面向数控技术卓越工程师培养的校内创新实践平台构建

曹锦江 陈 桂 李宏胜

南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

面向数控技术卓越工程师培养的校内创新实践平台构建

曹锦江 陈 桂 李宏胜

南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

“卓越工程师计划”是教育部提出的培养国内实践型工程人才的重大计划，重点在于提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力以及创新能力。如何加强学生创新能力训练，创新实践平台必不可缺。为此，面向自动化（数控技术）专业卓越工程师培养，如何构建创新实践平台尤为重要。经过多年实践经验积累，构建了数控技术电气控制实践创新平台，通过自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生实践，效果显著，提高了学生的工程创新实践能力。

卓越；数控技术；工程师；创新；平台

“卓越工程师培养计划”是以强化工程能力与创新能力为重点改革人才培养模式。是高校工程教育改革的一项重大举措，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的作用［1］。我校是教育部批准的首批“卓越工程师培养计划”试点学校，自动化（数控技术）专业卓越工程师是我校六个卓越工程师培养计划之一。自动化（数控技术）专业也是教育部特色建设专业，是省级特色专业。卓越工程师就得有点创新能力［2］，如何为卓越工程师班学生提供创新能力的实践平台给任课教师提出了难题［3］，既然是试点培养卓越工程师，必须学习计划、学习的平台建设就得有点创新［4］，为此，根据数控技术发展目标，现有的技术条件，数控技术现场工程师的工程技术要求和工程能力，设计构建了数控技术电气控制综合实践创新平台，提供给自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生实践，经过综合实践证明，确实能提高学生的工程创新实践能力。

1 数控技术机床电气实践的现状

“数控机床电气安装与调试”是本校自动化（数控技术）专业学生必修内容，也是自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生必修内容，本校“数控机床电气安装与调试”包括三方面内容：（1）典型机床电气安装与调试实习；（2）普及型数控机床电气安装与调试实习；（3）FANUC数控系统综合实践。这三方面内容由浅入深，由一般工程实践到特定工程实践，由普通数控系统到相对复杂数控系统综合实践。实习时间为期三周，学生实习终了，学生能够了解典型数控机床的机械传动结构，了解典型数控机床电气组成、控制原理、性能，掌握电气部分设计方法，掌握普及型数控机床电气布线、安装与调试，能掌握FANUC数控系统硬件连接、部分电气图设计、安装、PMC（PLC）的编程开发和常见参数设置调试过程，并学会使用一般电工工具，工程实践能力得到了初步的提高。

但数控机床控制对象中相对复杂的车床换刀程序控制开发，加工中心的常见刀库程序的控制开发等由于教学时间和教学实践条件限制，教学中一直没有涉及。但作为企业工程师这是必须掌握开发的内容。作为自动化（数控技术）专业卓越工程师培养，就是要达到企业工程师基本技术水平，卓越工程师班要比一般的教学班级需具备更多的工程实践能力和创新能力。要培养卓越工程师，必须要有更多的适合工程实践和创新能力培养的实践平台，除学生到企业实践外，现有的实践平台不能满足自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生工程实践和创新能力的培养，为此，面向自动化（数控技术）专业卓越工程师培养，在校内构建了数控技术电气控制综合创新实践平台，来满足自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生的学习条件。

2 构建创新实践平台的总体思路和方案

在数控技术发展的今天，数控设备已由早期的贵重加工设备到目前机械加工业普及性的加工设备［5］。数控机床电气控制核心——数控系统常见的国产数控系统有：广数系统、华中系统等［6］，常见的国外数控系统有：日本FANUC数控系统、德国西门子数控系统等［7］，鉴于国产数控系统已用于普通数控机床电气实习了。因此，根据我校实际和现有条件，构建创新实践平台数控系统选用在工厂中常用的FANUC数控系统、西门子系统、三菱系统为控制核心。

在普及型数控机床中，常见的通用机床为数控车床、数控铣床、加工中心，为此，创新平台控制对象也就选用常见的数控车床的电动刀架、加工中心的刀库，刀库选用在国内常见的斗笠式刀库、立式圆盘式刀库、卧式圆盘式刀库。

一般学校都是自制或外购数控系统综合实践装置，都是一套数控系统控制一台数控机床设备，数控系统和机械控制对象不能交叉使用，数控技术电气控制创新实践主要是电气控制系统的设计开发，控制对象是结果性实验调试，控制对象不会同时进行调试利用，而控制对象价格又比较高，为此，从经济角度出发，构建了如图1所示数控技术电气控制创新实践平台。

图1 数控技术电气控制创新实践平台

从图1可以看出，控制对象是创新实验室公共使用平台，实践时数控系统可以选用不同的数控系统，学生可以根据数控系统的种类以及开发调试的进度选择控制对象的物理连接进行实物功能调试。

在图1中，控制对象主要选用数控车床通用的电动刀架，立式加工中心的斗笠式刀库、立式圆盘式刀库、卧式圆盘式刀库。这些执行件都是一般学生在教学中很少接触的实物，但这是目前数控机床厂家生产通用数控机床的重要部件，学生在校期间能踏踏实实通过机床数控系统二次开发实现机床的主要功能，也就具备了一定的自动化（数控技术）专业卓越工程师能力，这些内容在单一企业实习也许不能完全接触到。

3 构建创新实践平台的实施

构建创新实践平台重要的部件主要选用了CK6140数控车床用的四工位电动刀架和六工位电动刀架，XH714立式加工中心使用的10把刀具斗笠式刀库，XH714立式加工中心10把刀具的圆盘式刀库，TH715卧式加工中心20把刀具的卧式圆盘式刀库。为了充分利用数控设备重要部件，把主要的重要部件集中放置在创新实验室中间位置，数控系统选用了日本FANUC、德国西门子系统，日本三菱系统。FANUC数控系统选 0i TD和MD系统，西门子系统选用828系统和802D系统，三菱数控系统选用E60和E68以及M70系统，数控加工中心创新实践平台关系示意如图2所示。

图2 数控加工中心创新实践平台的关系示意图

由于数控系统是选用实验室原有的数控系统综合实验装置，原有实验装置特别数控铣床实验装置是不带加工中心部件电气控制电路。因此，在添置的刀库等执行件旁，根据控制对象设计了电气控制电路并安装了电气板。如图3所示，控制对象与电气板的信号连接由端子排对接，而电气板与实验台信号是通过易插拔的航空插座连接。

图3 执行件本体上电气安装板实物图

再在相应的数控系统实验装置上，把与执行主要部件以及电气板对接的线路也分别引至已插拔的航空插座，确保航空插座定义的管脚相同，并保留足够长的互联电缆线。当数控系统需要与某个执行部件联调时，只需用互联线把需要的数控系统实验装置和执行部件互联即可，学生只要根据数控系统定义的输入输出地址编程开发即可。例如：若选用FANUC铣床系统，可以分别与斗笠式刀库、立式圆盘式刀库、卧式圆盘式刀库相连，实现了一种数控系统适合开发多种执行件的功能调试创新实习，这与企业选用FANUC铣床数控系统生产多种机床开发流程任务是一样。这样，大大提高了数控系统实验装置的通用性，其他数控系统也可以与执行部件分别通用，大大提高执行台部件的通用性和使用效率。

创新实践平台的部分实物如图4所示。

图4 创新实践平台部分实物图

4 构建创新实践平台的应用

自动化（数控技术）专业卓越工程师班学生除完成学校典型“数控机床电气安装与调试”实习任务外，在落实“卓越工程师”培养方案计划中的企业实践环节，还在构建的“创新平台”上实践。在构建的创新实践平台上，“卓越工程师”班学生既能学习不同的数控系统对同一个执行部件的控制开发，又能学习同一种数控系统对不同种执行部件的控制开发。在毕业前都能进行典型数控机床重要部件的功能开发，大大提高了应用先进数控技术的现场工程师开发能力，大大提高了学生的综合学习能力和创新能力［8］，达到了预期的卓越工程师培养学习效果。

5 结束语

“卓越工程师”的培养，固然离不开企业的生产实践，实际上，只要有学校单位领导的支持，有指导教师的责任心，有创新性指导教师的努力，在没有条件到企业进行全天候生产实践时［9，10］，也是可以创造条件实现与企业实习一样的学习实践环境，来满足“卓越工程师”培养。

［1］ 毛湘宇，刘汉忠.可重构模块化工业模拟综合实验平台设计［J］.实验技术与管理，2014，31（4）：165-169.

［2］ 林健.卓越工程师创新能力的培养［J］.高等工程教育研究，2012（5）：1-17.

［3］ 王浩程.面向卓越工程师培养，构建现代工程实训平台［J］.中国大学教学，2011（6）83-85.

［4］ 扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程师计划”培养实践型工程人才［J］.实验技术与管理，2011，28（11）：154-158.

［5］ 陈雅娟.机械数控技术的应用现状和发展趋势［J］.科技与企业，2013（24）：1.

［6］ 肖明，张幼龙.CCMT2014国产数控系统展品综述［J］.世界制造技术与装备市场，2014（4）：59-68.

［7］ 肖明，伍衡.IMTS2010 数控系统展品技术发展分析［J］.制造技术与机床，2011（1）：56-60.

［8］ 李明.面向卓越工程师培养的测控与自动化专业生产实习的改革与探索［J］.电脑知识与技术，2013，.9（20）：4659-4660.

［9］ 李蓓.工程训练中心平台在实施“卓越工程师计划”中的作用探析［J］. 实验技术与管理，2014，31（5）：167-170.

［10］ 孔建益.卓越机械工程师培养的实践教学体系研究［J］.高等工程教育研究，2013（3）：18-21.

The Construction of Campus Innovative Practice Platform that Aims to Cultivate Excellent CNC Technology Engineers

Cao Jinjiang， Chen Gui， Li Hongsheng

Nanjing Institute of Technology， Nanjing， 211167， China

Excellent Engineer Plan is a great plan proposed by Ministry of Education for cultivating domestic practice-based engineering talents， whose emphasis is on improving students' engineering awareness， engineering quality， engineering practice ability as well as innovation ability. The innovative practice platform is indispensible in how to reinforce the raining of students' innovation ability. Thus， the construction of the new practice platform that aims to cultivate excellent automatic （CNC technology） engineers is particularly important. Through many years accumulation of practical experience， the practice and innovation platform of CNC technology electric control is established. The outstanding effect of the practice of excellent automatic （CNC technology） engineer class has improved students' engineering innovation ability.

excellent； CNC technology； engineer； innovation； platform

2015-09-20

曹锦江，本科，高级工程师。陈桂，硕士，教授。

南京工程学院教改项目“数控机床电气安装与调试”实习项目多元化和量化考核体系研究与实践（编号：JG201413）资助；“自动化实践教学考核方法研究与实践”（编号：JG201306）。