姚引婧　吳冬霞　白雪玲　胡延?xùn)|　張曉明　楊立超　許曉玲

[摘 要] 針對應(yīng)用型大學(xué)旨在培養(yǎng)“實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識強(qiáng)、文化素質(zhì)高、社會價值高的工程技術(shù)應(yīng)用型人才”的教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院教學(xué)實際，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核方式等方面對數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)課程進(jìn)行改革，使學(xué)生熟悉產(chǎn)品的整個設(shè)計制造流程及CAD/CAM相關(guān)軟件，了解數(shù)字化相關(guān)設(shè)備，提前熟悉企業(yè)作業(yè)環(huán)境，為就業(yè)后能盡快完成角色轉(zhuǎn)換奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)；CAD/CAM；逆向工程；教學(xué)改革與創(chuàng)新

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 03-0092-02

隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變化，要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，產(chǎn)品設(shè)計制造周期縮短，產(chǎn)品質(zhì)量還必須要好。數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)是一項綜合性、集成性很高的高新技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，也是提高設(shè)計水平、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)競爭力的一項關(guān)鍵技術(shù)。全面、熟悉地掌握數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)已成為工程技術(shù)人員適應(yīng)新形勢、新要求的重要任務(wù)，也成為應(yīng)用型大學(xué)本科生實踐教學(xué)改革的新方向。

一 應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)課程現(xiàn)狀

數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)和機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一門必修課，也是理論教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。部分學(xué)校也稱CAD/CAM實訓(xùn)、CAD實訓(xùn)、CAM實訓(xùn)或計算機(jī)輔助設(shè)計制造實訓(xùn)等。教學(xué)目的是讓學(xué)生進(jìn)一步掌握現(xiàn)代設(shè)計制造的方法和手段，提高學(xué)生的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用能力。通過實訓(xùn)讓學(xué)生親身參與產(chǎn)品設(shè)計、制造的整個過程，熟悉產(chǎn)品設(shè)計的流程、規(guī)范、制造方法、工藝過程等，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力、設(shè)計軟件的使用能力、查閱資料的能力、動手與團(tuán)隊協(xié)作的能力，培養(yǎng)對產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的興趣。目前現(xiàn)有的課程大概有以下幾種形式。

1 實訓(xùn)只進(jìn)行CAD/CAM的部分環(huán)節(jié)，比如只進(jìn)行CAD模塊或CAM模塊的實訓(xùn)，學(xué)生不能系統(tǒng)熟悉整個設(shè)計制造流程，更無法模擬體驗企業(yè)作業(yè)過程。

2 實訓(xùn)讓學(xué)生采用一門CAD/CAM集成軟件，對零件進(jìn)行CAD 階段的設(shè)計，再進(jìn)行CAM過程的模擬仿真加工，整個過程以課內(nèi)上機(jī)形式完成，未進(jìn)行零件的實際加工，學(xué)生不能切身進(jìn)行數(shù)控設(shè)備加工過程的操作練習(xí)，且學(xué)生未能體驗到整個設(shè)計制造的過程。

3 實訓(xùn)讓學(xué)生掌握并應(yīng)用一門CAD/CAM集成軟件，完成一般零件的造型設(shè)計，運(yùn)用所學(xué)CAM及數(shù)控編程的相關(guān)知識，針對設(shè)計的零件進(jìn)行手工編程，并實際操作數(shù)控車床完成零件的加工。CAD和CAM通過手工編程來連接，整個CAD/CAM的集成過程未能實現(xiàn)，且缺失DNC過程，先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)未能得到完整的詮釋。

4 在實訓(xùn)過程中，使學(xué)生親身經(jīng)歷從設(shè)計——工藝——制造—DNC傳輸——零件加工制造整個數(shù)字化設(shè)計制造流程，通過數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)，讓學(xué)生建立數(shù)字化設(shè)計制造理念，懂得運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計制造方法解決實際問題并進(jìn)行工程應(yīng)用。但是絕大多數(shù)都是由指導(dǎo)教師給學(xué)生下定任務(wù)單，學(xué)生機(jī)械的完成整個過程，缺乏創(chuàng)新，不能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

二 應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)教學(xué)改革措施

社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對產(chǎn)品的設(shè)計與制造提出了更高的要求，產(chǎn)品在保證質(zhì)量的前提下，研發(fā)和制造的周期越來越短。這樣就要求在設(shè)計的過程中必須保證設(shè)計的正確性與可靠性。不斷發(fā)展的CAD/CAM技術(shù)可以最大限度的滿足目前產(chǎn)品的設(shè)計制造要求。所以為了滿足現(xiàn)代社會生產(chǎn)技術(shù)的要求，在相關(guān)專業(yè)本科生的培養(yǎng)過程中，需讓學(xué)生對這一現(xiàn)代化的技術(shù)有全面的了解和熟練的應(yīng)用能力。在實踐教學(xué)過程中，我們從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式等幾方面入手，探索和實踐了新的教學(xué)改革，現(xiàn)闡述如下。

（一）教學(xué)方法改革

1 項目教學(xué)法

以企業(yè)真實項目為載體設(shè)計實訓(xùn)項目，按照實際工作過程明確具體任務(wù)，并通過完成任務(wù)實現(xiàn)技能模塊的教學(xué)過程。實施步驟為：項目分解——任務(wù)驅(qū)動——實際操作——技術(shù)研討。在整個過程中學(xué)生始終保持團(tuán)隊合作狀態(tài)。

此方法既可以讓學(xué)生掌握實際產(chǎn)品的設(shè)計、制造流程和相關(guān)的知識，又能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力。

2 問題探究教學(xué)法

教師（組）或教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題，在教師組織和指導(dǎo)下，通過學(xué)生比較獨立的探究和研究活動，探求問題的答案而獲得知識。如車削零件時，就可采用該方法，實施步驟如下：創(chuàng)設(shè)問題的情境——機(jī)床如何實現(xiàn)車削過程；選擇與確定問題——數(shù)字化制造部分理論知識體系；討論和解決問題——CAPP；仿真驗證——CAXA數(shù)控車仿真；實踐并得出結(jié)論。

3 小組合作教學(xué)法

項目在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將學(xué)生劃分為不同小組，每個小組有不同的實訓(xùn)任務(wù)單，每個小組根據(jù)任務(wù)內(nèi)容和教師的安排，通過技術(shù)討論、實際操作等手段，合作完成一個實訓(xùn)項目。這樣既提高了學(xué)生實踐操作技能，又培養(yǎng)了學(xué)生組織協(xié)調(diào)、合作學(xué)習(xí)的能力。

4 現(xiàn)場教學(xué)法

將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分設(shè)置在學(xué)校的工程訓(xùn)練中心，另一部分設(shè)置在校外實踐教學(xué)基地。讓兩部分的教學(xué)內(nèi)容能夠相互關(guān)聯(lián)，通過工程訓(xùn)練中的操作實踐和校外教學(xué)基地的認(rèn)知實踐，讓學(xué)生把所學(xué)的知識與企業(yè)的實際生產(chǎn)聯(lián)系起來，感受真實生產(chǎn)氛圍，學(xué)習(xí)知識在企業(yè)中真實應(yīng)用的技能。

5 分層教學(xué)法

項目采用分層次培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)思路。課程在設(shè)置之初對學(xué)生的要求劃分了3個層次：基礎(chǔ)理論與技能應(yīng)用層次、綜合系統(tǒng)培養(yǎng)層次、科技創(chuàng)新層次?；A(chǔ)理論與技能應(yīng)用層次針對機(jī)械類等對課程要求較低的專業(yè)，要求學(xué)生在理論知識掌握和實踐技能應(yīng)用方面達(dá)到課程大綱要求；綜合系統(tǒng)培養(yǎng)層次針對機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，要求學(xué)生對理論知識和實踐技能可達(dá)到熟練綜合運(yùn)用的程度；科技創(chuàng)新層次針對在課內(nèi)和實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)綜合能力較為突出的學(xué)生，每學(xué)期選拔一批對課程內(nèi)容掌握較扎實的學(xué)生進(jìn)行課外科技創(chuàng)新培訓(xùn)培養(yǎng)、校企實踐教育教學(xué)基地共同培養(yǎng)等活動。

（二）教學(xué)內(nèi)容的安排

數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)構(gòu)建在現(xiàn)代數(shù)字化工廠的實際環(huán)境之中，學(xué)生通過對典型機(jī)械零件的完整設(shè)計、仿真直至真實加工與檢測，可系統(tǒng)且完整地體會現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造模式的全過程。數(shù)字化設(shè)計制造方法優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計制造，整個設(shè)計制造過程不是獨立的，而是一個并行的過程，詳見圖1。

根據(jù)數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)的要求和擬達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，項目需要完成的主要內(nèi)容包括以下幾方面：計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（CAPP）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、機(jī)床實際操作和逆向工程。計算機(jī)輔助設(shè)計主要完成數(shù)控車、數(shù)控銑及線切割3個工種的零件設(shè)計；計算機(jī)輔助工藝設(shè)計需要對CAD階段的零件進(jìn)行加工路線安排；計算機(jī)輔助制造則是對已完成工藝設(shè)計的零件進(jìn)行仿真加工、NC代碼生成及校驗；機(jī)床實際操作主要完成數(shù)控設(shè)備的簡介及基本操作、NC代碼的DNC傳輸、零件成型、機(jī)床保養(yǎng)及維護(hù)等內(nèi)容的教學(xué)與實踐；逆向工程主要給學(xué)生講解逆向工程的原理、實現(xiàn)逆向的設(shè)備簡介及操作過程。

圖1 數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)課程內(nèi)容流程圖

（三）考核方式

數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)考核方式注重過程考核、能力考核以及結(jié)果考核。因此數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)成績包含形成性的考核和終結(jié)性考核兩部分，具體考核內(nèi)容及占比見表1。

表1 數(shù)字化設(shè)計制造綜合實訓(xùn)考核內(nèi)容及占比

三 改革的創(chuàng)新點

在教學(xué)中注重了從“設(shè)計——工藝——制造”的完整周期，讓學(xué)生有一個完整的體驗和認(rèn)識；CAD和CAM通過DNC來連接，實現(xiàn)了整個CAD/CAM的集成過程，數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)得到了很好的詮釋和展現(xiàn)；實訓(xùn)過程中采用單獨和協(xié)作共存的模式，既鍛煉了學(xué)生個人的動手能力，又讓他們認(rèn)識到團(tuán)隊合作的重要性，鍛煉了團(tuán)度合作協(xié)調(diào)能力；教學(xué)過程中突出學(xué)生自身的主觀能動性，允許學(xué)生自主設(shè)計，并將所設(shè)計的產(chǎn)品制造出來，既讓學(xué)生在實踐過程中學(xué)習(xí)了知識，又增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

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