機(jī)智能交互、智能制造、工業(yè)機(jī)器人及智能物流管理等技術(shù)，促進(jìn)生產(chǎn)過程的智能化、信息化、自動化與智能化發(fā)展[4-5]。

目前，國家對智能制造工程的本質(zhì)、涵義及發(fā)展方向已作了明確的闡述，各高校、研究所及社會企業(yè)圍繞上述內(nèi)容展開了大量的研究，取得了顯著成果，但在智能制造技術(shù)框架搭建、課程體系以及數(shù)字化課程方面還處在初步研究階段[2，6]。因此，圍繞智能制造人才社會需求，結(jié)合學(xué)校智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)定位，搭建基于數(shù)字化設(shè)計與制造的CAD數(shù)字化課程群，不斷完善智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，為智能制造工程技術(shù)人員奠定專業(yè)知識基礎(chǔ)。

1 智能制造技術(shù)框架構(gòu)建

智能制造需要將各種技術(shù)綜合運(yùn)用起來，涉及信息傳輸與物理生產(chǎn)等多個生產(chǎn)領(lǐng)域，包括研發(fā)、制造、服務(wù)、管理等，因此從智能制造共性技術(shù)出發(fā)，建立智能制造技術(shù)框架圖，如圖1所示。

圖1 智能制造技術(shù)框架

創(chuàng)新研發(fā)面向智能產(chǎn)品，設(shè)計方法引用了模塊化設(shè)計、輕量化設(shè)計、綠色設(shè)計、系統(tǒng)工程等現(xiàn)代設(shè)計方法，設(shè)計技術(shù)包含了CAD/CAM/CAE、三維數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化協(xié)同設(shè)計及仿真、逆向工程等內(nèi)容。智能設(shè)計是提高創(chuàng)新研發(fā)核心競爭力，是智能制造工程的重要組成部分。

卓越制造面向制造頂端，是智能制造工程前沿主流制造技術(shù)的集合，是將研發(fā)、工藝、生產(chǎn)的橫向集成和企業(yè)、車間、設(shè)計的縱向集成，包含了增材制造技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控加工及先進(jìn)裝備裝配技術(shù)等。引用了模塊化工藝、定制化大批量生產(chǎn)、并行工程等先進(jìn)制造方法，采用了數(shù)字化、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建工藝規(guī)劃、工廠規(guī)劃等集成管控環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效快速生產(chǎn)，并降低運(yùn)營成本。智能制造技術(shù)是智能制造工程的直接推動者與智能技術(shù)的體現(xiàn)。

敏捷服務(wù)面向智能產(chǎn)品運(yùn)營，引用信息物理系統(tǒng)、傳感器與檢測、智能物流技術(shù)，采用數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建敏捷服務(wù)規(guī)劃及運(yùn)營環(huán)境，形成規(guī)劃、運(yùn)營、優(yōu)化的互聯(lián)閉環(huán)服務(wù)體系。智能信息是車間物流與現(xiàn)場生產(chǎn)信息的承載者與推送者。

智慧管理面向企業(yè)戰(zhàn)略運(yùn)營及管理層，主要包括全生命周期管理、PDM/ERP/MRP/MES系統(tǒng)，采用數(shù)字化、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)大數(shù)據(jù)互聯(lián)及分析中心，以此為基礎(chǔ)，支持戰(zhàn)略運(yùn)營管理及技術(shù)管理，提高企業(yè)管理的精細(xì)化、智能化水平。制造管理技術(shù)是企業(yè)組織生產(chǎn)、調(diào)度生產(chǎn)資源的重要依據(jù)和工具[4]。

智能制造是機(jī)械工程自動化、生產(chǎn)管理及物流技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)及信息通信技術(shù)等多技術(shù)交叉融合形成的技術(shù)體系，這對智能制造新型復(fù)合人才的培養(yǎng)提出了具體的培養(yǎng)目標(biāo)及方向。

2 智能制造技術(shù)課程體系建設(shè)

根據(jù)智能制造技術(shù)框架，結(jié)合當(dāng)今社會企業(yè)發(fā)展需求，確定智能制造工程培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)具有寬厚的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基礎(chǔ)理論，具有較強(qiáng)的社會責(zé)任感、端正的職業(yè)道德、良好的人文素養(yǎng)，掌握機(jī)械、智能控制、信息等多學(xué)科交叉融合專業(yè)知識，具備智能制造系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用、管理和創(chuàng)新能力，以及獲取信息、分析解決工程技術(shù)問題的能力，在智能制造工程領(lǐng)域從事智能產(chǎn)品和裝備設(shè)計，生產(chǎn)線的研發(fā)，智能系統(tǒng)運(yùn)行管理，智能裝備裝調(diào)、制造、運(yùn)營維護(hù)和技術(shù)服務(wù)管理的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

基于人才培養(yǎng)目標(biāo)，智能制造需要工程人員具備多個制造領(lǐng)域的先進(jìn)知識與維護(hù)運(yùn)營智能制造系統(tǒng)的綜合管理能力。結(jié)合應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn)，從智能設(shè)計、智能制造、智能信息及智能管理4個方面的技術(shù)要素，提出智能制造應(yīng)用型本科課程內(nèi)容[7]。

智能設(shè)計培養(yǎng)目標(biāo)：能夠具備一定的設(shè)計能力，包括設(shè)計軟件的使用與主流設(shè)計方法的了解與運(yùn)用；同時能采用科學(xué)方法對智能工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實(shí)驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。主干課程：工程圖形學(xué)、機(jī)械制圖、工程力學(xué)、數(shù)字化設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、現(xiàn)代設(shè)計方法、機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、數(shù)字化仿真、有限元分析方法與應(yīng)用及逆向工程。

智能制造培養(yǎng)目標(biāo)：能夠掌握高端工藝裝備的基本原理與操作方法。能夠綜合考慮材料成本、機(jī)械加工可行性和實(shí)際應(yīng)用場合，提質(zhì)增效，提高運(yùn)營及生產(chǎn)效率。主干課程：機(jī)械工程材料、智能制造技術(shù)、智能檢測與傳感技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用、智能機(jī)電傳動控制、數(shù)字化制造（數(shù)控加工等）。

智能信息培養(yǎng)目標(biāo)：能夠掌握生產(chǎn)車間或生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的物料物流信息的傳遞、表達(dá)與監(jiān)控等信息技術(shù)，以便快速響應(yīng)客戶需求。主干課程：通信原理、人工智能、機(jī)器視覺、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用、智能檢測與傳感技術(shù)。

智能管理培養(yǎng)目標(biāo)：能夠掌握企業(yè)管理、生產(chǎn)計劃調(diào)度、物資需求計劃、產(chǎn)品及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲與查詢等方面的知識與技術(shù)能。從工業(yè)大數(shù)據(jù)中對運(yùn)營過程進(jìn)行分析，幫助管理者從已知現(xiàn)象分析問題本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)從已知推斷未知的智慧決策。主干課程：質(zhì)量與可靠性工程、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析、智能制造生產(chǎn)管理（ERP/MRP/PDM/MES系統(tǒng)）。

技能實(shí)踐是對理論習(xí)的進(jìn)一步鞏固，在理論課的基礎(chǔ)上配套一些課內(nèi)實(shí)習(xí)或集中實(shí)踐加強(qiáng)對智能制造的認(rèn)知及動手能力。若干實(shí)踐課程：機(jī)器視覺技術(shù)及應(yīng)用、智能機(jī)器人控制及應(yīng)用、智能控制課程設(shè)計、數(shù)字信號處理、數(shù)字化制造與仿真、3D打印技術(shù)、系統(tǒng)建模仿真（車間采購、下料計劃、規(guī)劃生產(chǎn)等）。

3 智能制造CAD數(shù)字化課程建設(shè)

在課程設(shè)置的同時，為提高課程的數(shù)字化程度，在課程里融入了相應(yīng)的CAD設(shè)計軟件及仿真分析軟件，如圖2所示。

圖2 CAD數(shù)字化課程

從CAD數(shù)字化課程可以看出，智能設(shè)計課程的數(shù)字化課程較多，且大部分基于CAXA軟件平臺。CAXA 3D實(shí)體設(shè)計是集創(chuàng)新設(shè)計、工程設(shè)計、協(xié)同設(shè)計于一體的新一代3D CAD平臺解決方案。具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，易學(xué)易用，穩(wěn)定高效，性能優(yōu)越。它提供三維數(shù)字化方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、分析驗證、專業(yè)工程圖等完整功能，可以滿足產(chǎn)品開發(fā)和定義流程中各個方面的需求。

4 結(jié)語

在制造業(yè)向智能制造方向轉(zhuǎn)型發(fā)展的歷史條件下，使智能制造工程呈現(xiàn)多學(xué)科交叉和融合，在設(shè)計、制造、信息及管理各方面都提出了更高的要求。通過分析智能制造需要的各種技術(shù)，建立了智能制造技術(shù)框架。根據(jù)該框架和當(dāng)今社會企業(yè)的需求，確定了智能制造工程培養(yǎng)目標(biāo)以及智能制造應(yīng)用型人才需掌握的基礎(chǔ)技術(shù)，并構(gòu)建了課程體系。在課程設(shè)置同時融入了相應(yīng)的CAD數(shù)字化設(shè)計軟件，形成了相應(yīng)的課程群，在一定程度上提高了學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力，為智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化社會需求打下了堅實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。