基于校内生产实习基地的计算机辅助技术教学

2020-09-14曲兴田王宏一刘海忠孙慧超

实验室研究与探索 2020年7期

曲兴田，王宏一，刘海忠，孙慧超，张昆

（吉林大学机械与航空航天工程学院，长春130025）

0 引言

生产实习是工科学生培养的关键环节，是本科生首次接触实际生产，巩固提高课堂所学的良好机会，在工科类本科教学中起着不可或缺的作用［1-3］。现阶段高等院校生产实习大多单纯在企业进行，可以借助企业拥有先进的大规模化生产现场，成熟的技术与完善管理流程等诸多优势服务于本科教学。但单纯在企业进行生产实习也有很多不足［4］。为此，在校内建设生产实习基地与企业生产实习相配合是很有必要的。

1 建立校内生产实习基地的必要性

（1）企业接收学生意愿下降，无法形成长期稳定的教学规划。企业生产以获得经济效益为目标，近年随着企业生产任务愈发紧凑，各项管理制度愈发严格，企业对于接待学生生产实习的意愿逐年下降，造成企业不断压缩学生的生产实习时间［5-6］。而是否同意学生生产实习，往往与企业当时的生产任务与领导意愿相关，很难建立起长期稳定的合作关系［7］。致使生产实习任务往往要在多个校外企业进行，常常要更换合作企业，无法形成相对稳定且有效的教学计划与内容，严重影响教学质量。

（2）学生在企业进行生产实习，以参观为主，学生参与度低。企业处于技术保密，安全管理等因素考虑，多数不让学生深入生产内部，往往是让学生在规定的区域进行参观，更不会给学生以实践的机会［8-9］。以第一汽车集团各分厂接待实习为例，从2014年起不允许学生进入加工线和装配线生产区域，只允许在3 m线以外观看，学生很难得到深入学习的机会。

（3）计算机辅助技术教学在生产实习环节普遍缺失。计算机辅助技术已经广泛地应用于企业实际生产中，成为不可或缺的一部分［10-14］。从产品设计，人员管理，工艺排布等全方位地渗透于企业生产的各个环节。由于生产实习时间限制，以及企业技术保密等多因素限制，计算机辅助技术在学生到企业实地参观时，几乎得不到体现。学生仅能单纯的接触企业的生产现场，而无法了解生产现场背后计算机辅助技术在其中发挥的作用。基于场所和客观条件的限制，教师也很难将计算机辅助技术融入其中，很大程度地降低了学生对于现代化生产的认识。

2 企业与校内生产实习基地相互配合

生产实习作为工科学生培养的关键环节，既要培养学生的实践能力，建立起理论与实践之间的联系，也要扩大学生的知识面，开拓学生的视野。以企业作为生产实习基地可以以最小的花费，借助企业完善的组织形式、先进化的生产设备和技术人员，帮助学生开拓视野，使学生对工厂的组织结构、管理及其物流状况有一个较为全面的初步认识［15］。

生产实习不只是让学生建立起对企业的宏观认识，也是借此机会建立起学生对已学理论知识与实际应用的联系，并加深和巩固相关专业技能，打通各分支子学科之间的联系。受限于企业难以单独理想地作为生产实习基地，难以给学生深入学习与实践相关专业知识的机会，校内生产实习基地就要发挥其能够让学生深入参与，能够建立稳定体系化教学内容，能够根据实际教学需要作出调整等优势，与企业生产实习形成优势互补。

3 校内生产实习基地的建设

为解决在企业实习的诸多弊端，提高生产实习教学质量，我校机械与航空航天工程学院围绕教学需要建立校内工科生产实习基地。生产实习基地结合选取具有典型工艺特征的汽车前刹车调整臂与变速箱一轴作为加工零件，建立两条完整的生产加工线。生产线涵盖铣、车、磨、钻、插削等多种类加工方式。教学内容从毛坯件开始到切削加工成形、热处理、清洗、探伤、精度检测和标码等，贯穿常规企业产品加工的整个流程，使学生对产品生产加工有全方位系统的认识。图1所示为校内生产实习基地一角。

图1 校内生产实习基地

有别于考虑经济效益与生产安全的企业生产布局方式。校内生产实习基地以教学需求为核心，在保证学生深度参与生产加工的同时确保学生安全。生产线布局加大了各工序之间的空间，针对具有危险性的加工步骤，加装了安全防护装置。生产实习基地采用先进教学管理系统，控制全基地设备只有在受过系统化机床操作训练教师的陪同下才能启动。生产实习基地相关管理人员可以通过计算机和手机实时观察生产实习基地的全景影像，监管生产教学的合规运行。

4 结合计算机辅助技术的生产实习教学内容

计算机辅助技术已经与制造业深度融合，与企业设计、制造、产线布置等密不可分。学生在本科教学中虽然对计算机辅助技术有过接触与学习，但与实际生产脱节，缺乏连贯性和实际运用能力。企业实习中，学生仅能接触生产加工现场，无法参与诸多与计算机辅助技术相关的环节，使学生难以将计算机辅助技术与实际生产建立起联系，制约了生产实习的教学效果。

为使学生更全面深入了解产品研发生产的全流程，熟悉计算机辅助技术软件在制造业发挥的作用，校内生产实习基地根据相关课程教学需要与机械制造的关键环节，制定了与计算机辅助技术应用相结合，注重学生参与实践的培养环节。主要围绕产品工艺规程设计、夹具设计、夹具装配工艺设计3个部分展开。在实践中，学生需学习和使用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助制造工艺设计（CAPP）、计算机辅助装配工艺（CAAP）5大制造业常用计算机辅助技术软件，深入体会计算机辅助技术在实际生产中发挥的作用。

学生在进行生产实习的开始过程，将安排学习之前本科课程没有接触过的CAPP、CAAP两种软件的主要操作流程（见图2）。初步了解两种软件的使用方法后，学生将首先进行产品工艺规程设计培养环节。在此环节中，学生分成不同小组，针对校内生产实习基地加工零件进行工艺规程设计。在CAPP软件的帮助下，学生不受加工机床，加工方法等客观的因素限定，自由地进行工艺规程设计，针对一道工序给出详细的工序加工参数，应用CAM软件进行加工仿真并生成加工代码，并根据各自的工艺规程规划产品生产线。工艺规程设计方案确定后，在教师的带领下，各小组互相展示自己的工艺规程方案与生产线构成，分析各自工艺规划方案的优劣。学生还将与校内生产实习基地相对成熟的工艺规程设计方案与生产线进行对比，进一步强化相关教学内容的理解。

图2 CAPP软件教学

在夹具设计环节，各小组在学习生产线上的夹具后，针对分配的主要研究工序给出每小组自己的专用夹具方案。利用CAD软件进行夹具三维建模，应用CAE软件进行仿真分析（见图3），验证夹具设计的有效性，根据仿真结果完成夹具的进一步优化。以各小组最终完成的夹具设计方案为基础，继续开展夹具装配工艺设计环节的教学培养。学生运用CAAP软件进行夹具装配过程仿真，确定装配过程中的工艺步骤与注意事项，出现装配过程不合理的环节，优化夹具设计方案，最终生成装配工艺规程指导文件。

图3 学生设计夹具CAE分析

在结合计算机辅助技术的教学环节中，虽然计算机辅助技术并不单独作为教学的目标与主题。但却与实践内容密不可分，在学生完成实践目标的过程中，能够深切感受到计算机辅助技术带来的便利和发挥的作用。在过去进行现场生产实习工艺讲解和夹具讲解时，学生往往因为没有实际参与的机会，对于讲解的内容理解不深，不愿意主动学习。在生产实习加入计算机辅助技术学习和应用的任务后，产品工艺规程设计、夹具设计、夹具装配工艺设计3部分教学内容紧密地与生产实习教学讲解内容相结合，增加了学生的参与程度，激发了学生认真听讲，自主学习的热情。在老师进行课上讲解后，能够主动查找相关理论课知识和软件工具书，完成所分配的任务。达到了通过生产实习加强理论知识和实践能力，加深和巩固相关专业课程与技能的目标。