数字化工程训练中心建设的实践与探索

杨宏亮，尚长春，杜媛英

(西安科技大学 工程训练中心，西安 710600)

数字化工程训练中心建设的实践与探索

杨宏亮，尚长春，杜媛英

(西安科技大学 工程训练中心，西安 710600)

针对我国高校数字化工程训练中心建设与教学过程中存在的一系列弊端，结合西安科技大学数字化工程训练平台的体系建设经验和取得的成果，提出了数字化工程训练中心建设的建议。不仅要摒弃金工实习、电子实习的传统观念，利用先进的数字化技术，建设以发明创造能力为主的创新型实训基地。而且要与先进的行业、企业结合，共建有行业特色的数字化训练基地，形成教学、科研、生产三者有机结合， 互相促进， 共同发展的现代化工程训练中心。

数字化建设；工程训练；发展探索；实训中心

科学技术日新月异，现代企业已广泛采用CAD/CAM/CAE及先进制造技术和系统，高等院校必须适应企业对人才变化的需要，让学生在大学期间接受大工程背景的实践与学习，接受先进的现代工程训练[1]。

我国各高校的工程训练中心建设虽然已有较大的发展，但各高校基本上仍然沿用过去的金工实习方式，实习教学的工作重心仍然是几十年前的传统实训[2]。学校为了适应国家实训中心建设指标的需要，购买了数量不多的数控设备，但基本上采用观摩教学的方式。一方面，观摩时间短、大纲粗糙；另一方面，学生几乎没有动手的机会。对于数控软件及仿真软件的建设更是一片空白，对企业的整个运作没有形成一个体系，导致学生对企业的运作没有一个系统的了解，实习和先进的现代化制造技术脱节。因此，工程训练中心建设一个完整的数字化设计、加工、仿真体系是十分必要的。

1 现代工程训练中心建设存在的问题

由于缺乏现代先进制造业数字化设计制造模式的教学和实训环境，传统实训教育与现代先进的设计制造产业脱节，导致我们的毕业生学习了机械制图课程，却画不出一张完整的机械零件图或装配图；学习了数控编程课程，见到一张零件图，却不知道如何着手编程及加工；学习了机械制造工艺学，却没见过一套真实的、完整的工艺文件，更不知道如何编制工艺卡片、工艺过程；学习了全部专业课程，却不清楚与自己配合的上下游部门是什么，需要了解哪些事情，等等[3]。

综上，我们深切地感到很有必要对现有数学系统进行调整与创新，我们的想法就是利用现有网络系统、机房与数控机床、软件、加以补充结合，建设一个“数字化的工程训练平台”，实际就是一个网络化制造系统，从而为学生提供真实的网络化制造系统。使其能够真实地感觉现代化制造企业的生产流程，能够全面认识一个产品的生命周期，从而达到培养学生掌握大项目的工程意识[4]。

2 数字化工程训练平台体系的建设

2.1 软硬件建设

西安科技大学数控车实训区已有数控车床8台，并配置视频教学设备1套，数控车专用计算机4台，分别装有CAXA数控车软件和CAXA编程助手软件。

数控铣和加工中心实训区有数控铣床6台，加工中心1台，视频教学设备1套，并配有专用计算机4台，这些计算机上分别装有CAXA制造工程师和CAXA编程助手软件。

特种加工实训区有电火花数控线切割设备3台，配有20台线切割专用计算机，分别装有CAXA线切割和电子图版软件，并建立线切割专用图库、多媒体教学视频以及视频教学设备；半导体激光内雕机2台，三维相机1台，并配有专用计算机2台，分别装有激光内雕机专用软件；激光切割雕刻机2台，并配有专用计算机2台，计算机上分别装有专用软件和激光切割图库；快速成型机2台，激光打标机2台，数控精密电火花成型机1台[5]。

CAXA软件计算机房有多媒体教学设备1套，学生专用计算机72台，分别装有CAXA实体设计、CAXA制造工程师、CAXA数控车及CAXA编程助手软件。

2.2 实训课程的创新性建设

工程训练中心开设有必修课程、选修课程、课程设计以及开放性的创新教学课程，为学生提供了良好的软硬件学习平台。

我校必修课的范围逐步扩大，必修课不仅仅局限于机械、近机械及一些工科院系，同时扩大到理科、管理学及文科的学生。让工科院校的学生了解最基本的企业生产过程是十分必要的，对于扩大他们的视野及专业局限性都具有很重要的意义。

对高科技加工以及软件等都开有选修课程，全校学生可以根据自己的兴趣报名选修，对学生的专业限制很小。由于选修课的课时比较多，学生可以进行深层次的学习，对开发学生的兴趣及创新性都有极大的促进作用，学生可以对自己感兴趣的某些方面进行深入学习，扩大了学生知识外延[6]。

工程训练中心每年会从相关院系吸收一些感兴趣的学生在这里进行课程设计，这样不仅提高了学生的理论水平，而且锻炼了学生的动手能力，为适应工作打下良好的基础。

工程训练中心为学生提供了专用创新性实验室，学生不但可以根据自己的爱好自由选择课题，而且可以自己组队进行创新性设计，参加国家举办的创新性大赛。

为了更好地培养创新性人才，工程训练中心还吸收多学科学生参与创新性设计，几乎没有专业限制。任何创新性的想法和设计我们都进行记录和总结，并形成一套完整的体系。在指导学生方面，我们直接与相关院系紧密结合，取长补短，极大地满足了不同学生的要求。

3 数字化工程训练中心建设取得的成果

1)实现了CAD/CAM/CAPP/DNC的高效集成。学生根据自己的兴趣，在实验室进行产品的创新性设计后，经过专业软件仿真加工，在计算机上经后置处理，生成程序，由专业教师再次检查指导。检查无误后，经过DNC系统直接传到数控机床上进行加工，整个流程完全可以在网络上进行，极大地提高了教学效率。

2)改变了原有的教学模式，提高了学生学习的积极性。整个数字化体系的建立，改变了学生在数控机床实习过程中传统的手工编程、手工输入模式，有效地减少了手工输入程序时给学生带来的不必要的错误。实现了手工编程所实现不了的复杂曲面编程，利用计算机自动编程可加工出精度高、形状复杂的零件，极大地提高了学生的积极性和创新性，受到学生的好评。

3)在全国创新性大赛中取得佳绩。经过创新性实验室的建设，通过不同专业的结合，我校工程训练中心获全国大学生工程训练综合能力大赛国家二等奖、三等奖，获RobCup中型组足球机器人冠军，及机器人擂台对抗赛一等奖等多项成果。

4)形成了一套比较完善的数字化课程体系。学校已有自己编写的数字化教学大纲和教程数部，形成一套比较完整的数字化教学课程体系，满足了不同专业不同兴趣的学生学习需要。

5)提高了学生的综合能力。对学生进行一次有条理、有系统的数字化软件教学后，学生对产品的生命周期管理中的设计、工艺、标准化、制造、装配等过程有了全面的了解，为将来适应企业现代化管理打下良好的基础。

4 数字化体系建设的探讨和建议

1)数字化体验中心、数字化三维装配平台成为近几年各高校工程训练中心建设的方向。我国各高校工程训练中心的数字化建设基本按照国家数字化工程训练平台的硬件要求，形成以数控车床、数控铣床、加工中心、数控线切割机床以及其他特种加工设备为主体，数控加工软件为核心的DNC加工系统。虽然数字化网络初步建成，但仅仅是几个最基本的工种训练，学生难以了解现代企业产品的设计、生产、装配、销售以及管理的整个过程。数字化体验中心、数字化三维装配将是近几年数字化实训建设的一个方向。

2)与先进的行业、企业结合，共建有行业特色的数字化训练基地将是工程训练中心建设的一个亮点。我国在十几年的工程训练中心建设中，各高校互相模仿，无论是硬件建设还是软件建设，都基本一致，失去了高校的特色，使工程训练没有了亮点、失去了活力。为了培养不同行业背景的学生适应各行各业的发展需要，我们必须重新找回自己的特色，与行业中先进的企业相结合，共建有行业特色的数字化工程训练中心[7-8]。

3)以数字化现代加工为主的教学模式将成为以后教学发展的必然趋势。目前，大多数高校数字化建设的初级阶段已基本完成，但在实际教学过程中，普及率十分低，很多高校对数字化教学基本上处于观摩状态。我们应该改变原有的以传统加工为主，现代加工为辅的教学模式。让学生尽快适应现代化生产过程。

4)摒弃金工实习、电子实习的传统观念，形成以数字化建设为核心，内容覆盖机械、电工电子、计算机、管理为一体的系统化工程训练中心。过去的金工实习基本上都是几十年前甚至上百年前的机械加工方法，必须在吸收传统加工方法精髓的过程中，加快知识更新，利用社会发展的高科技，努力建设数字化加工方式，并扩大原有金工实习、电子实习的范围，扩展学生的知识外延。

5)开放数字化实训基地，使先进的数字化实训中心不仅要为工科的学生服务，还要为人文、管理、艺术等其他学科学生服务。建设高科技的数字化实训基地，就是为了让学生了解现代加工方法，为学生服务。因此，必须开放工程训练中心，扩大实训范围，更好地为学生服务。

6)利用先进的数字化技术，建设以发明创造能力为主的创新型实训基地。教学的目的是为了培养学生的创造能力，通过学习先进的数字化技术，可以激发学生的创造灵感，因此，在工程训练中心建立创新班也很有必要[9-10]。

7)建立网络化的实训基地，扩大学生实训范围。在校园网内建设数字化教学工程，可以扩大学生参与训练范围，大范围提高学生的动手能力[11]。

5 结束语

形成以数字化建设为核心，内容覆盖机械、电工电子、计算机、管理为一体的系统化工程训练中心，使工程训练中心从“投入型”向“效益型”转变，使教学从“传授型”向“研究型”转变，使学生从“动手型”向“动脑型”转变[12]，实现教学、科研、生产三者有机结合， 互相促进， 共同发展， 是办好工程训练中心必由之路。

[1] 鲁彬，秦玫.物理化学实验的教学改革与探索[J].实验室科学，2006(5)：29-30.

[2]杜媛英，尚长春，杨宏亮，等.有特色工程训练中心建设的教改探讨[J].陕西教育：高教，2013(5):57.

[3]曲晓海，孙爱军，鲁晓红.数字化工程训练平台的建设[J].现代教育科学，2010(1)：119.

[4] 陆顺寿，吕恬生.建设有特色的工程训练实验教学示范中心[J].实验室研究与探索，2008，27(3)：67.

[5] 杨宏亮，尚长春，乔军平. 特种加工训练教学方法的实践与探索[J].机电产品开发与创新，2012，25(2)：173-174.

[6] 杨宏亮，尚长春.工程训练课程体系的实践与探索[J].实验科学与技术，2012，10(3):59-61.

[7] 李勇，黄炳辉，殷凯.完善工程训练体系，培养高素质人才[J].实验室研究与探索，2009，28(5)：145.

[8] 郭建新，李燕，郭学慧，等.现代工程训练的研究与实践[J].实验科学与技术，2009，7(6)：108.

[9] 肖江，郭文会.机电类专业多层次工程训练体系的构建[J].中国林业教育，2009，27(1)：126.

[10]朱瑞富，孙康宁，贺业建，等.综合性大学工程训练中心发展模式设计与实践[J].实验室研究与探索，2011，30(4)：86～87.

[11] 韩服善.数字化工程训练中心的构建于实践[J].中国现代教育装备，2009(2)：105.

[12] 王建伟，许学东，王丰晓.六个转变：大学工程训练中心内涵式发展与创新[J].高等工程教育研究，2011(4):83-84.

Practice and Exploration of Digital Engineering Training Center

YANG Hongliang，SHANG Changchun，DU Yuanying

(The Center of Engineering Training, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710600, China)

It analyses the problems of digital engineering training center of universities in China. Combining with construction experiences and achievements of digital engineering training center system in Xi’an University of Science and Technology, several suggestions of digital engineering training center construction are proposed. The traditional concept of metalworking and electronic practice should be abandoned. Using of advanced digital technology, innovative training base should be constructed. Digital engineering training center should combine with the advanced industries and companies, and construct digital engineering training center together. Finally, a comprehensive, developmental, perfect digital engineering training center that include teaching, research and production should be completed.

digital construction; engineering training center; development and exploration；training center

2014-04-28

杨宏亮(1981-)，男，硕士，工程师，主要从事机械工程、电力电子技术方面的研究工作。

G642.423；TP29

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.045