基于技能大赛的机电一体化专业课程改革*——以数控机床装调维修及智能化改造赛项为例

卓自明 ，徐大根 ，孟宋坤 ，张熙臻

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221000）

0 引言

《中华人民共和国职业教育法》已于2022年4月20日修订通过，自2022年5月1日起正式施行。该法律文件最大的亮点在于明确职业教育是与普通教育具有同等重要地位的教育类型，明确了职业教育的地位和不可替代的重要性，提升了职业教育在人们心目中的认可度。该法案同时提出要深化产教融合、校企合作，完善职业教育保障制度和措施。这是职业教育法实施以来最大的一次修订，也是今后职业教育发展最为重要的保证和推动力，极大地鼓舞了广大职教生和职业教育从业人员的士气。

由教育部和各省级教育主管部门发起的职业院校技能大赛是学校培养高素质技术技能人才的重要途径，是专业知识深化和实践技能提升的优质平台，同时也是学院高素质技术技能人才培养成果集中展现的舞台。通过大赛引领教育行业对现有教学模式、教学体现和评价方式进行与时俱进的调整，促进人才培养，实现质量的提升[1-5]。

1 赛项简介

数控机床装调维修及智能化改造赛项涉及以下几方面内容：机械设备的装调及精度检验，数控系统故障排除，电气线路的施工，典型工件的编程与加工测量，机器人仿真软件调试等专业技能。比赛涉及的课程有：机械制图与计算机绘图、电工电子技术、电机与电气控制技术、工业机器人编程与操作、可编程控制器技术及应用、机电设备故障诊断与维修等。基本涵盖2022年新修订的高等职业教育专科专业介绍中机电一体化专业的大部分专业课程。

2 机电一体化专业现状

以徐州工业职业技术学院为例，该校机电一体化专业隶属于机电工程学院工业机器人专业群，其培养目标为：掌握本专业知识和技术技能，面向通用设备制造业，金属制品、机械和设备修理业的设备工程技术人员、机械设备修理人员等职业群，培养能够从事机电一体化设备生产与维修、自动生产线运维、工业机器人应用、机电一体化设备安装与调试、机电一体化设备销售和技术支持、机电一体化设备技改等工作的高素质技术技能人才。核心专业课程包括电气控制与PLC应用技术（Mitsubishi）、运动控制技术（XINJE）、组态软件项目开发与实践、自动化生产线安装与调试、机电系统设计与调试技能训练等。培养方案每3年进行一次修订，但技能大赛内容每年都有不同程度的变化，尤其是2021年和2022年向智能制造方向发展的趋势愈发明显，增加了数控机床与机器人上下料等内容，MES系统的综合运用也是今后发展的方向。因此，在技能大赛的引领下，势必要对机电一体化专业的培养方案与课程进行修订[6-7]。

3 技能大赛数控维修赛项的变革和启示

数控机床装调维修及智能化改造赛项对接智能制造职业方向，强调的是通过数控机床调试、故障维修和功能开发解决实际问题能力，是对专业知识的综合应用和能力升级。通过该赛项引领和促进机电一体化、机械设计及其自动化专业的教学改革，提升培育教学的成果。

3.1 促进教学理念和内容的更新

技能大赛的每一个赛项都与该行业领域紧密对接。因此，其比赛内容和发展方向，既能反映该领域最新发展理念，又能体现该行业技术标准、技能需求和实践要求。

通过参加数控机床装调维修及智能化改造赛项，教师可将数控机床功能开发模块融入“运动控制”这门课的教学内容。数控机床功能开发主要是通过FANUC 0i MF数控系统提供的模拟主轴控制完成特定功能的开发。该赛项采用FANUC 0i MF数控系统、编程软件、欧姆龙变频器等软硬件设备。比赛内容旨在培养学生综合运用专业基础知识能力，比如梯形图编程、变频器正确使用、电工接线等专业技能，提升学生逻辑思维和动手能力。该环节要求完成电路设计元器件安装和功能开发后根据要求自行验证，在此之前机床首先需要通过把参数#3716的#1改为0，实现串行主轴到模拟主轴的切换，然后对#3730模拟主轴电压增益、#3741主轴的额定转速、#3799的#1进行相应的设置。参数调整完成后，系统断电进行主、副柜电源和通信系统的连接，通过变频器参数调整使得与模拟主轴电机的转速相匹配。模拟主轴程序时要注意编写的程序与原有的程序是否有冲突，变频器控制端子排连接点位与PMC信号是否吻合。主体程序是由正反转程序和转速控制程序配合形成，转速程序通过机床面板输入信号，计数器或者加减法计数器计数后转化为转速控制CNC，显示并发出对应电压给到变频器，实现可调转速控制。该内容涉及变频器、梯形图编程、变频器控制、三相异步电动机的接线控制等专业知识点。这些知识内容的融入，有利于教育教学理论知识推陈出新。与此同时，将实践中实用性的知识带入课堂，是高职院校培养技能型人才的重要途径。这不仅提升了学生的学习兴趣，也增强了课程的实用性和技能性。

3.2 推行“线上+线下”探索导向教学模式

学生学习主动性不高，课堂教学效果不理想等高职院校在现实教学中所面临的困境，迫使教育教学的参与者进行教学模式改革和探索。翻转课堂的教学模式可以实现课堂和课下学习活动的统一。课前，老师可以将软件工具、微课视频、PPT、课前作业等教学资源发布在网上，学生在课下任何时间都可以进行自主学习。这种学习方式一方面可以摆脱传统学习方式时间和空间的限制，增强学生的学习兴趣；另一方面学生也可以通过先行学习获得对知识点的初步认识，了解学习目标。可有效提升课程教学效果。课堂教学内容实施过程中，简单概念性的问题可以通过简短梳理总结完成，更多的时间用于核心知识点的分析、讨论、联系和总结。

“机电设备故障诊断与维修”作为机电一体化专业的核心课程，在教学形式上可以引入数控机床装调维修及智能化改造赛项中“机器人上下料编程”模块。该部分任务要求利用FANUC LADDER-III软件在原有的梯形图基础上编写和修改PMC梯形图，实现功能开发，开发内容包括电动机正反转与起保停程序、三色灯闪烁程序、机器人上下料虚拟仿真程序。其中，电动机正反转与起保停程序编写较为简单，学生根据预设的I/O地址分配表编写即可，控制方式上可以选择自动与手动两种模式。机器人上下料程序是由PMC发出信号与连接在机床I/O面板上的仿真模块实现可视化模拟，模拟画面可通过PC安装的仿真软件查看，通过预先约定的点位进行逻辑控制，逻辑控制顺序为PMC接收到机器人到位信号后发出下一步运行指令对机器人进行控制。与实际机械手的区别在于点位较少，便于理解，后续也可以外接机器人实物实现全自动上下料加工。程序编写时要做到逻辑正确思路清晰，保护功能要设计齐全。例如，安全门未打开的情况下机械手无法进入机床，加工过程中机器人不会干扰机床等。该部分内容与“机电设备故障诊断与维修”这门课程在专业性上高度相关。学生课下可以利用FANUC LADDER-III软件和机器人仿真软件，结合老师的教学资源和学习任务考核，完成线上自主学习。教师根据学生任务学习情况有针对性地进行讲解和答疑。

3.3 调整和完善课程教学内容

“机床构造及机电设备安修”是一门重要的专业课，其课程目标是掌握典型机床的基本知识，初步具备基本机床的安装、调试和维护能力。在以前的课程标准中对于机械设备的拆装训练主要针对普通车床，新的课程内容增加了数控机床主轴部分的拆装练习，更贴近企业的实际需求，具体的课程目标如表1所示。

表1 “机床构造及机电设备安修”课程学习目标

数控机床装调维修及智能化改造赛项的主轴拆装模块可以融入课程教学内容中去。该模块考查选手对数控主轴的拆装、内部结构、主轴装配的工艺要求、精度要求、主轴传动原理的理解及动手能力。该模块的主要考核内容如下：1）进行前轴承的安装，主轴前端面朝下竖立在工作台上，将配合好的迷宫圈装入主轴，装入第一个前轴承，轴承内外环标记对齐，大口朝下，轴承安装为背对背；装入内外隔套；装入第二个前轴承，轴承内外环标记对齐，轴承外标记对齐，装入隔套。2）装入前轴承螺母，使用扳手紧固，调整力矩扳手为80 N·m。3）使用杠杆千分表测量，前轴承外环与主轴后轴承径接触圆之间会装跳动Δr，前轴承外环端面装跳动Δa。4）装入后轴承隔套，装入两后轴承，轴承内外环标记对齐，轴承外顺序标记对齐，前后轴承外标记同一方向，装入主轴套筒，将后盖板与皮带轮组装。5）装入平键，将皮带轮装入，装入后轴承螺母，使用可调节扳手紧固，调整力矩扳手为60 N·m。6）装入前法兰盘，装入防水环，装入定位键。

将组装好的主轴固定在主轴安装架，安装三项异步电机于电机座，使用杠杆百分表调整三项异步电机与机械主轴转动芯轴的同轴度。安装弹性联轴节、安全防护罩。调节欧姆龙变频器参数，为后续主轴上电检查。

通过把上述大赛的内容融入到课程教学中，可以有效提升学生动手能力，更加贴近未来岗位的实践要求。

“机电设备故障诊断与维修”课程可以将数控系统故障诊断与排故环节融入教学内容中去。比赛要求以解除系统报警，准确实现功能动作视为完成任务。选手在进行排故时应根据要求对数控系统进行参数设置。

故障排除的步骤如下：排除故障时先确定I/O link分配正确，机床X、Y信号正确，不冲突。再检查机床显示功能是否完整，是否显示实际速度，是否显示实际主轴转速、T代码，是否显示主轴倍率值，是否显示用来显示伺服设定画面的软键，是否显示用来显示主轴设定画面的软键，是否进行操作监视显示、机床语言的切换、机床单位的设定等等，在完成这一系列的显示问题后，根据报警页面显示排除机床报警。该部分内容融入可以弥补课程中对数控系统软件内容偏少的不足，可有效提升学生岗位竞争力。

3.4 加强岗、课、证、赛的融通

数控机床装调维修及智能化改造赛项主要检验学生机械设备的装调及精度，数控系统故障排除、电气线路的施工，典型工件的编程与加工测量，机器人仿真软件调试等方面的专业技能。技能的培养离不开长期的现场动手操作。学校现有教学资源通过有效整合可以很好地实现岗、课、证、赛融通。学校现有教学资源和平台：省级区域开放共享——徐州市重大装备制造技术实训基地（苏北唯一），江苏省重大装备智能制造技术实训平台（苏北唯一），江苏省工程装备智能制造工程技术研究中心（苏北唯一），徐州市工程装备智能制造产教深度融合实训平台（苏北唯一）。实现实训平台的岗位设定与课程对接，有效提升学生技能水平，通过考取职业资格技能证书和参加技能比赛的形式检验学生学习成果，同时这也是对学校教育教学水平的检测。

4 总结

高职院校是培养高素质技术技能人才的重要阵地，而职业院校技能大赛不但可以指引专业和课程体系发展，而且可以为学校人才培养提供一个检验和充分展示的平台。技能大赛重点在综合知识的运用和实践操作能力，符合专业人才培养方案的需求。将技能大赛相关内容融入专业课程，对教学理念和内容的更新，“线上+线下”的探索导向的教学模式，课程教学内容调整和完善，岗、课、证、赛的融通有明显促进作用，有助于机电一体化专业人才培养质量的提升[8-10]。