数控专业故障诊断与维护综合实践课程教学改革与探索

冯淑敏　黄惠珠

[摘 要]故障诊断与维护综合实践课程是机械制造及自动化专业数控方向重要的实践课程。基于校企合作机制，该课程教学可以从实践课程软硬件建设、过程考核、师资队伍建设等方面进行全方位的改革与探索，为应用型、复合型本科高层次数控人才的培养和师资培养提供了良好的平台。近两年的实践证明，经过改革，学生的实践创新能力以及就业竞争力得到了显著的提升。

[关键词]数控技术；故障诊断与维护综合实践；应用型本科；校企合作

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）04-0057-03

一、课程改革的背景及意义

（一）课程改革的背景

制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业的支柱与核心。数控加工技术在机械制造业中的地位愈发重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备，数控加工技术的应用已成为传统机械制造企业提高竞争力的有效途径。

我国需要大量数控设备操作人员和相应的数控设备专业维修人员。然而，目前我国数控设备操作与专业维修人员还相当匮乏，大多数毕业生仅能从事数控编程方面的技术工作，所以培养数控机床的调试、维护等方面的应用型高端人才已成为当务之急。

故障诊断与维护综合实践课程是我校数控技术及应用专业为期两周的综合实践课程。由于实验条件所限，目前故障诊断与维护综合实践课程的很多实验内容偏重于数控机床的机械结构、数字控制原理等，这也是大多数学校目前的状况。而缺乏对于数控机床调试及排故、PLC编程及调试等方面的实验项目，其培养出来的学生只能从事基本的数控编程与数据机床的操作，对数控设备的调试及日常的维护乃至故障诊断等方面的技能明显不足。

而且，综合实践课程中大多数实验项目是验证性、认识性实验项目，而缺乏综合性、设计性和创新性实验项目，学生的积极性得不到应有发挥，学生的综合技能得不到显著提升，这些都极大地制约了我校应用型、高层次数控技术人才的培养。

（二）课程改革的意义

通过课程改革，压缩传统的验证性实验，我校创建了包括“基础实验—课程设计—综合实验”三大模块的多层次递进式实验教学体系，从不同层次上巩固理论知识、强化实践能力和创新能力培养。在理论教学和实践内容两方面，充分融合基础知识与前沿科技成果、理论知识学习与应用能力培养。做好实践课程的综合改革与建设规划，确保课程建设的科学性。通过本实践课程的建设，提升我校学生的就业竞争力，培养高水平、卓越的应用型工程技术人才。

二、课程改革的思路及原则

故障诊断与维护综合实践课程是在前期数控技术及数控机床故障诊断与维护两门理论课程修完之后进行的独立实践教学环节。课程的目标是培养学生对复杂数控设备的故障诊断与维修技能，提高学生对数控机床疑难故障的分析、处理能力。课程用理论联系实际来了解解决数控机床常见故障的方法，了解如何分析测量与判断，怎样确诊排除故障；并了解掌握常用的具体检修方法，为更好、更科学地展开数控机床的检修工作打基础。课程改革对于提高数控方向专业人才培养质量、提升毕业生就业能力与就业质量具有重要意义。

课程教学内容应基于以下原则来进行建设：

（一）应用性及岗位需求的原则

应用性是人才培养的最终目标，教学改革应强调数控应用型人才的实践能力、创新能力和工程素质的培养[1]。

通过对从事数控领域的不同岗位进行需求分析，数控技术及应用专业的学生在课程内容上应设置数控原理（技术开发人员）—数控机床基本结构及数控编程（数控编程员）—数控设备故障诊断与维护（设备维修员）等。其中，对于数控设备维修人员，要求其具备机械、计算机、电气、自动检测等多领域交叉学科的专业知识，是各类人员中要求最高及培养难度最大的一个级别。

（二）先进性原则

国内外的数字控制技术日新月异，课程内容的改革要根据最前沿的新技术、新理论不断更新。

（三）集成化原则

通过课程改革构建数控技术及应用—现代化设备—数控机床故障诊断与维修多门课程集成为一体的故障诊断与维护综合实践实践教学体系，创建多模块、多层次递进式实验教学内容，从不同层次上巩固理论知识、强化实践能力和创新能力培养；进行实践课程教材建设，教材内容要与时俱进，吸收数控领域的新理論、新技术。实践教学内容上，要压缩传统的验证性实验。新设备的购置也应考虑满足新开综合性、设计性、创新性实验项目的需求，使其比例不低于实验总量的70%[1]。

三、课程的改革内容

这次课程改革主要在实践教学内容、实践教学条件、实践教学方法的研究、师资队伍的建设等方面进行有益的探索，更好地服务于数控领域应用型人才培养目标的需要。

（一）基于校企合作机制的多种教学方式的探索与实践

数控技术和数控系统的更新换代比较快，为及时掌握数控行业的新知识、新标准、新技术、新工具和新流程等，高校有必要和现代化的企业建立紧密的合作，走校企合作道路，由企业专家参与到课程建设与改革中来，共同制定新的课程大纲，开发新的实验项目，企业家进课堂，并指导学生的实验。由企业专家及时将行业发展趋势、最新技术、岗位群的用工状况及毕业生就业信息及时传递给学生，参与教学大纲的制订及实验方案的制订，管理、监督学生的实践内容及评价实践效果。近几年每年的课程都有企业专家参与授课，并亲自指导学生实验，极大地提高了学生实验的主动性。

我院与企业建立了长期稳定的校外实习基地，并聘请上海电气机床成套工程有限公司高级工程师为校外专家，并已指导多届学生的综合实验。在提高学生工程实践能力方面，收到了良好效果。

（二） 师资队伍的建设

本课程教学队伍结构合理、教学经验丰富、教学改革有创意、教学和科研能力强，课程组成员发表教改文章多篇，并承担部分教学研究项目；完成了多项校内基金、上海市青年教师基金、上海市教委基金及校外企业合作课题等多项项目，每年都有科研和教改论文发表。过去师资偏重机械的教师多，近两年PLC控制、机电一体化领域的教师引进2名，使师资队伍趋于合理，为课程电气控制领域的实验项目的开发提供了技术人员的支持。

师资队伍建设应从以下几个方面进行改革：

1.根据学校培养应用型人才的特点，教师积极到相关企业参加生产实践，提高教师的工程实践经验。

2.组织教师编写教材、案例库、习题集，提高各位教师的教学综合能力。

3.组织青年教师进修和同校外同行进行交流，参加有关教学会议，讨论研究教学经验，获取信息。提高青年教师的教学水平。

4.鼓励中、青年教师依托先进的数控设备进行科学研究，对设备进行二次开发，使设备功能更加完备、丰富。

（三）教学内容的改革

教学内容的建设即综合性实验项目的开发是本次课程建设的核心内容。通过建设，使实验项目涵盖数控机床整机及功能模块基本结构认识—数控原理综合实验—数控机床调试及维修三大模块。

1.构建特色实验项目

为配套此次课程改革，我院在原有的先进实验设备基础上，新引进多台数控机床功能部件及四轴镗铣类数控加工中心。

新增的PLC编程和调试以及机床常见故障维修模块是本课程的一大亮点及特色，首先利用数控仿真软件在计算机上进行编程、程序调试、排故的模拟，可以做到一人一机，然后以小组为单位在数控机床上进行具体的程序运行、调试、排故以及验证，既可以充分调动学生的积极性，又可以缓解实训设备的不足，还可以有效地保护精密设备的安全[2]。

通过以上实验，学生逐渐从最初掌握功能部件结构及工作原理到能够进行常见的故障排除，由浅入深、循序渐进地巩固所学知识；同时增强了读写电气原理图、PLC梯形图方面的技能。这些实验真正做到了机械、电气控制技术的结合，解决了机械专业学生的电气知识薄弱的软肋问题。

2.开展多种实践教学模式，提高学生数控创新能力

课程教学改革应强调加强学生学习动机、兴趣的培养。在教学改革中，应积极推行基于项目的教学、案例教学、现场教学、计算机软件仿真、小组讨论等多种教学模式与方法；除了常规教学学时以内的课内实验、课程设计等环节以外，要积极鼓励与引导学生参与技能证书的考试、科技创新活动等，引导学生积极参加校级、省级以至国家级的数控技能比赛，促进学生的個性发展，以培养学生的数控创新能力。

（四）教学软硬件条件的建设

我院拥有上海市级重点学科的工程中心来满足教学要求，并为学生课外科技活动提供了便利条件。目前有上海市教学高地建设项目所购置的教学设备可以为本门课程的实验提供条件，并得到了上海电气机床成套设备有限公司的大力支持。

1.数控设备及计算机软件购置

近五年新购置先进的实验设备，包括数控车床故障诊断及维修实训台、数控铣床故障诊断及维修实训台等先进实验设备及数控车床维修仿真软件。数控机床各功能部件如链式刀库实训台、数控齿牙盘分度实训台、直线电机驱动系统调试实训台、四轴镗铣加工中心等新实验设备也已到位。

考虑到学生将进行职业考核或鉴定的需要，所有设备和上海市职业培训指导中心的数控维修工职业鉴定所用设备均采购于同一厂家，但又不失其通用性[3]。

2.进一步修订、完善实验教学大纲，编写本课程的教学资料

其中包括教学参考书、实验指导书、实验案例库，并对习题集做进一步的完善和修改。这些材料不仅可用于具体地指导学生实验，而且对辅助学生课外学习起到了重要作用。但由于本门课程主要涉及发展迅速的数控科技前沿成就，各学校所编写的教材改变较快，还有许多不足，所以我们计划在条件成熟时编写适合我校条件的、具有专业特色的教材、学习指导书。

3.加强实践教学各个环节的过程控制

各环节应包括实验硬件熟悉、实验方案设计、实验过程、分析问题及解决问题、实验记录、辅导答疑、实验数据结果分析、实验创新等；要建立课程组任课教师的实验指导、实验方案讨论、教学研讨制度，并做好记录；要加强课程组的业务活动。

（五）探索实践教学考核新模式

实践教学课程的考核、评估相对于理论课程而言难度较大，不像理论课程有标准答案，因此注重过程考核应是实践教学考核的重要手段，以防止学生实践过程中的抄袭现象及答辩之前的突击复习。而过程考核的内容应包括学生实验方案设计及创新能力的考核、实验结果分析及归纳能力的考核。

为考核学生实际操作及设备排故能力，本次新增设备均开发了与之配套的一定数量的题目，通过人机界面，教师可非常方便地设置各种不同的故障，学生只有在掌握电气控制原理及读懂电路图基础上才能找到设备的故障所在，切实做到学生一人一题，考核题目不重复，才能充分调动学生积极性，激发学生的潜能。下一步我院将和上海市职业培训指导中心数控维修实训室合作，组织学生参加数控维修职业技能鉴定，力争大部分学生获得数控维修中级技能证书，部分优秀学生获得数控维修高级技能证书，这将极大地提高学生参与综合实验的积极性 [4]。

四、结论

为适应数控技术新发展和数控设备维修应用型人才培养的目标，结合故障诊断与维护综合实践课程的改革，本文在校企合作机制研究、师资队伍建设、过程考核模式、教学内容改革及软硬件建设等方面做了有益的探索[5]。

本课程的改革为学生提供了多样性、个性化的实践动手机会，不仅为把学生培养成复合型、应用型、创新型人才搭建了有力的平台，同时通过教师参与实验设备的二次开发、师资力量的建设、实践课程的体系建设等诸多环节，极大地提高了广大教师的教学、科研等综合能力[5]。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 郭攀成.《机械设计基础》精品课程建设与教学改革研究[J].科技信息，2012（10）：30-31.

[2] 孙新国，刘宏伟.仿真软件在数控机床维修中的应用[J].机床与液压，2010，38（13）：171-172.

[3] 刘树青，周明虎.基于FANU C0i Mate-C系统的数控综合实验平台开发[J].实验科学与技术，2009，7（5）：14-16.

[4] 陈英俊，黄崇林.面向卓越工程师培养的机电一体化设计基础课程建设与教学改革[J].中国现代教育装备，2012（1）：56-58.

[5] 胡斌.高校数控实验室建设的探索与思考[J].装备制造技术，2009（10）：130-131.

[责任编辑：刘凤华]