典型零件数字化设计与制造教学的思考和探索

2019-03-20林红艳连碧华

产业与科技论坛 2019年23期

□李俊林红艳连碧华

2011年，美国政府正式启动了“先进制造伙伴计划”，专门建立了由增材制造、数字化制造和设计、智慧制造等组成的国家制造创新网络，旨在夺回制造业世界市场。德国依据其本国国情，提出了以“工业4.0”为核心的智能制造计划，以保证其世界制造强国的地位。2015年，我国发布了《中国制造2025》计划，确定将智能制造作为主要发展方向，推进制造业在制造过程的智能化。在一些重点机械加工领域试点建设一批智能工厂(数字化车间)，促进制造过程的数字化控制、加工工艺及加工过程的仿真优化、生产状态信息的实时监测和产品的自适应控制。

一、典型零件数字化设计与制造课程设计的意义

典型零件数字化设计与制造是基于数字化车间平台下开设的一门课程,因此该课程的开设能使学生了解数字化车间平台，具备数字化制造(包括设计、工艺规划、代码生成、信息通讯等)流程应用能力与生产数据管理、文件归档能力。即具备熟练使用数字化设计软件完成中等复杂零件的设计与建模，使用计算机辅助工艺规程(CAPP)软件编制机械加工工艺文件，使用自动编程软件进行典型零件加工轨迹定义、仿真加工、生成数控代码，通过通信参数设置，应用通信软件进行数据双向传输操作，对数字化设备进行维护与保养等能力。

二、典型零件数字化设计与制造课程设计思路

典型零件数字化设计与制造是为机械加工特别是数控类专业人才培养而设置的，是综合数控加工工艺、三维数字化建模与设计、三维造型与仿真、数控机床通信技术、数控程序编制、刀具、夹具和数控设备应用等知识的一门综合性、实践性较强的专业核心课程。

典型零件数字化设计与制造这门课程要求学生能将所学专业知识融会贯通，结合创客项目要求，在不同岗位体验企业对不同岗位的需求，提高学生机械产品的先进设计理念、先进制造与管理技术，也可结合企业实际需求，选用企业典型零件，模拟数字化工厂的加工流程，采用项目教学法，使学生在完成典型零件的同时，体验数字化工厂在不同岗位的工作过程，使学生掌握就业所需要的先进制造技术、制造业自动化技术和制造业信息化技术。

(一)典型零件数字化设计与制造课程培养的素质目标。通过对典型零件数字化设计与制造这门课的学习使学生养成刻苦钻研、积极探索，发散思维、独立学习的素养；培养学生的团结协作意识，团队合作、主动交流协作完成任务；具有胆大心细的工作作风；具有安全生产意识、责任意识；具有创新、创造意识；通过对不同岗位的体验，掌握先进制造技术。

(二)典型零件数字化设计与制造课程培养的知识目标。通过对典型零件数字化设计与制造这门课的学习使学生掌握CAXA CAPP工艺图表软件使用方法，编制符合技术规范的工艺文件，并进行完善；掌握CAXA DNC设备物联(代码管理软件、代码通讯软件、机床数据采集软件和统计分析)软件的使用方法；熟练掌握和运用三维建模软件实现零件建模与加工设计；掌握数控机床仿真软件的使用方法，利用数控仿真软件进行数控机床的仿真加工及数控加工程序的检查、优化工艺和程序；掌握数控车床加工、铣床加工的工艺知识；掌握数控加工工艺文件的编制方法；掌握数控加工程序编写的方法和步骤；掌握数控车床、铣床加工的常用刀具的种类、结构和特点。

(三)典型零件数字化设计与制造课程培养的技能目标。通过对典型零件数字化设计与制造这门课的学习使学生能运用三维建模软件实现零件建模与加工设计；能运用CAXA CAPP工艺图表软件制订工艺文件；能应用工艺、刀具、夹具等知识分析中等复杂零件的工艺，并制订工艺文件；能运用CAXA DNC设备物联软件完成数据传输；能运用CAXA DNC设备物联软件完成机床数据采集和分析；能应用仿真软件检验零件加工路线、验证数控加工程序；能使用数控机床调试加工程序，进行加工参数的设置并实施产品的加工；会检测产品零件，并进行零件产品的精度控制与分析；具备机械零件产品的数字化加工能力。

三、典型零件数字化设计与制造课程实施思考与探索

坚持以人为本，提高教学质量，突出学生在教学活动中的主体地位，加强职业能力的培养，充分调动学生学习的积极性和创造性，根据课程的教学目标、课程内容及学生的个性特征、学习基础等特点，灵活运用一体化教学法、项目教学法、分组讨论教学法、演示教学法、角色扮演教学法、案例分析教学法等教学方法，引导学生积极思考与探索、勇于实践，提高教学效果。

(一)“一体化”教学法。以数字化工厂作为教学场所，包括总控室、数字化创新实验室、数控车间等实训场所，使“课堂—工厂一体化、学习—生产一体化、教材—技术文件一体化、教师-技师一体化”，将“教、学、做”融为一体。课程中选用企业典型零件，使得学生从产品的设计、工艺制定、产品的生产与加工等环节去模拟体验数字化工厂的生产环境，体验不同岗位对人才的需求。

(二)项目教学法、分组讨论法。课程各模块都以具体项目为目标，整个教学围绕任务的解决展开，突出知识的应用性，引导学生自主思考与实践。在项目的实施过程中，根据模块的复杂程度，把班级分成若干个项目小组，明确各小组的任务，教师下发不同的项目任务书，要求各小组完成一项指定的工作任务，这样能培养学生的自主学习、创新和团队合作能力。

(三)案例分析教学法、启发引导法。通过实际案例和启发引导，让学生理解项目(模块)任务、所需的知识技能和素质。选取典型性、代表性的案例，将企业典型案例引入教学案例中，使得每个重要知识点都能与企业产品相结合，使教学案例具有典型性。

(四)角色扮演教学法。在实践教学(包括工学结合)过程中，让学生模拟企业中的实际岗位，承担该岗位的所有工作任务和职责，因此，该学习方法能完全与企业中的工作岗位接轨，加深学生对企业不同岗位的认知，能有效地提高学生的职业道德、规范和责任感。

四、典型零件数字化设计与制造课程师资条件建设

鉴于典型零件数字化设计与制造课程的教学内容和要求，实施本课程教学的教师应具有较高水平的理论和实践知识能力，即要求教师能熟练使用数字建模(CAD)软件、自动编程(CAM)软件、CAXA CAPP、CAXA DNC代码管理软件等。同时能熟练操作相关数控设备，掌握数控车床、铣床的加工工艺、刀具、夹具等知识，并能应用相关工艺解决加工中的实际问题。因此，该门课程建议教师能下厂实习一年以上，并具有高级工及以上数控职业资格证书。