新工科背景下高职本科数控机床与机械手集成课程教学设计与实施

方映

摘要：随着智能制造的来临，制造业转型势在必行，而数控机床与机械手集成，构成独立的自动化生产单元，是目前装备技术改造的主要内容。如何将数控技术专业的学生培养成为能从事数控机床与机械手联机联调集成的高技能人才，是高职院校的一个研究课题，该文阐述了高职本科数控技术专业的教学现状、存在问题及数控机床与机械手集成课程的教学设计与实施情况。

关键词：数控机床;机械手;集成;教学

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）10-0088-02

随着智能制造时代的到来以及工业自动化程度的提高，数控机床逐渐由一个独立的加工设备变成智能制造的一个环节，而机械手作为智能制造的另一个环节，用来代替人完成零件加工上下料等重复、劳动强度大及精度要求高的动作。在这样的形式下，能在生产第一线从事数控机床与机械手联机联调集成的高技能人才需求也大幅增加，数控机床与机械手集成作为人工智能的关键技术也是教育部推进的新工科计划中重要内容。

1数控技术专业教学现状

为培养符合装备制造企业需求的、基础理论扎实的高素质技术技能型人才，自2016年起，杭州职业技术学院联合中国计量大学共同开展机械设计制造及其自动化专业（数控技术方向）四年制高等职业教育人才培养试点工作。充分利用两校的优势资源，并与全球第三大数控机床生产厂商友嘉实业集团、浙江西子航空工业有限公司等先进装备制造业的主流企业深度合作，结合杭州区域主导产业发展的要求，将人才培养目标定位于能从事数控机床智能化改造及数控机床与机械手集成的高素质技术技能型人才。该培养目标区别于中职的机床操作类人才和普通本科的数控设备与系统研发类人才，致力于学生数控机床智能化改造、与机械手集成的培养。

经过近几年的校校合作和校企合作，数控专业在以下几方面取得突出成果。

1.1构建了数控技术人才培养新模式

要培养出能在生产第一线从事装配、调试及对数控机床机械、电气及软体进行维修与技术改造，既能动脑又能动手的高素质技术技能型人才，需要本科层次的宽广知识面，又需要高职层次的高技能，学生不但熟练掌握数控机床的操作和装调技能，还须掌握机械制造、电工电子技术、数控原理及系统、数控机床的故障诊断与维修、计算机控制技术、检测传感等方面的知识与技能。为此专业组开发了数控机床电气组装与调试、数控机床故障检测与维修、检测技术、数控机床PMC程序编制与调试等专业核心课程，目前数控技术专业高职四年制本科毕業生毕业时有数控车/铣高级工、数控机床装调维修高级工职业技能，授予工学学士学位。

1.2创新了校企合作体制机制

依托校企共同体企业——友嘉实业集团，在理事会领导下的二级学院院长负责制下，推行专业负责人与车间主任、教师与师傅的对接联系，校企共同制订专业发展规划，将数控装调维修岗位职业标准融人人才培养方案，实现了与友嘉实业集团企业共同制定人才培养方案和课程标准、共同组织实施教学和共同开展教学评价。

1.3建有国内一流实训基地

数控技术专业拥有国家级高技能人才实训基地，依托该基地的现代机械制造中心、电工电子中心、友嘉机床培训中心、友嘉数控机床装调维修中心、数控精密加工中心、省数控加工与维修示范性实训基地、省智能制造示范性实训基地开展学生基本技能及专业技能的培养。实训基地共有包括五轴加工中心在内的数控设备419台（套），总价值6822万。在友嘉集团在杭的12家企业及西子航空工业有限公司内建有多个“厂中校”，培养学生职业技能和职业素质。

1.4建有高水平的兼职教师队伍

“校中厂”20位身份互认、角色互换的企业兼职教师，不仅承担集团企业全国客户数控机床培训、数控机床的售后维修任务，还参与学生的数控机床加工及维修的实践教学指导、课程教学及教材开发，不仅传授最先进的数控加工及维修技能，更重要的是向学生们渗透着严谨的职业素养，缩小了毕业生就业与社会需求的差距，实现就业的无缝对接。

2数控技术专业教学存在的问题

经过近几年的建设和发展，数控机床装调、维修、操作和技改能力的培养虽然取得了一定的成绩。但随着信息技术的快速发展，全智能时代已经越来越近。专业空间不断拓展和融合，数控技术专业也发生了根本性变革，正不断地走向集成化、并行化。数控人才的技能储备既要面向当前急需，又要考虑未来发展。这对数控专业人才培养的质量提出了更高的要求，教学工作还有很大的提升空间。

2.1课程设置跟不上企业对高素质跨学科数控人才的需求

2019年2月至6月，杭州职业技术学院数控技术专业组教师对友嘉集团在杭企业、浙江西子航空工业有限公司、诸暨爱克圣兰模具有限公司、杭州齐创机器人有限公司、杭州新松机器人有限公司、慈溪福德机械设备有限公司、宁波伟力机器人有限公司等企业调研获悉，现代装备制造企业迫切需要精通数控机床等被控对象，而又熟悉机械手的集成性人才，实现加工企业“机器换人”的改造愿景，进而为智能制造搭建实体设备、物理基础。而目前的课程设置中，还没与之相应的课程。

2.2数控装调、维修、升级能力的培养单项性和企业数控装调及研发岗位所需能力的综合性不匹配

针对数控从业人员所需的各项技能，学校进行了有序的各技能单列实训周的安排，但相互衔接不理想，致使相关技能与知识未能有机地融合在一起，教学不成体系，结合生产性的实践少，综合训练缺乏，学生不能及时与应用对接，很难形成综合应用能力。

3数控机床与机械手集成课程教学设计与实施

3.1重构教学内容，开发新形态教材

根据机床制造企业、机械手生产厂家、机械加工企业等企业的调研结果及教师下企业收集的工程素材，按照工作领域、工作任务和职业能力三个层级进行细化划分。课程的教学内容选择与实践过程直接相连的知识，核心内容是实践知识，为促进对实践过程的理解，促进实践能力的迁移以及创新性实践能力的形成，将根据实践的需要有选择地系统学习部分理论知识。并以“以学生为中心、学习成果为导向、促进学生自主学习”思路进行活页教材等新形态教材开发，并提供丰富、适用和引领创新作用的信息化课程资源，构建深度学习的知识体系。

3.2创新教学组织，激发学生原动力

以智能制造实训基地的数控机床和机械手为载体，采用协作教学、现场教学和分组教学来组织教学活動。由教师、友嘉企业驻校技师共同研究拟订教学计划，分工合作，使理论与实践紧密交融，协力完成教学计划。将学生每5人分为一组，小组内部开展合作学习。基础技能教学过程中，实施表单作业管理，时刻关注学生的学习动态。在课程的后期，学生通过基础单元技能考核后，在教师的指导下，由学生自己决定学习成果和汇报形式，在自己设计、自己负责的单元活动中获得有关的知识和能力，激发学生自主学习能力和创新能力。

3.3改革教学方法，强化技改技能

数控机床和机械手的集成课程性质决定了教学方法的变化，采用现场教学、案例式教学、启发式教学、小组讨论等多种方法相结合。在开课初期采用企业现场教学，带领学生深入企业，观察小型自动化生产单元的运行状态，研讨工作逻辑，使抽象的问题直观化，培养学生的学习兴趣，明确学习目标;在讲解数控机床与机械手信号连接问题时采用案例教学法，引入企业完成集成的生产单元为教学案例，以建立学生的工程概念;在PMC程序优化模块，采用启发式教学法，结合冷却、刀架的逻辑引导学生对PMC程序进行分析和优化，以培养独立分析和解决问题能力;在综合联机联调环节采用小组讨论式教学法，以提高学生的综合素质。

3.4延伸考核方法，增加企业元素

本课程的考核分成两部分，一是基础单元技能考核，依据表单作业管理和产品质量标准，不再以试卷考核为主，而是按照工作任务的完成质量，由企业师傅和专业教师联合考核，考核点包括单元任务是否按期完成、工时、工艺合理性、生产说明书的编写，以及合作态度、安全生产行为规范等内容。二是“技术增强型”问题的考核，“技术增强型”问题可以是在现有的设备上完成工程技术的更新和优化，企业师傅和专业教师根据其解决问题的能力、方案的创新性来评价。

4课程建设的成效

4.1解决了各实训环节割裂无主线的现象

充分利用友嘉集团驻校的技师资源以及实训基地的基础设备，以双师共育的教学模式，以数控机床和单机机械手联机联调为载体，开展学期项目教学，将维修电工、数控加工、夹具设计、液压和气压、数控机床PMC程序设计、数控机床电气组装与调试、数控机床故障检测与维修等多门课程的知识点和技能进行有效串联和综合应用。

4.2全面提升学生的综合能力

数控机床和机械手的联机联调集成包括数控机床电气改造、PMC程序的优化、数控机床和机械手的信号传输、机械手程序编制、卡盘的改造、夹爪的设计、供料装置的设计、气动门的设计及安装等。其中数控机床电气改造、PMC程序的优化和机械手程序编制不仅需要学生掌握设备的电气控制原理和安装技能，更加锻炼学生的逻辑思维能力;卡盘的改造、夹爪的设计、供料装置的设计和气动门的设计需要掌握机械设计、机械制造工艺等基础理论知识，还需要掌握数控车铣、线切割等数控机床的操作方法。通过本项目把机械和电气的技能、加工和装调的技能串联起来，进一步提升了学生包括逻辑思维在内的综合能力。

4.3为高职本科院校同类专业课程开发提供有益借鉴

根据企业岗位的实际需要，通过职业能力分析等方法，对教学内容进行整合优化，实行课程综合化，通过本项目的带动，在人才培养模式、课程标准制定、教学方法改革、教学管理机制运行的成果对于同类专业的高职本科发展具有示范和借鉴作用。