高校机械工程训练中实施柔性制造实训的探讨

2020-01-09山东烟台大学工程实训中心胡克强

河北农机 2020年12期

山东烟台大学（工程实训中心）胡克强

1 前言

随着相关的技术不断迅猛发展，工业产业迎来了柔性制造新时代。柔性制造的最大特点是能够根据客户的需求快速调整生产线，实现规模化生产的同时，满足客户的个性化要求，因此对于相关从业人员的综合素质要求极高，所以在高校中展开柔性制造的相关实训，就成了现如今的刚需。本文将针对此项问题展开多维度的探讨。

2 柔性制造实训的特点与应用

2.1 柔性制造实训的特点

柔性制造的特点是能够根据任务的不同，通过调节加工传输和控制系统的方式实现小批量、自动化的生产，因此这项技术的一大特点就是具有模块化、综合化和可快速调整化。这项实训课程需要相关的教职人员以及学生一起配合完成一个工业品从设计到出样品的全流程，以整个生产流程的可调节性作为教学质量好坏的评判标准。

2.2 柔性制造实训的应用

柔性制造实训是由认知性实训以及实操性实训两部分构成。在认知性实训中，因为学生的个人能力与水平不足，所以一般都是通过老师来演讲和教学，通过实践性教学来进行，一般会借助一些展板、图片、课件等配合实践训练。在认知性实训中，操作过程的精准度并不重要，老师们需要让学生明白各项操作的具体流程与规范，将用柔性制造系统实际加工零件展示给学生们，这样有利于学生们了解操作过程，产生较为直观的认识。因为需要满足教学需求，需要老师选择一些具有典型性和易操作性的流程工序。其次是在实操性实训中，因为数控加工技术是机械工程中非常重要的一项课程，在教学中也常常作为独立的教学项目来展开，所以在柔性制造系统的实操性实训中，不需要重复数控机床编程和操作实训，而只需要学生们能够针对工业机器人进行手动的操作训练，以及加强对工业机器人的编程练习。高校机械工程的柔性制造实训是需要较长时间去调试和运行的，所以必须要高校能够安排好足够的课时，满足实训教学的主要需求。

3 在高校内开展柔性制造实训的必要条件和方法

首先从整体来说，柔性制造这个概念是近些年来提出的一种新的机械加工和制造理念，对于如何理解和开展此项教学，各大高校都在摸索。实训课程的设计各高校都有不同的区分和差异，要根据自身的特点来推行合理的教学方法，但总体不变的原则应该有以下3 点。

3.1 打破原有的单一专业教育模式

现在自动化加工系统中的控制和操作技术变得更加复杂，整个工业制造的环节当中，会涉及各类专业的学科，需要不同专业人才通力配合来完成。而柔性制造本身就具有高可调节性、高综合性的特点，因此针对学生的教育，就需要打破原先的以专业课程为中心各这专业单打独斗单独授课的教学方法，让学生不仅仅了解自身所学的专业知识，更要了解如何运用自己的专业知识和其他领域知识对接，自己所学的专业知识在整条工业生产线当中发挥着何种作用。首先让学生对整条生产流程所需要经历的环节和相关的沟通技巧有一定的了解，最后通过让学生学习综合的全套工业生产流程相关信息来提高学生的综合素质，因此在开展实训课程的时候，就需要让不同专业的学生共同合作。以3～5 人的规模成立相关的实习小组。小组当中成员最好是来自不同专业的学生，并且让他们尝试共同协作完成后面的实习课程，以帮助他们打通自己的思维壁垒，形成整体化的思考方式。

3.2 设计出模块化的实训课程

学生学习相关知识应该由浅入深，由基础到复杂，在进行实训时，应该遵循这个原则。而整个柔性化制造教学实训应该分为两个阶段。第1 阶段是以基础教学为中心，这一阶段让学生接触某一特定的单独的模块。例如如何完成一个工作站的组装操作和排除故障、维修等，让学生能够将所学的专业知识综合应用，培养学生的动手能力、独立思考能力及团队精神。

而第2 阶段就是要让学生实际操作，从设计理论基础到三维模型，最终到零部件加工到成品的全阶段全工业流程，本阶段的重点培养目标是让学生完成一次从设计到实物模型的全流程。培养学生的思考能力，审美及想象力。同时在各个过程当中，让学生组成不同的工作小组。自由组合和分配相关工作，并相互配合来完成整个流程，培养学生的综合素质，尤其是沟通能力以及协调能力。

3.3 充分利用校企联合资源

高效的机械工程，专业的特点就是贴近工业生产本身，因此要培养出学生的实际动手能力，除了通过学校本身的资源以外，还可以通过校外各种企业的资源来实现。可以组织学生参观相关以及拥有柔性制造能力的企业，通过实际感受和体会，对柔性制造相关理念和实际操作方法有更深的认识。同时通过对实际工作现场的参观，让学生体会到一些原先无法感受到的内容，在大规模定制化生产过程中，会遇到各种技术要点和处理方法，这能够帮助学生更好地适应未来的工作岗位，了解企业对相关人才的需求。在处理各种技术问题时，能够更加具有合理性和及时性，提升学生的综合竞争力。

3.4 教学方案的设置

机械工程包含多个专业，而如果每一个专业都用同一个教学方案的话则无法满足教学需求，所以需要学校教务部门能够根据教学要求和学科特点来设置教学方案，从而实现教学效果的最大化。一般来说，目前比较流行的柔性制造实训的教学方案是将新教学过程分为两种。第一种是认知型教学方案，也就是针对一些专业性不强的非机械工程专业的学生进行教学，所以在其教学安排上只需要设计一些专业性不强的内容即可。第二种是综合性教学方案，这就是专门针对机械工程的学生所设置的教学内容。一般来说，其内容包括电子信息工程、材料成型及控制工程、工业机器人等一系列与机械相关的学科内容。

4 建设智能制造柔性生产线实训室

为了使机械工程学生能够贴合实际的发展需要，各学校应以“统筹规划、强化特色、培育优势”为原则，在基本教学体系的基础上与智能技术相结合，建设好智能制造柔性生产实训室。

4.1 智能制造柔性生产线实训室的概念

智能制造柔性生产线实训室需要包含过程控制、工业机器人技术仪表、系统辨识、故障诊断、工业机器人综合训练、机械手运动控制、分拣训练系统、工业机器人技术、立体仓库等一系列的子系统，是为了机械制造工程专业的学生能够有效训练，做好日常的培训和毕业设计的专业基地。另外，该基地还能够面向校内校外的科研项目开放，老师们可以在智能制造柔性生产线实训室开展科研活动和科学研究，为高校科技创新提供新场所，甚至可以与高校合作企业合作开展科研项目。总之，智能制造柔性生产线实训室的作用是巨大的，其所包含的性能也非常强大，完全可以满足大学生日常学习和实践需求，是一种能力综合、设备先进、结构合理的综合性的实践教学基地。

4.2 智能制造柔性生产实训室的建设要求

要想建设好智能制造柔性生产实训室，首先要依照教学原则，以加强教学任务内容、加强教学资源、加强教学质量考核三大原则来进行建设过程。并且需要在一定的管理体系下做好管理工作，面对各项实验与科研设施，要制定严格的检查与维护制度；其次是在各项课程中的教学互动与教学体系建设。本文针对机械工程来说，在机械工程中，比如过程控制、电气控制、工业机器人控制、变频器应用等一系列主要课程的主要实训都需要在智能制造柔性实训室中进行，所以必须要加强基础的建设。

4.3 系统介绍

智能制造柔性生产实训基地是需要有非常先进的制造装备和控制系统组成的，并且因为目前计算机信息化技术的大力推进与优化，在智能制造柔性生产实训基地中还需要加入信息化管理系统，要做到制造设备、过程控制、软件与物联网等方面完美结合，使机械工程的教学任务能够高效完成。在系统功能的设置上，需要保证智能制造柔性生产实训基地具有PLC 控制、机器人控制、设备控制、工业现场分布式控制、监控系统控制等功能，做到全过程的自动化和智能化。

4.3 可实现的实训内容

在基础学习上，在智能制造柔性生产实训基地需要实现气动原理试验、传感器与检测技术试验、电机与电气原理试验、电工电子技术试验、PLC 初始试验、机器人及机器人示数器试验、机器人编程软件试验、射频识别技术试验、智能视觉系统试验、机器人维护维修试验、机床维护维修试验等。而在应用项目试验上，可以实现对工业机器人平台硬件的安装与调试、示数器项目、机器人应用项目、电气安装与调试项目、光电光纤检测传感器项目等，本文不一一列举。可以确定的是，在利用智能化技术建设柔性生产制造实训室之后，无论是教学效果还是教学效率都会有非常大的改善，这也是目前柔性生产制造实验室的重要发展趋势。