应用型本科智能制造课程融合教学应用研究_黄雪琪.pdf

造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 轻工人才221应用型本科智能制造课程融合教学应用研究*黄雪琪，崔俊涛兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730021摘要：文章在对智能制造课程融合实践教学案例的探索过程中，以曲柄滑块机构和正六棱柱的设计加工为例，深度融合机械原理设计、软件建模编程、3D 打印技术和多轴数控加工等相关课程，在教学工作中进一步落实理论与实践相结合的模式，通过优化改进教学内容，加强了制造类课程间的联系，激发了学生的创新性思维，锻炼了学生学以致用的能力，充分发挥了制造类课程的实践作用，极大地突破了制造类课程教学的局限性，为应用型本科教育提供了新的思路。关键词：智能制造；课程融合；人才培养；理论与实践；模拟仿真分类号：TH-4；G641随着智能制造行业最新技术的发展，涌现出越来越多的先进技术理念，也出现了许多新的技术难题。在智能制造领域，只有不断优化创新，培养兼具实用性和创新性的人才，才能更快更好地发展智能制造行业。作为制造专业教师，应该秉持严谨认真的态度和创新实干的精神对专业课程教学进行挖掘拓展，通过了解当下制造类企业的发展需求，进一步完善对应用型本科职业教育的探索1。人才是智能制造行业发展的关键，要重点培养学生分析问题、解决问题的实践能力2。这就需要教师基于新时代对人才培养的需求，紧跟先进制造技术的发展方向，不断学习更新充实自身的知识储备，立足当下、放眼未来，培养能从事生产制造活动、能创造实际社会价值的应用型人才。现有的应用型本科智能制造课程单一的教学模式在培养学生实践能力和知识应用能力方面较为欠缺，因此开发智能制造专业多课程融合教学很有必要。通过更新现有的学习内容，深化数字化教学应用虚拟仿真软件，实现课程教学与制造业发展相互促进，相辅相成，探究出更好地服务于企业与社会的教学内容尤为重要3。1 智能制造课程融合教学的探索目前，在对智能制造相关课程理论与实践相结合的融合教学探索中，以企业实际制造项目为导向驱动学生更好地将所学内容与未来岗位工作相衔接，已经有了比较成熟的课程案例（见图 1），并取得了良好的教学效果。Pro/E机构理论运动副分析机构测量薄层切片数据传送驱动打印SketchUpCAD工程图装配图机构类型机构测量强度硬度校核CAXAUG面板操作对刀操作自动加工机械原理绘图软件3D 打印技术数控加工建模软件智能制造课程融合教学案例思维导图机械设计案例二案例一机构尺寸国家标准建模仿真后处理Solidworks图 1 智能制造课程融合教学智能制造课程融合教学案例一是对机械原理课程中典型机械机构的教学探索。首先，结合 Auto CAD、Pro/E 等绘图软件，设计绘制机械结构的零件图。将绘制好的零件图应用到 3D 打印技术中，将实物制造出来，再逆向改进设计，进一步提高机械作图与设计加工的水平。这使原有停留在书本上的知识变成实实在在可观、可感的实践过程。在这一过程中，一方面，学生能够将不同课程的知识融会贯通；另一方面，学生可以基于 3D 打印技术个性化的生产特点，进一步将所学转化为满足不同制造企业对产品的生产需求，创造一定的经济效益，实现对所学理论知识的活学活用4。智能制造课程融合教学案例二是通过传授机械设计零件的相关知识，结合企业产品的订单需求，引导学生设计出符合国家标准的零件，然后通过 UG、CAXA 等建模软件，模拟产品的加工路径，提前规划文章编号：2096-3092（2023）01-0221-03*基金项目：2023 年甘肃省高校教师创新基金项目“基于大数据和人工智能的生活垃圾分拣自动化装置研发”（2023B-298）；2022 年校级职业教育教学改革项目“职业类型教育背景下职业本科 活页 教材资源建设与开发”（JG22B14）作者简介：黄雪琪，女，本科，讲师，研究方向为机械设计制造及其自动化。轻工人才 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料222好加工工艺，通过后处理等方式仿真加工过程，检验碰撞位置，提前优化修改加工程序，规避制造过程中可能发生的碰撞，减少加工失误，进一步提高工作效率；最后，将优化好的数控程序导入多轴数控加工中心，在原本设计好的零件图基础上，指导学生操作数控机床完成实物加工。在这一过程中，一方面，可以将智能制造多门课程的知识吸收重组，形成自身的知识体系；另一方面，能够提高产品的生产效率，减轻人工强度并且满足连续加工的目的5。通过对这两种智能制造课程融合教学案例的探索，实现了课程的优化重组，使学生更加高效、全面地学习各种抽象的机械原理和制造知识，构建理论与实践一体化教学的模式，进一步提高学生自主思考、解决问题、实践创新的能力。其中，第一种是基于理论学习设计产品，第二种是基于产品需求完成实物加工，这两个案例对学生的专业技能的实践应用都有极大的提升。2 智能制造课程融合教学案例实施过程2.1 智能制造课程融合教学案例探索成果 以典型曲柄滑块机构为例以典型曲柄滑块机构为例（见图 2），智能制造课程融合教学内容主要分为三个部分：机械原理的理论学习；Auto CAD、ProE 绘图软件的制图；3D 打印技术加工机构零件。气缸机构测量软件绘图实物加工活塞曲轴连杆图 2 曲柄滑块机构首先，通过对机械原理课程中连杆机构的学习，根据单缸内燃机中曲柄滑块机构工作原理进行课程导入6，了解常用连杆机构中曲柄滑块机构的组成，测量出曲柄、连杆、滑块、固定构件以及构件间转动副、移动副、连接件的尺寸并加以汇总，构思曲柄滑块机构的整体结构。然后，使用 Auto CAD 或 ProE 计算机辅助制图软件，按一定比例对曲柄滑块机构各零件进行绘制，将画好的机构零件图进行装配并导出工程图，生成机构的运动仿真动画，检查机构零件运动组合关系是否正确并进行调整。最后，将三维装配图保存为能够使用 3D 打印快速成型技术加工的文件格式，通过薄层切片、数据传送、驱动硬件打印等过程将建立的二维图纸模型快速打印出曲柄滑块机构的实体模型。将加工好的成品与实际机构运动相对照，既增强了学生对多门课程综合学习效果，又能够让学生动手参与，调动学生的学习兴趣和积极性。教师在课堂上所使用的一些典型机构案例还有很多，比如齿轮机构、凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构等，都可以在这种模式下引导学生进行更多的尝试，使学生高效、全面地学习各种机械机构，将复杂的理论知识具象化，优化学生的实践和学习效果。2.2 智能制造课程融合教学案例探索成果 以正六棱柱加工为例正六棱柱的制造内容主要分为三个部分：机械设计的理论学习7；UG 软件的建模编程；多轴数控机床的加工操作。首先，在机械设计的学习中进行正六棱柱零件的设计分析，明确零件正六棱柱的尺寸设计要求，完成强度、硬度的校核计算，设计出满足国家标准和企业生产需求的零件产品。然后，通过 UG 软件对设计好的正六棱柱进行建模绘图，熟练应用草图绘制的各项命令，先完成零件的二维平面绘图过程，明确图纸工件的尺寸和构造；在完成零件草图的基础上进行立体三维图形的建模，综合应用各项建模指令，完成三维立体模型；对模型进行编程操作，通过虚拟仿真的方式，对多轴数控机床的走刀过程进行加工形状分析，并且完成过切检查、碰撞检查等方面的修改，进一步完善加工路径的程序（见图 3）。图 3 UG 建模仿真正六棱柱加工路径造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 轻工人才223接着，通过后处理导出模拟优化好的数控加工程序，将程序输入多轴数控机床中，再通过实践操作多轴数控机床学习其操作面板的构成和功能，完成工件的中心测量，主要包括平面测量、圆心测量、中心测量三种方式，确定机床在实际加工过程中 X 轴与 Y 轴的相对坐标。最后，完成多轴数控铣床的对刀操作，确定机床的 Z 轴坐标，为后期的加工做好准备工作，并在自动运行状态下设定好加工和进给的速率，在自动模式下执行数控程序完成零件正六棱柱的加工（见图 4）。3 智能制造课程融合教学的作用在探索智能制造课程融合教学将理论与实践相结合的过程中，机械原理设计是基础，绘图软件建模是桥梁，3D 打印技术和数控加工是结果8；两种课程融合教学案例无论是第一种基于理论学习设计产品，还是第二种基于产品需求完成实物加工，对多门智能制造课程理论与实践的融合教学都起到了一定的促进作用。（1）极大地提高了学生设计加工形状复杂、高精度零件的能力，减少了人为因素的干扰，使产品具有较高的生产效率和稳定的产品质量。（2）充分发挥了课程融合教学下加工的产品可重复、灵活度高、适用领域广泛的优点；更能适应一线企业的用人需求。（3）实现了对机械原理设计、软件建模编程、多轴数控机床、3D 打印技术等多门课程内容的融合教学，进一步完善丰富了智能制造课程的教学过程，使学生能够真正的学以致用，也为在今后的教学工作中，落实理论与实践相结合做出了很好的引导9。（4）结合所学知识和最新的制造发展技术，为我国各行业的智能制造加工奠定了坚实的基础，也为今后的实践工作积累了丰富经验。基于这两种智能制造课程融合教学案例的探索，可以进一步开发更多课程融合的教学案例，促进理论与实践相结合，从而培养出“高层次、多样化、创新性”的综合性专业人才，进一步激发智能制造行业蓬勃发展的活力10。4 结束语智能制造行业一直在不断地发展前进，作为制造专业教师，要不忘初心，秉持严谨认真的态度和创新意识对专业知识进行挖掘拓展，在教学过程中深化产教融合，将教学与实际生产结合起来，了解制造行业发展规律，进行应用型教育发展的探索。在教学过程中遵循“深化产教融合，校企合作，工学结合，知行合一”的总体方针，实现机械教学与制造业发展相互促进，相辅相成，更好地服务于“岗课赛证”相统一的教学模式，为更好的服务应用型本科教育，培养既能满足加工复杂性强、先进性程度高、制造一线紧缺等岗位需求，又具备一定专业素养和管理能力的优秀复合型人才。参考文献1 李茂国,朱正伟.工程教育范式:从回归工程走向融合创新J.中国高教研究,2017(6):30-36.2 汤赫男,赵铁军,孙兴伟,等.机械设计嵌入科技创新活动的实践J.机械设计,2020,37(S2):48-50.3 陆国栋,孙毅,费少梅,等.面向思维力、表达力、工程力培养的图学教学改革J.高等工程教育研究,2015(5):1-7,58.4 费少梅,陆国栋,顾大强.时空融合知行耦合的机械大类课程教学新范式探索实践J.高等工程教育研究,2017(6):71-75.5 张治国,张丹丹.机电一体化技术专业中高职衔接课程融合探讨J.新疆农机化,2021(5):46-48.6 邓伟刚,孙杨,王洪波,等.机械类专业课程多模式融合化教学方法探究与应用:以机械原理课程为例J.内蒙古农业大学学报(社会科学版),2020,22(2):36-41.7 王珉,张宗波,牛文杰,等.融合云课堂的“机械CAD基础”课程教学改革研究J.图学学报,2018,39(2):367-372.8 李华川,覃群,徐凯,等.高职机械类课程“双融合、全闭环”的信息化教学模式构建与应用J.轻工科技,2018,34(6):157-158,160.9 齐乐华,连洪程,周计明.立足课程建设与改革 探索“智能知”创新人才培养J.中国大学教学,2020(12):17-22.10 王雷,李荡,王代懿,等.CAD教学与工程图学相互融合的教学模式实践研究J.凯里学院学报,2021,39(6):105-111.图 4 正六棱柱的加工成品