面向智能制造的电气控制与PLC应用课程教学改革

胡冬生，彭宽栋，羊荣金，沈孟锋，罗晓晔

（杭州科技职业技术学院机电工程学院，浙江 杭州 310000）

新科技变革为制造业的转型升级提供了重大机遇，包括中国在内的许多国家纷纷将智能制造作为未来制造业发展的重要方向。推动传统制造技术与信息化技术深度融合，提高生产过程的自动化、数字化、网络化和智能化水平，是实现中国制造2025战略的重大举措。培养满足智能制造的专业技术技能人才是高职院校装备制造类专业人才培养的重要目标之一。电气控制与PLC应用作为高职院校机电一体化专业的核心课程，对培养学生利用PLC进行柔性生产线的设计、管理和维护，掌握从事自动化、信息化的制造业生产实践的操作技能具有重要意义。传统的教学方法多将理论内容与实践环节分开实施，导致学生对理论内容的理解不够深刻，而且动手能力无法满足实际工作的需求。基于项目化的电气控制与PLC应用教学，将学生作为教学活动的主体、以项目任务为导向，解决了传统教学过程中学生积极性不高、理论知识枯燥、实践能力培养不足等问题，一定程度上提高了教学效率。然而该课程的项目任务设计过于依赖教学知识点，项目任务比较陈旧，与岗位的匹配度较低，在生产实践的应用价值不高，不利于培养学生解决实际问题的能力。同时，项目任务之间的联系性不足，不利于培养学生解决制造自动化系统控制方案设计及维护的综合能力。因此，电气控制与PLC应用的教学设计应结合智能制造的特点，注重自动化系统控制方案的学习，将教学内容与实际的智能制造控制紧密结合，培养学生解决工程实践问题的综合能力。

1 基于柔性生产线的课程体系设计

杭州科技职业技术学院智能制造技术应用中心是全国机械行业先进制造与促进服务基地和浙江省智能制造示范性实训基地。该中心的汽车模具柔性生产线以制造业的信息化、智能化为背景、以汽车零件制造为载体，利用电气控制、PLC控制、工业通信、系统组态等技术，构建了面向智能制造的生产性实训工厂。该生产线作为无人工厂的缩影，由立体仓库、AGV小车、自动输送线、七轴机器人、加工中心、数控铣床、注塑机等单元模块组成，满足了学生实训和企业生产的双重任务。

为培养学生掌握智能化工厂生产线的设计、调试与维护等方面的技术技能，电气控制与PLC应用课程以汽车模具柔性生产线为载体，针对智能制造中网络通信频繁、多控制器协同工作的特点，进行课程标准的优化、教学项目任务的设计，并开展项目实施及评价。

1.1 面向智能制造的课程标准设计

课程标准的设计应以岗位需求为导向，以实际教学条件为基础，从知识、技能及素质等目标方面确定课程的定位、内容、实施要求等，以培养学生面向工作岗位的职业素养与技术技能。因此，电气控制与PLC应用课程的知识目标在掌握低压电器的用途、结构及原理、电气控制的基本线路、PLC工作原理和编程方法等内容的基础上，应适当掌握PLC的网络与通信、人工界面组态技术等内容。该课程的技能目标应突出电气控制线路的连接、PLC组态网络通信的调试等内容。在素质目标上应培养学生从事制造业自动化工作的兴趣，培养严谨的工作作风和工匠精神。

1.2 基于柔性生产线的项目任务设计

项目化任务的设计是教学实施的关键，关系到教学改革的成败。项目化任务应紧扣教学课程的标准，根据高职学生的特点和人才培养目标，面向岗位需求，结合学校的实训条件，按照学生的认知规律，设计合理有效的项目任务。项目任务既要覆盖教学的知识内容，更要注重与企业岗位技术技能要求相匹配，适应智能制造中对自动化、信息化的要求。同时，要激发学生对学习的兴趣和主动性，培养学生的主动思考能力和创新能力。我校以柔性生产线为实训平台，将智能制造系统的控制系统分解为相对独立的任务模块，并将本课程的知识内容及技能要求与各项目模块进行有效整合，并以项目任务为核心，通过技术背景知识的拓展、实际案例的分析和项目任务的实施，使学生即能够有效掌握教学知识与操作技能，又能对相关的行业应用有更深入的认识。本课程的项目（如表1所示）覆盖了无人工厂的物料传输、自动上下料、自动加工，以及自动出制件、自动存储等功能，是制造自动化、信息化的典型，对培养学生掌握电气控制、生产自动化的知识与技能，深入理解工业自动化的现状与智能化的发展趋势具有重要意义。

表1 电气控制与PLC应用课程项目任务 （96学时）

1.3 以学生为主体的项目实施

项目化教学过程以学生为主体，根据学生的素质、知识、技能特点，对学生进行分组。每个项目单元以实现生产线的项目任务功能为导向，每位学生配置1套计算机仿真系统、每两组配置1套微型PLC电气模块，采用先理论学习、再展开计算机仿真与微型PLC电气调试同步实施，最后采用柔性生产线进行在线验证，实现教、学、做的有机统一。理论内容以满足行业应用为目标，PLC电气模块以生产线的PLC、开关、传感器、触摸屏、电机系统等组成。鉴于柔性生产线成本高、数量少的特点，项目前期实施以课上计算机编程仿真及微型PLC电气模块初步调试为主，通过教师引导与学生自主实施，充分调动学生的自主学习实践能力，培养学生的学习兴趣与思维习惯。项目任务的在线验证采用课上与课下相结合的方式来实施。

1.4 以技能培养为导向的项目评价与课程考核

本文的项目化教学目标在于通过项目任务培养学生解决实际工程的能力，适应制造自动化的岗位需求。因此，在项目评价中，以学生解决工程问题为导向，通过赋予每个项目中PLC接线、编程仿真、微型PLC电气调试结果、生产线验证相应的分值，考查每组项目的完成情况。对于能够实现编程逻辑优化、课上实现在线验证的小组，适当进行加分。

课程考核分为以解决项目任务为目标的过程考核（占比50%）和以解决工程问题为目标的期末考试（占比50%）组成。在期末考试中，以实际生产线中功能模块的控制为任务，考查学生在电气元器件选型、电气功能图连线、PLC编程与调试、组态与通信的综合职业技能，实现学生技能的全过程综合性考核。

2 结语

面向智能制造的电气控制与PLC应用教学改革是以中国制造2025计划为背景，摒弃了传统的以知识点为核心设置项目任务的方式，以完成零件制造为目标，以包含零件仓储、物料输送、自动上下料、自动加工等功能的柔性生产线为载体，开展的项目化教学改革实践。本文通过将柔性生产线的功能模块与课程内容有效进行整合，实现教学内容与企业生产中应用的自动化控制技术深度融合，以激发学生对专业的学习兴趣，增强学生对制造自动化、智能化的认识，培养学生良好的专业技能和职业素质，满足智能制造对高职类技能人才培养的要求。