智能制造生产线的工程训练教学内容和方法的探索

宋崇杰 李敏

摘 要： 针对目前智能制造生产线工程训练教学仅限于简单地参观和了解，设备使用率不高，难以充分发挥出设备的教学价值的现象，我们通过分析智能制造工程训练教学资源的特点和大学生的学习目的，提出了智能制造生产线工程训练的教学内容和教学方法。

关键词： 智能制造生产线;工程训练;教学资源;教学内容

Exploration of Engineering Training Teaching Content

and Method of Intelligent Manufacturing Production Line

Song Chongjie Li min

Engineering Training and Innovation Practice Center of Wuhan University HubeiWuhan 430072

Abstract： Aiming at the phenomenon that the current engineering training teaching of intelligent manufacturing production line is limited to simple visits and understanding，The usage rate of the equipments is not high and not giving full play to them，we have analyzed the characteristics of the teaching resources of intelligent manufacturing engineering training and the learning purpose of College students，and then，we propose the teaching content and teaching methods of the engineering training of intelligent manufacturing production line.

Key words： Intelligent Manufacturing Production Line;Engineering Training;Teaching Resources;Teaching Content

1 教學现状

《中国制造2025》是我国关于实施制造强国战略的第一个十年行动纲领[1]，指出要坚持把人才作为建设制造强国的根本，营造“大众创业、万众创新”的氛围[1-3]。智能制造自动化生产线技术的发展和应用，对中国制造业走向高端化、智能化的发展道路尤为重要[4]。近几年，众多高校，尤其是理工类的院校紧跟时代科技发展的潮流，在院校的课程内开智能制造相关课程，自动化生产线实训设备得到广泛应用[5]。

然而，各高校的智能制造生产线工程训练教学，一般仅限于简单地参观和了解，设备的使用率不高，没有充分发挥其教学价值，造成此现象的根本原因主要有三点：第一，智能制造生产线的复杂性较高;第二，工程训练的教学理念尚未达到大维度、大高度的层次;第三，普遍缺少知识全面和技能全面的教学团队。

2 智能制造生产线教学资源的组成特征

我校智能制造生产线由总控制台、立体仓库、AGV小车、工业机器人、数控车床、加工中心、检测单元、装配拧丝单元、装配压装单元、视频监控单元十大部分组成。它们通过工业以太网互联，实现信号和数据的传递，同时与社会网络互联，实现远程故障诊断和个性化订制;其中，总控制台的主要软件包括：ERP企业资源管理、MES制造执行系统、PLS产品生命管理系统、DNC数控机床程序传输软件、MDC制造数据采集监控系统，以及博图软件，用以监控所有设备PLC程序的运行。

此产品结构决定了其具有以下特征：①面向未来万物互联、万物智能的特征，并随着科技的发展逐步完善;②系统复杂性特征;③制造工艺流水作业和闭环控制特征;④多学科交叉融合特征。

3 教学目标

处在科技高速发展和信息爆炸的今天，未来更多工作将会被人工智能所代替，如何适应未来的教学是每个教师面临的严峻问题。大学教育的核心目标是培养学生的自主学习、动手实践、人际交往、系统思维等综合能力，同时，还需要具有适应未来的专业能力，一切教育内容及形式都要服务于此目标。根据大学教育的核心目标和智能制造生产线的教学资源特征，我们提出了本课程的教学目标：①帮助学生建立前瞻意识，做一个有远见的人;②帮助学生提高思维的系统性和逻辑性，以及模块化认知的能力，做一个思路清晰的人;③帮助学生形成标准化流程控制、闭环控制意识和习惯，做一个严谨的人。

4 教学内容及方法

4.1 教学内容

此课程的教学内容包括：①PPT讲解智能制造实训的理论基础;②现场观摩智能制造生产线，自动加工3～5个零件，并自由提问;③演示操作立体仓库和工业机器人;④学生自主编写加工程序，并上传至MES制造执行系统，实现个性化订制;⑤问答及讨论环节;⑥课外完成实训报告。

4.2 教学方法

教学方法的总原则是：①理论和实际穿插教学;②师生互动，启发式教学;③学生独立思考、自由讨论，老师答疑。具体到每个教学模块，分别有如下特点。

PPT讲解智能制造实训的理论基础：通过介绍工业4.0和智能制造，让学生了解国内外智能制造的现状和发展趋势;通过讲解智能制造十大关键技术，帮助学生了解可深入探索的研究方向，也帮助学生初步建立前瞻意识，学做一个有远见的人;通过讲解实验室的智能制造生产线的结构和控制逻辑关系，培养学生的系统思维、逻辑思维、、标准化思维、可靠性思维、安全性思维、创新思维，加深对智能制造理论及应用的理解，同时，为下一步的实践学习打好基础。

现场观摩智能制造生产线，自动加工3～5个零件，并自由提问。老师启动生产线，演示3～5个零件由毛坯到成品的自动制造的全过程。学生可以观察到各种加工方法，如车、镗、铣、钻、攻丝、雕刻等，以及检测、拧丝装配、压力装配等工艺过程，也可以观察原材料进出立体仓库、机器人上下料、冷却、润滑等辅助动作。在这个教学单元，学生可以认识到智能制造生产线是由各种模块组成的有机整体;理解到它的正确运行是靠严谨的流程控制和逻辑控制来实现的，它的加工质量是靠自我修正的闭环控制来保证的，由此启发学生怎样做一个严谨的、靠谱的人，在严谨和靠谱方面，我们应该向性能优异的机器学习。由于智能制造生产线的复杂性，偶尔会出现故障在所难免，说明生产线的某个环节存在缺陷，任课老师要及时找出故障原因并排除，课后要对设备进行改进，并严格控制毛坯的进货质量，长此以往，智能制造生产线就会不断得到完善，可靠性会进一步提高。

演示立体仓库的分解动作，帮助学生理解立体仓库的机械结构和电气结构，了解立体仓库进库、出库、移库的运动控制，了解立库各库位的数据监控和运行调度控制;演示操作工业机器人，帮助学生了解工业机器人的机械结构和电气结构，了解它是基于大地坐标系、基座坐标系、工具坐标系和工件坐标系来进行编程的，了解到工业机器人本体是基于六个关节运动的，所有的直线运动、圆周运动、任意曲线运动、焊枪或夹具的姿态都是基于六个关节运动进行合成的;了解示教编程的方法及特点;了解虚拟现实的离线编程的原理及其设计虚拟环境世界的尺寸要求。

自由编写加工程序，上传至MES制造执行系统，实现个性化订制。这个模块要求学生预习简单的零件加工工艺，掌握CAM软件，选择合理的切削参数，生成正确的数控程序代码，经任课老师审核后，通过互联网传送到智能制造生产线总服务器的MES制造执行系统，再经过DNC传送给各工艺单元，将其任务和数据融合到MES的调度系统和数控机床的数控系统中去，自动加工零件，从而实现个性化订制。该教学模块可以让学生深刻体会到工程技术的科学性、经济性和严谨性等特点。

问答及讨论环节。这是一个师生一起放飞的环节，老师需要精心准备十几个题目，学生既可以围绕这些题目讨论，也可以围绕智能制造提出任何问题;学生和老师各抒己见，以理服人，营造浓厚的学术讨论氛围，锻炼学生的口才，提高其思辨能力。例如，有学生问到阿法狗的软件技术和智能制造的智能加工软件技术哪个更难设计，几个学生之间进行了激烈的争论，最后老师下的结论是各自难度的侧重点不同，阿法狗的难度在于算法，而智能制造智能加工的难度在于收集各种加工工况数据，因为被加工的材料、加工刀具的用途及其材料、加工工藝方法等均具有多样性，以及传感器的测量精度等因素，都会影响到智能加工的判断。

课外完成实训报告是学生升华学习内容的重要方式，一方面他们需要回顾实训过程，总结实训收获;另一方面实训报告也是学生帮助教师提高教学质量的一个有效手段，实训报告要求学生对上课质量进行评价，并提出建议;理想的教育是双向的，学生的生命也能照耀教师的生命，也能超度老师，玉成老师，也能去提升、创造、实现教师的生命价值;这里也体现了闭环控制的习惯在提高我们工作质量方面的价值。

5 结论

该课程经过一个学期的试运行，取得了很好的教学效果，深受同学们喜爱。它拓宽了学生的视野，提升了学生的系统思维、逻辑思维以及闭环思维的能力，在一定程度上促进他们成为有远见、思路清晰、做事严谨的人。

参考文献：

[1]朱丽霞，严奇春.基于DEA方法的高校固定资产管理绩效评价探讨[J].实验技术与管理，2014，31（3）：228-231.

[2]王小宁，王起彤，都灵.基于DEA技术的高校固定资产管理绩效评价——以教育部直属高校为例[J].会计之友，2015（24）：79-83.

[3]李华军，邹富发，张玉磊.基于绩效视角的高校固定资产管理模式研究[J].会计之友，2011（6）：50-52.

[4]帅毅.基于生命周期的高校固定资产管理研究[J].会计之友，2013（5）：111-113.

[5]李宽元，王中任，陈十力.基于PLC控制的自动化生产线实训设备的设计[J]，机械工程与自动化，2016（2）：176-177+180.

作者简介： 宋崇杰（1964—），男，湖北鄂州人，工学士，高级工程师，硕士生导师，主要从事机械工程智能装备方面的产品研究开发和工程训练教学。