基于PLM平台下的数字化产品设计与智能制造教学模型构建研究

李晓茸 刘明玺

摘要：本文分析了高职机制类专业数字化产品教学模型的构建原则，机制类专业不同工作岗位知识能力的要求，通过虎钳的三维建模、零件二维工程图出图、零件工艺设计、零件工艺卡片制定、零件加工程序编写、零件仿真加工、零件实操加工、零件成品检验、虎钳总装工作任务，完成了基于PLM平台下的数字化产品设计与智能制造教学模型的构建。

关键词：教学模型;数字化产品设计;智能制造

中图分类号：TP391.7                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）14-0243-02

0  引言

基于PLM平台进行机械制造类专业数字化产品的设计和智能制造时，需要结合国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》即“职教二十条”中的相关要求，并结合制造类专业学生职业能力要求，结合国家职业资格能力要求以及行业企业标准，在确定岗位职业能力的前提下，将职业能力转化为教学环节知识点，再依据相关理论知识及实操动手能力点和考核点来构建产品模型，产品模型的设计涵盖了产品设计工程师、零件加工工艺设计师、数控机床零件加工程序设计师、数控机床操作技师、产品检验工程师、产品生产工装设计师等岗位的知识点，教学应用中学生可以体验多个岗位的扮演学习。基于上述思路，本文完成了基于PLM平台下的数字化产品设计与智能制造教学模型构建。

1  高职机制类专业数字化产品教学模型的构建原则

首先，在数字化产品教学模型中充分融入专业知识技能点，并通过模型的构建及新模型重建，使学生能够承担不同岗位角色，如产品设计工程师、零件加工工艺设计师、数控机床零件加工程序设计师、数控机床操作技师、产品检验工程师、产品生产工装设计师等岗位知识点相关知识的学习，完成某个岗位的学习之后，可以进行角色转变，再次扮演新的岗位角色，继续进行相关知识学习，所有岗位扮演学习完成后，学生能够全面了解制造类专业不同岗位，不同角色应具有的职业能力，每个岗位应该掌握的理论及实践知识。其次，数字化产品教学模型构建还应融入现代制造理念，不断采用新技术、新工艺、新的生产管理技术，立足学校，联合企业，产教融合，把企业与学校有机的联合在一起，能够紧跟国家战略规划，服务地方经济，充分发挥教育服务于国家经济发展的需求。再次，通过研教结合，一方面学生可以参与到研发活动之中，从简到难，逐步增加模型难度，循序渐进，提升学生专业能力，学习结束，教师总结，确保学生能够全面了解机械制造数字化产品形成过程，并根据自己在整个数字化产品模型构建中不同角色的学习实践，明确自己的兴趣爱好，从而确定自己今后的职业努力方向，最大限度发挥自己的能力所长，为更好适应未来职业发展需要打下良好的基础。

2  不同工作岗位知识能力要求分析

产品设计工程师知识能力要求，产品设计工程师首先要掌握机械原理、机械零件、工程力学、机械制图、机械制造工艺基础、计算机辅助设计软件的相关知识，能根据工程要求对所需要设计的产品进行原理设计，根据原理设计再进行产品结构设计，产品主要零件工程力学分析。

零件加工工艺设计师知识能力要求，首先要能够对产品工程师设计的产品进行工艺制造性能审核，及时提出产品制造工艺工艺性是否合理及制造成本控制要求，并能够根据企业设备情况确定产品工艺实施的可能性，并反復试验，确定最佳的工艺方案。该岗位需要掌握的知识除了工艺加工方面的知识外，还需要学习机械制图、机械制造工艺基础、计算机辅助制造软件的相关知识。

数控机床零件加工程序设计师知识能力要求、根据产品工艺设计要求，按照零件加工工艺要求编写产品零件加工数控机床应用程序，通过模拟加工、零件试切加工验证程序，并通过程序验证过程，合理优化程序，直至产品零件加工定型。该岗位应具备机床类型及规格选择、刀具切削用量选择、工艺路线拟定的能力、加工顺序确定的能力，具有数控机床操作的基本技能。该岗位还需要学习机械制图、机械制造工艺基础、计算机辅助制造软件的相关知识。

数控机床操作技师知识能力要求、该岗位要求从业者必须具有四级及以上职业资格，能够操作不同系统数控车床、铣床、加工中心的能力，能够对数控机床进行必要的维护及维修能力，掌握机械制图、数控机床手工编程知识，能够根据机床类型编辑处理机床加工中程序存在的简单问题。

产品检验工程师知识能力要求、该岗位要求从业者应该掌握机械制图、国家标准等相关知识，能正确识图，掌握公差配合相关知识及国家标准，能够根据产品设计工程图要求正确检验产品零件，能够根据产品总装图正确掌握产品零件检验过程中残次品的甄别遴选。

3  PLM平台功能

PLM软件是CAXA公司开发的一款生产协同管理软件，该管理软件可以对企业生产全过程进行控制管理，在此平台上，一款新产品从产品设计前的调研、设计方案的论证、产品原理结构设计、产品零件力学分析、产品制造、工艺管理、生产管理、售后服务等各个环节进行数字化管理，可以实现产品的数字化设计和数字化管理。

PLM协同管理软件对应于不同的管理模块以及完成某个模块的相应工作都需要不同工种的相关技术人员来完成，完成各模块相应的工作，也就是学生走向工作岗位时未来可以从事的职业，能否完成以及完成各功能模块所要求的相关工作也是检验学生在校学习情况的重要手段，依据平台模块使用运行要求可以设计不同角色扮演者工作任务及理论实践知识学习点。

4  數字化产品教学模型的构建

结合制造类专业学生职业能力要求，结合国家职业资格能力要求以及行业企业标准，考虑到教学环节知识点及实操动手能力点进行数字化产品教学模型的构建。本文设计了一款常用夹具十字平口虎钳，其三维模型如图1所示。通过该虎钳的三维建模、零件二维工程图出图、零件工艺设计、零件工艺卡片制定、零件加工程序编写、零件仿真加工、零件实操加工、零件成品检验、虎钳总装等环节的训练，使学生充当了产品设计工程师、零件加工工艺设计师、数控机床零件加工程序设计师、数控机床操作技师、产品检验工程师、产品生产工装设计师等岗位的角色扮演。在角色的扮演过程中，学生可以提出创新的设计思路，可以融入现代企业的新技术、新工艺以提升自己的专业技能。三维建模完成之后需要进行虎钳装配图绘制，如图2所示。

对虎钳各个零件的零件图进行绘制，并完成相应工艺卡片的编制。本环节需要完成的零件有底板、长丝杠定位板、长轨道、长轨扣板、驱动板、虎钳定口、虎钳动口、上轨扣板、丝杠固定板、带槽圆螺母、长丝杠和旋转杠杆。最后完成刀具卡片的填写。

完成虎钳各个零件的零件图绘制和相应工艺卡片的编制之后，就要进行零件程序的编写，并进行仿真加工，图3所示为底板仿真视频。

最后是零件的实操加工和检测，学生依次完成底板、长丝杠定位板、长轨道、长轨扣板、驱动板、虎钳定口、虎钳动口、上轨扣板、丝杠固定板、带槽圆螺母、长丝杠和旋转杠杆的实操加工，并进行装配工作。

5  结语

通过虎钳的三维建模、零件二维工程图出图、零件工艺设计、零件工艺卡片制定、零件加工程序编写、零件仿真加工、零件实操加工、零件成品检验、虎钳总装等环节的训练，使学生充当了产品设计工程师、零件加工工艺设计师、数控机床零件加工程序设计师、数控机床操作技师、产品检验工程师、产品生产工装设计师等岗位的角色扮演。并基于PLM平台实现了产品的数字化设计和数字化管理，训练了学生的综合能力，实现学校学习和企业上岗零过渡。

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