基于數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建分析

周克斌

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造 創(chuàng)新型人才 項(xiàng)目教學(xué)法

1引言

現(xiàn)階段我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，而機(jī)械制造的生產(chǎn)水平也出現(xiàn)了較大的轉(zhuǎn)變，目前越來(lái)越多的企業(yè)使用智能化技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，以降低企業(yè)的制造成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這便是當(dāng)前我國(guó)智能制造的發(fā)展?fàn)顩r。在近些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，機(jī)械制造行業(yè)在現(xiàn)代化的背景下，不斷加強(qiáng)智能化、數(shù)字化的發(fā)展，以便更好地適應(yīng)當(dāng)前的時(shí)代特征。我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”的口號(hào)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)，將制造工期縮短，從而使企業(yè)產(chǎn)品制造的效益及質(zhì)量得到提升。

2數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的意義

現(xiàn)階段我國(guó)所謂的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是指對(duì)于產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，而目前我國(guó)最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)主要有以下四種，即CAM、CAD、CAE 以及CAPP。在實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，數(shù)字化技術(shù)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，使產(chǎn)品協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)狀態(tài)更加便利，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的管理模式，對(duì)于目前零件的加工工藝進(jìn)行較好的控制，另外還可以做好優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)的裝備。在當(dāng)前“中國(guó)制造2025”規(guī)劃開(kāi)始實(shí)施之后，這個(gè)發(fā)展項(xiàng)目需要將智能化普遍發(fā)展下去，滿足現(xiàn)代科技的高效運(yùn)轉(zhuǎn)模式和目的。

3課程體系的構(gòu)建

3.1基礎(chǔ)模塊

學(xué)校應(yīng)該開(kāi)設(shè)數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造的課程，培養(yǎng)學(xué)生自身創(chuàng)新能力以及動(dòng)手操作能力，開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械相關(guān)知識(shí)的重視，例如機(jī)械制圖專業(yè)課程、機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課程以及工程力學(xué)專業(yè)課程等，同時(shí)給學(xué)生開(kāi)設(shè)機(jī)械拆卸組裝以及測(cè)繪課程，讓學(xué)生認(rèn)知這些機(jī)械類零件，教師可以在課程上指導(dǎo)學(xué)生，主要以齒輪泵和減速器為例子進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)這兩種零件的部分組織，空間結(jié)構(gòu)，對(duì)之前所學(xué)的機(jī)械課程進(jìn)行鞏固復(fù)習(xí)，使學(xué)生對(duì)于零件的作用及其具體的使用功能的認(rèn)識(shí)得到加深，為之后完成數(shù)字化設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

3.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊

學(xué)校當(dāng)前為了使學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)零件的認(rèn)知有所加強(qiáng)，可以選擇開(kāi)設(shè)CATIA相關(guān)課程，該課程還可以使學(xué)生對(duì)產(chǎn)品項(xiàng)目的設(shè)計(jì)認(rèn)知有所加深，教師在給學(xué)生上這種科目時(shí)，會(huì)有配套的教學(xué)課程配備項(xiàng)目。這種項(xiàng)目教學(xué)的基本目的就是教導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知齒輪泵以及減速器的基礎(chǔ)認(rèn)知，而作為重點(diǎn)的內(nèi)容，則是需要保障學(xué)生對(duì)于CATIA參數(shù)設(shè)計(jì)化的內(nèi)容有更加深入的認(rèn)知以及了解?，F(xiàn)階段進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)最大的一個(gè)特點(diǎn)便是能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的修改以及優(yōu)化，其可以直接修改零件的大小尺寸，一般情況下一個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)的模型，便可以產(chǎn)生多種的參數(shù)化的零件。因此如果需要學(xué)生對(duì)于零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，例如齒輪、多段軸或者多聯(lián)齒輪等零件，學(xué)生可以根據(jù)教材內(nèi)容，按照相應(yīng)的步驟，依據(jù)實(shí)際的需求產(chǎn)生各類尺寸的零件。之后學(xué)生便可以通過(guò)CATIA，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配，對(duì)于關(guān)鍵性部位的零件進(jìn)行探究，剖切進(jìn)行放大，觀察是否存在問(wèn)題以調(diào)節(jié)零件的平整。完成配置后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與力學(xué)分析。學(xué)校還可以開(kāi)設(shè)3d 打印技術(shù)，將三維的設(shè)計(jì)模型打印出來(lái)進(jìn)行裝配，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)之后，學(xué)生需要加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)，在對(duì)于該模式較為了解的情況下，可以自己進(jìn)行嘗試，完成參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3.3智能制造模塊

建立智能工廠的成本非常高，學(xué)校可以通過(guò)仿造智能工廠技術(shù)建造出仿真訓(xùn)練的工廠，讓學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)的整體內(nèi)容進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，從而了解到智能制造的設(shè)備和工作相互配合的關(guān)系，了解工廠里面零件生產(chǎn)的基本操作流程，讓學(xué)生通過(guò)自身嘗試深刻認(rèn)知到智能性制造單元調(diào)試的系統(tǒng)集成重要意義[2]。虛擬的智能工廠是由MES控制的，AGV小車則是通過(guò)連接wi-fi由MES控制運(yùn)行：機(jī)器人末端執(zhí)行器、機(jī)床液壓工具以及傳感器、傳送帶等這些都是由PLC根據(jù)MES的指令直接控制。

而且虛擬的智能工廠還包括：智能倉(cāng)儲(chǔ)、數(shù)字化工藝、刀具、夾具以及機(jī)械加工、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等虛擬的智能工廠用具。

3.4實(shí)訓(xùn)與校企合作模塊

實(shí)訓(xùn)與校企合作模塊主要包括以下內(nèi)容：第一，金工實(shí)習(xí);第二，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練;第三，工程測(cè)繪;第四，工匠實(shí)際操作訓(xùn)練等。由于學(xué)生在剛接觸到相關(guān)的專業(yè)知識(shí)時(shí)，其基礎(chǔ)水平較低，對(duì)于一些專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)理解較為困難，例如學(xué)習(xí)機(jī)械類知識(shí)。其中最難的一點(diǎn)是需要在學(xué)生腦中浮現(xiàn)出抽象的三維立體概念，以至于學(xué)習(xí)效率較低，效果比較差。這個(gè)實(shí)訓(xùn)與校企合作的模塊可以讓學(xué)生借助實(shí)物模型、虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真設(shè)備和實(shí)際操作技術(shù)來(lái)幫助學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容和試驗(yàn)理解。從而可以讓學(xué)生感到，自己在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際操作，讓學(xué)生可以親自感受到產(chǎn)品生產(chǎn)的具體流程以及研發(fā)的實(shí)際過(guò)程。加深學(xué)生對(duì)于課本知識(shí)內(nèi)容的吸收以及理解，提高學(xué)生的專業(yè)水平。

目前學(xué)校和企業(yè)進(jìn)行合作，最主要的目的是培養(yǎng)出更多創(chuàng)新型的技術(shù)人才。因此當(dāng)前校企合作主要是針對(duì)于大三以及大四的學(xué)生。學(xué)生在大一和大二期間，可以學(xué)習(xí)相應(yīng)專業(yè)知識(shí)，提高自身的基礎(chǔ)專業(yè)水準(zhǔn)，從而在參與校企合作的實(shí)訓(xùn)之時(shí)，可以完成數(shù)字化設(shè)計(jì)和智能制造的實(shí)際操作，將理論和實(shí)際操作進(jìn)行融合，提高自己的實(shí)踐創(chuàng)新能力。在學(xué)生有了一定的提高后，企業(yè)會(huì)發(fā)布相應(yīng)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)任務(wù)，之后會(huì)派遣專門的工作人員，與教師共同對(duì)學(xué)生的技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，使得學(xué)生能在數(shù)學(xué)化設(shè)計(jì)與智能制造產(chǎn)業(yè)上充分發(fā)揮才能。

企業(yè)本身定制的試驗(yàn)是在與學(xué)校合作中為了提高學(xué)生相互之間的能力競(jìng)爭(zhēng)而準(zhǔn)備的，可以為學(xué)校設(shè)置培訓(xùn)班來(lái)培養(yǎng)企業(yè)創(chuàng)新人才，這些培訓(xùn)班級(jí)需要企業(yè)指導(dǎo)人員負(fù)責(zé)培訓(xùn)，制定出一套完整的實(shí)施方案，學(xué)校與企業(yè)共同制定培訓(xùn)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)班級(jí)的培訓(xùn)需要企業(yè)在培訓(xùn)教室針對(duì)性教學(xué)，需要督促學(xué)生完成崗前練習(xí)，使學(xué)生在畢業(yè)之后，可以立刻就業(yè)，不需要學(xué)生自身選擇培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，或者企業(yè)再次進(jìn)行崗前培訓(xùn)，從而解決畢業(yè)生就業(yè)困難問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)互利共贏。

4教學(xué)體系構(gòu)建策略

目前在進(jìn)行教學(xué)體系構(gòu)建時(shí)，最主要的目的便是培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)和智能制造的創(chuàng)新型人才，因此其需要加強(qiáng)對(duì)于學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的重視，對(duì)于學(xué)生專業(yè)課程體系進(jìn)行再一次的強(qiáng)化，使學(xué)生自身的專業(yè)水準(zhǔn)得到提高。因此目前項(xiàng)目教學(xué)最主要的任務(wù)，是需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的模式需要任務(wù)為主，而在進(jìn)行教課的過(guò)程之中，則需要將學(xué)生作為中心進(jìn)行授課，教師要組織好學(xué)生教課內(nèi)容。

數(shù)字化項(xiàng)目的建設(shè)，將最為簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)項(xiàng)目引入到了基礎(chǔ)的課程當(dāng)中，讓學(xué)生在基礎(chǔ)的課程中熟悉這些項(xiàng)目的知識(shí)、為后期操作以及認(rèn)知做好準(zhǔn)備工作，注重學(xué)生能力和操作方面綜合提升[3]。項(xiàng)目難度性的增加，使得學(xué)生從基礎(chǔ)操作技能上得到了部分提升。教師要根據(jù)學(xué)生自身實(shí)際學(xué)習(xí)的狀況建立數(shù)字化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目教學(xué)資源，幫助學(xué)生在實(shí)際操作上能順利完成項(xiàng)目。

教師培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面，可以開(kāi)設(shè)一些科技經(jīng)濟(jì)比賽培養(yǎng)學(xué)生的同手操作能力以及創(chuàng)新能力，使得學(xué)生能夠意識(shí)到團(tuán)隊(duì)的重要性，建立完善的教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，比如設(shè)計(jì)全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽等，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作水平，提高教學(xué)質(zhì)量。

5課程體系建設(shè)

教師要以理論作為教學(xué)基礎(chǔ)，以實(shí)踐教學(xué)為主要的課堂教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)踐創(chuàng)新為課程導(dǎo)向，在教授學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)之外，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于學(xué)生科技能力的培養(yǎng)。教師可以把課堂教學(xué)作為核心，通過(guò)第一課堂，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手的意識(shí)，之后，將課外活動(dòng)作為輔助，結(jié)合第二課堂，提高學(xué)生的科學(xué)技術(shù)意識(shí)，合理利用校外工程，從而使學(xué)生的潛力得到提高。

目前教師只有將理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力相融合，才可以有效改變重理論輕實(shí)踐的問(wèn)題。教師在教學(xué)過(guò)程中將重點(diǎn)放在理論學(xué)習(xí)上，忽視了實(shí)踐的重要性。導(dǎo)致學(xué)生雖然有用理論性能力，但學(xué)生在企業(yè)的崗位上，難以適應(yīng)公司的環(huán)境，對(duì)于工作的難度和數(shù)量較難控制。而新的數(shù)字化設(shè)計(jì)體系，其除了重視學(xué)生的理論專業(yè)知識(shí)，還重視學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，其在利用軟件建模的過(guò)程之中，需要學(xué)生對(duì)軟件建模擁有較高操作能力水平。

教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽，申請(qǐng)國(guó)家設(shè)計(jì)專利，教師還可以參與到學(xué)生科研項(xiàng)目，教師可以運(yùn)用課堂知識(shí)輔助學(xué)生建?；顒?dòng)，為學(xué)生未來(lái)的科技活動(dòng)打好基礎(chǔ)。

6結(jié)語(yǔ)

機(jī)械相關(guān)類的有關(guān)項(xiàng)目教學(xué)課程中數(shù)字化設(shè)計(jì)是一門重要性非常強(qiáng)的實(shí)踐課程，對(duì)學(xué)生的三維組建模型能力有著重要性教學(xué)意義。教師應(yīng)該以實(shí)踐創(chuàng)新為教學(xué)方向，對(duì)課程進(jìn)行制定方案，積極實(shí)施教學(xué)建設(shè)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為主。