新工科背景下高職本科數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成課程教學(xué)設(shè)計與實(shí)施

方映

摘要：隨著智能制造的來臨，制造業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行，而數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成，構(gòu)成獨(dú)立的自動化生產(chǎn)單元，是目前裝備技術(shù)改造的主要內(nèi)容。如何將數(shù)控技術(shù)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)成為能從事數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手聯(lián)機(jī)聯(lián)調(diào)集成的高技能人才，是高職院校的一個研究課題，該文闡述了高職本科數(shù)控技術(shù)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀、存在問題及數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成課程的教學(xué)設(shè)計與實(shí)施情況。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;機(jī)械手;集成;教學(xué)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0088-02

隨著智能制造時代的到來以及工業(yè)自動化程度的提高，數(shù)控機(jī)床逐漸由一個獨(dú)立的加工設(shè)備變成智能制造的一個環(huán)節(jié)，而機(jī)械手作為智能制造的另一個環(huán)節(jié)，用來代替人完成零件加工上下料等重復(fù)、勞動強(qiáng)度大及精度要求高的動作。在這樣的形式下，能在生產(chǎn)第一線從事數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手聯(lián)機(jī)聯(lián)調(diào)集成的高技能人才需求也大幅增加，數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成作為人工智能的關(guān)鍵技術(shù)也是教育部推進(jìn)的新工科計劃中重要內(nèi)容。

1數(shù)控技術(shù)專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

為培養(yǎng)符合裝備制造企業(yè)需求的、基礎(chǔ)理論扎實(shí)的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，自2016年起，杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合中國計量大學(xué)共同開展機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（數(shù)控技術(shù)方向）四年制高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)試點(diǎn)工作。充分利用兩校的優(yōu)勢資源，并與全球第三大數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠商友嘉實(shí)業(yè)集團(tuán)、浙江西子航空工業(yè)有限公司等先進(jìn)裝備制造業(yè)的主流企業(yè)深度合作，結(jié)合杭州區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，將人才培養(yǎng)目標(biāo)定位于能從事數(shù)控機(jī)床智能化改造及數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。該培養(yǎng)目標(biāo)區(qū)別于中職的機(jī)床操作類人才和普通本科的數(shù)控設(shè)備與系統(tǒng)研發(fā)類人才，致力于學(xué)生數(shù)控機(jī)床智能化改造、與機(jī)械手集成的培養(yǎng)。

經(jīng)過近幾年的校校合作和校企合作，數(shù)控專業(yè)在以下幾方面取得突出成果。

1.1構(gòu)建了數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)新模式

要培養(yǎng)出能在生產(chǎn)第一線從事裝配、調(diào)試及對數(shù)控機(jī)床機(jī)械、電氣及軟體進(jìn)行維修與技術(shù)改造，既能動腦又能動手的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，需要本科層次的寬廣知識面，又需要高職層次的高技能，學(xué)生不但熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作和裝調(diào)技能，還須掌握機(jī)械制造、電工電子技術(shù)、數(shù)控原理及系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修、計算機(jī)控制技術(shù)、檢測傳感等方面的知識與技能。為此專業(yè)組開發(fā)了數(shù)控機(jī)床電氣組裝與調(diào)試、數(shù)控機(jī)床故障檢測與維修、檢測技術(shù)、數(shù)控機(jī)床PMC程序編制與調(diào)試等專業(yè)核心課程，目前數(shù)控技術(shù)專業(yè)高職四年制本科畢業(yè)生畢業(yè)時有數(shù)控車/銑高級工、數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修高級工職業(yè)技能，授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位。

1.2創(chuàng)新了校企合作體制機(jī)制

依托校企共同體企業(yè)——友嘉實(shí)業(yè)集團(tuán)，在理事會領(lǐng)導(dǎo)下的二級學(xué)院院長負(fù)責(zé)制下，推行專業(yè)負(fù)責(zé)人與車間主任、教師與師傅的對接聯(lián)系，校企共同制訂專業(yè)發(fā)展規(guī)劃，將數(shù)控裝調(diào)維修崗位職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)融人人才培養(yǎng)方案，實(shí)現(xiàn)了與友嘉實(shí)業(yè)集團(tuán)企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)、共同組織實(shí)施教學(xué)和共同開展教學(xué)評價。

1.3建有國內(nèi)一流實(shí)訓(xùn)基地

數(shù)控技術(shù)專業(yè)擁有國家級高技能人才實(shí)訓(xùn)基地，依托該基地的現(xiàn)代機(jī)械制造中心、電工電子中心、友嘉機(jī)床培訓(xùn)中心、友嘉數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修中心、數(shù)控精密加工中心、省數(shù)控加工與維修示范性實(shí)訓(xùn)基地、省智能制造示范性實(shí)訓(xùn)基地開展學(xué)生基本技能及專業(yè)技能的培養(yǎng)。實(shí)訓(xùn)基地共有包括五軸加工中心在內(nèi)的數(shù)控設(shè)備419臺（套），總價值6822萬。在友嘉集團(tuán)在杭的12家企業(yè)及西子航空工業(yè)有限公司內(nèi)建有多個“廠中?！保囵B(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)。

1.4建有高水平的兼職教師隊伍

“校中廠”20位身份互認(rèn)、角色互換的企業(yè)兼職教師，不僅承擔(dān)集團(tuán)企業(yè)全國客戶數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)、數(shù)控機(jī)床的售后維修任務(wù)，還參與學(xué)生的數(shù)控機(jī)床加工及維修的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)、課程教學(xué)及教材開發(fā)，不僅傳授最先進(jìn)的數(shù)控加工及維修技能，更重要的是向?qū)W生們滲透著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)，縮小了畢業(yè)生就業(yè)與社會需求的差距，實(shí)現(xiàn)就業(yè)的無縫對接。

2數(shù)控技術(shù)專業(yè)教學(xué)存在的問題

經(jīng)過近幾年的建設(shè)和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修、操作和技改能力的培養(yǎng)雖然取得了一定的成績。但隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，全智能時代已經(jīng)越來越近。專業(yè)空間不斷拓展和融合，數(shù)控技術(shù)專業(yè)也發(fā)生了根本性變革，正不斷地走向集成化、并行化。數(shù)控人才的技能儲備既要面向當(dāng)前急需，又要考慮未來發(fā)展。這對數(shù)控專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量提出了更高的要求，教學(xué)工作還有很大的提升空間。

2.1課程設(shè)置跟不上企業(yè)對高素質(zhì)跨學(xué)科數(shù)控人才的需求

2019年2月至6月，杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)組教師對友嘉集團(tuán)在杭企業(yè)、浙江西子航空工業(yè)有限公司、諸暨愛克圣蘭模具有限公司、杭州齊創(chuàng)機(jī)器人有限公司、杭州新松機(jī)器人有限公司、慈溪福德機(jī)械設(shè)備有限公司、寧波偉力機(jī)器人有限公司等企業(yè)調(diào)研獲悉，現(xiàn)代裝備制造企業(yè)迫切需要精通數(shù)控機(jī)床等被控對象，而又熟悉機(jī)械手的集成性人才，實(shí)現(xiàn)加工企業(yè)“機(jī)器換人”的改造愿景，進(jìn)而為智能制造搭建實(shí)體設(shè)備、物理基礎(chǔ)。而目前的課程設(shè)置中，還沒與之相應(yīng)的課程。

2.2數(shù)控裝調(diào)、維修、升級能力的培養(yǎng)單項(xiàng)性和企業(yè)數(shù)控裝調(diào)及研發(fā)崗位所需能力的綜合性不匹配

針對數(shù)控從業(yè)人員所需的各項(xiàng)技能，學(xué)校進(jìn)行了有序的各技能單列實(shí)訓(xùn)周的安排，但相互銜接不理想，致使相關(guān)技能與知識未能有機(jī)地融合在一起，教學(xué)不成體系，結(jié)合生產(chǎn)性的實(shí)踐少，綜合訓(xùn)練缺乏，學(xué)生不能及時與應(yīng)用對接，很難形成綜合應(yīng)用能力。

3數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手集成課程教學(xué)設(shè)計與實(shí)施

3.1重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)新形態(tài)教材

根據(jù)機(jī)床制造企業(yè)、機(jī)械手生產(chǎn)廠家、機(jī)械加工企業(yè)等企業(yè)的調(diào)研結(jié)果及教師下企業(yè)收集的工程素材，按照工作領(lǐng)域、工作任務(wù)和職業(yè)能力三個層級進(jìn)行細(xì)化劃分。課程的教學(xué)內(nèi)容選擇與實(shí)踐過程直接相連的知識，核心內(nèi)容是實(shí)踐知識，為促進(jìn)對實(shí)踐過程的理解，促進(jìn)實(shí)踐能力的遷移以及創(chuàng)新性實(shí)踐能力的形成，將根據(jù)實(shí)踐的需要有選擇地系統(tǒng)學(xué)習(xí)部分理論知識。并以“以學(xué)生為中心、學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向、促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”思路進(jìn)行活頁教材等新形態(tài)教材開發(fā)，并提供豐富、適用和引領(lǐng)創(chuàng)新作用的信息化課程資源，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)的知識體系。

3.2創(chuàng)新教學(xué)組織，激發(fā)學(xué)生原動力

以智能制造實(shí)訓(xùn)基地的數(shù)控機(jī)床和機(jī)械手為載體，采用協(xié)作教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)和分組教學(xué)來組織教學(xué)活動。由教師、友嘉企業(yè)駐校技師共同研究擬訂教學(xué)計劃，分工合作，使理論與實(shí)踐緊密交融，協(xié)力完成教學(xué)計劃。將學(xué)生每5人分為一組，小組內(nèi)部開展合作學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)技能教學(xué)過程中，實(shí)施表單作業(yè)管理，時刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。在課程的后期，學(xué)生通過基礎(chǔ)單元技能考核后，在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生自己決定學(xué)習(xí)成果和匯報形式，在自己設(shè)計、自己負(fù)責(zé)的單元活動中獲得有關(guān)的知識和能力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3.3改革教學(xué)方法，強(qiáng)化技改技能

數(shù)控機(jī)床和機(jī)械手的集成課程性質(zhì)決定了教學(xué)方法的變化，采用現(xiàn)場教學(xué)、案例式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、小組討論等多種方法相結(jié)合。在開課初期采用企業(yè)現(xiàn)場教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生深入企業(yè)，觀察小型自動化生產(chǎn)單元的運(yùn)行狀態(tài)，研討工作邏輯，使抽象的問題直觀化，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo);在講解數(shù)控機(jī)床與機(jī)械手信號連接問題時采用案例教學(xué)法，引入企業(yè)完成集成的生產(chǎn)單元為教學(xué)案例，以建立學(xué)生的工程概念;在PMC程序優(yōu)化模塊，采用啟發(fā)式教學(xué)法，結(jié)合冷卻、刀架的邏輯引導(dǎo)學(xué)生對PMC程序進(jìn)行分析和優(yōu)化，以培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問題能力;在綜合聯(lián)機(jī)聯(lián)調(diào)環(huán)節(jié)采用小組討論式教學(xué)法，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.4延伸考核方法，增加企業(yè)元素

本課程的考核分成兩部分，一是基礎(chǔ)單元技能考核，依據(jù)表單作業(yè)管理和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不再以試卷考核為主，而是按照工作任務(wù)的完成質(zhì)量，由企業(yè)師傅和專業(yè)教師聯(lián)合考核，考核點(diǎn)包括單元任務(wù)是否按期完成、工時、工藝合理性、生產(chǎn)說明書的編寫，以及合作態(tài)度、安全生產(chǎn)行為規(guī)范等內(nèi)容。二是“技術(shù)增強(qiáng)型”問題的考核，“技術(shù)增強(qiáng)型”問題可以是在現(xiàn)有的設(shè)備上完成工程技術(shù)的更新和優(yōu)化，企業(yè)師傅和專業(yè)教師根據(jù)其解決問題的能力、方案的創(chuàng)新性來評價。

4課程建設(shè)的成效

4.1解決了各實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)割裂無主線的現(xiàn)象

充分利用友嘉集團(tuán)駐校的技師資源以及實(shí)訓(xùn)基地的基礎(chǔ)設(shè)備，以雙師共育的教學(xué)模式，以數(shù)控機(jī)床和單機(jī)機(jī)械手聯(lián)機(jī)聯(lián)調(diào)為載體，開展學(xué)期項(xiàng)目教學(xué)，將維修電工、數(shù)控加工、夾具設(shè)計、液壓和氣壓、數(shù)控機(jī)床PMC程序設(shè)計、數(shù)控機(jī)床電氣組裝與調(diào)試、數(shù)控機(jī)床故障檢測與維修等多門課程的知識點(diǎn)和技能進(jìn)行有效串聯(lián)和綜合應(yīng)用。

4.2全面提升學(xué)生的綜合能力

數(shù)控機(jī)床和機(jī)械手的聯(lián)機(jī)聯(lián)調(diào)集成包括數(shù)控機(jī)床電氣改造、PMC程序的優(yōu)化、數(shù)控機(jī)床和機(jī)械手的信號傳輸、機(jī)械手程序編制、卡盤的改造、夾爪的設(shè)計、供料裝置的設(shè)計、氣動門的設(shè)計及安裝等。其中數(shù)控機(jī)床電氣改造、PMC程序的優(yōu)化和機(jī)械手程序編制不僅需要學(xué)生掌握設(shè)備的電氣控制原理和安裝技能，更加鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力;卡盤的改造、夾爪的設(shè)計、供料裝置的設(shè)計和氣動門的設(shè)計需要掌握機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造工藝等基礎(chǔ)理論知識，還需要掌握數(shù)控車銑、線切割等數(shù)控機(jī)床的操作方法。通過本項(xiàng)目把機(jī)械和電氣的技能、加工和裝調(diào)的技能串聯(lián)起來，進(jìn)一步提升了學(xué)生包括邏輯思維在內(nèi)的綜合能力。

4.3為高職本科院校同類專業(yè)課程開發(fā)提供有益借鑒

根據(jù)企業(yè)崗位的實(shí)際需要，通過職業(yè)能力分析等方法，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，實(shí)行課程綜合化，通過本項(xiàng)目的帶動，在人才培養(yǎng)模式、課程標(biāo)準(zhǔn)制定、教學(xué)方法改革、教學(xué)管理機(jī)制運(yùn)行的成果對于同類專業(yè)的高職本科發(fā)展具有示范和借鑒作用。