高黨尋，姚啟明，楊建新，彭世廣

清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084

0 前言

成形制造是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，對一個(gè)國家的安全和經(jīng)濟(jì)繁榮極其重要，是衡量一個(gè)國家制造技術(shù)水平和能力的重要標(biāo)志，在我國許多關(guān)鍵制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。近10年來，我國制造業(yè)已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，成為名副其實(shí)的制造大國，但還不是制造強(qiáng)國。必須加快先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，提升制造業(yè)核心技術(shù)和高端制造水平的競爭力，培養(yǎng)大批適應(yīng)新制造領(lǐng)域要求的高素質(zhì)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才。作為高等工程教育重要承載之一的基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，實(shí)踐教學(xué)平臺對學(xué)生更好地掌握成形制造技術(shù)具有不可替代的作用[2]。建設(shè)教學(xué)體系完善、實(shí)踐項(xiàng)目豐富、實(shí)踐設(shè)備先進(jìn)、具有多層次的高素質(zhì)教學(xué)隊(duì)伍和科學(xué)信息化管理的成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺，是符合國家人才培養(yǎng)政策的重要舉措[3]。

1 成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺功能定位和建設(shè)原則

1.1 平臺功能定位

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺依托中心成形制造實(shí)驗(yàn)室，是中心工程實(shí)踐教育基地和雙創(chuàng)教育基地的重要組成部分，平臺功能如圖1所示，針對成形制造技術(shù)開展本科學(xué)生工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，研究成形制造過程中的科學(xué)和技術(shù)問題，并服務(wù)于開放院系的科研加工以及各項(xiàng)學(xué)生科技大賽活動。成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺應(yīng)突出系統(tǒng)性和先進(jìn)性，能夠在行業(yè)內(nèi)起到示范引領(lǐng)作用。

圖1 成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺功能定位Fig.1 Function orientation of practice teaching platform for forming manufacturing

1.2 平臺建設(shè)原則

在中心遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃的指引和領(lǐng)導(dǎo)下，努力建設(shè)一個(gè)先進(jìn)、開放、高效的成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺勢在必行。實(shí)踐教學(xué)平臺建設(shè)必須與高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略以及當(dāng)前社會發(fā)展形勢相適應(yīng)。其建設(shè)過程應(yīng)遵循以下原則：

①以中心“十四五”規(guī)劃為基調(diào)，建設(shè)以基礎(chǔ)訓(xùn)練及面向“中國制造2025”的系統(tǒng)化工程實(shí)踐教學(xué)平臺。

②以課程教學(xué)為核心，開發(fā)系統(tǒng)化、可操作、體驗(yàn)度好、靈活性強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容[4]，搭建以多工藝、多工程、多案例及思政課堂為主的實(shí)踐教學(xué)平臺，課程內(nèi)容除服務(wù)于本中心，同時(shí)也應(yīng)服務(wù)于校內(nèi)其他院系，形成高度融合格局。

③以學(xué)生為主體，能夠滿足不同學(xué)科背景、不同層次學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)要求。

④平臺建設(shè)要涉及主要成形制造方法，從軟硬件設(shè)施、運(yùn)營機(jī)制、科學(xué)研究、環(huán)境等多個(gè)維度開展。

⑤將成形制造的系統(tǒng)建設(shè)融入雙創(chuàng)教育及校級機(jī)電科研服務(wù)平臺中，建設(shè)開放的教學(xué)體系和服務(wù)平臺。

⑥能夠緊跟企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級水準(zhǔn)，打造校企融合的發(fā)展路子。

2 成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺資源建設(shè)

2.1 平臺資源構(gòu)成

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺現(xiàn)有面積約1380 m2，儀器設(shè)備240臺（套），其中單件30萬元以上的大型儀器設(shè)備12臺（套），固定設(shè)備資產(chǎn)總值（原值）1900多萬元。成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺下設(shè)鑄造、鍛壓、焊接、弧焊機(jī)器人、熱處理、碳立方6個(gè)主題實(shí)驗(yàn)室，如圖2所示。

圖2 成形制造實(shí)踐平臺資源構(gòu)成Fig.2 Resources constitute of practice teaching platform for forming manufacturing

上述6大主題實(shí)驗(yàn)室是成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺的重要組成部分，是構(gòu)成實(shí)踐教學(xué)平臺的有機(jī)單元，其面向特定的成形制造方法，具有各自的功能和特征，實(shí)驗(yàn)室之間相互融合，共同組成成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺。目前的軟硬件配置、教學(xué)課程、雙創(chuàng)項(xiàng)目等教學(xué)資源基本實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化配置。此外，平臺與中國鑄造協(xié)會，BREUCK 3D公司共建了藝術(shù)鑄造工作坊及全三維智能制造聯(lián)合研究，致力于在藝術(shù)鑄造、鈦合金及記憶合金方向共同研究，其研究平臺及成果應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新教學(xué)及平臺對外服務(wù)。

2.2 平臺硬件建設(shè)

建設(shè)與教學(xué)目標(biāo)、課程體系和教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)平臺硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)平臺功能定位，提高工程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)和有力保障[5]。

以弧焊機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室為例。實(shí)驗(yàn)室主要針對先進(jìn)焊接技術(shù)開展工程訓(xùn)練實(shí)踐類教學(xué)，可以使學(xué)生了解現(xiàn)代制造業(yè)中先進(jìn)的機(jī)器人焊接應(yīng)用技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室擁有3個(gè)弧焊機(jī)器人工作站，6臺機(jī)器人，簡稱“6機(jī)3站”，包括1個(gè)雙機(jī)器人協(xié)同工作站（可完成卡車后驅(qū)車橋的模擬焊接）、1個(gè)單機(jī)器人工作站和1個(gè)多機(jī)器人弧焊工作站，如圖3所示。這樣的硬件建設(shè)主要是給學(xué)生一個(gè)更加真實(shí)的工程背景。弧焊機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室每年完成將近1 700名本科生的實(shí)踐教學(xué)，主要承擔(dān)低年級本科生金工實(shí)習(xí)、高年級專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，以及相關(guān)選修課的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐類課程的學(xué)生主要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基礎(chǔ)編程和弧焊應(yīng)用等方面的訓(xùn)練，基礎(chǔ)編程主要完成系標(biāo)外輪廓在線示教自動運(yùn)行，弧焊應(yīng)用要完成1個(gè)典型構(gòu)件的焊接，總之通過環(huán)節(jié)設(shè)置要拓寬學(xué)生對焊接技術(shù)在機(jī)械化、自動化發(fā)展方面的了解以及對數(shù)字化制造的認(rèn)知。

圖3 弧焊機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃Fig.3 Planning graph of arc welding robot laboratory

此外，通過不斷優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，依托焊接實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)，提升先進(jìn)焊接技術(shù)的融入比，與原有的傳統(tǒng)焊接形成手工、機(jī)械化、自動化、智能化的成體系的教學(xué)平臺及方案布局。以工業(yè)機(jī)器人為載體，在此基礎(chǔ)上搭建焊接質(zhì)量管理系統(tǒng)、免示教智能焊接系統(tǒng)，以及開發(fā)離線編程和虛擬仿真技術(shù)，進(jìn)而構(gòu)建先進(jìn)焊接技術(shù)平臺，通過教學(xué)開發(fā)探索數(shù)字化、智能化的焊接實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及成體系化的焊接實(shí)踐教學(xué)模式。最終豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和模式，更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。

其他實(shí)驗(yàn)室均是以上述原則進(jìn)行硬件建設(shè)，緊密圍繞課程及教學(xué)要求，體現(xiàn)先進(jìn)性、引領(lǐng)性和科學(xué)性。如鑄造實(shí)驗(yàn)室在傳統(tǒng)的砂型鑄造實(shí)踐平臺基礎(chǔ)上，融入消失模鑄造及精密鑄造，既有手工實(shí)踐中的出力流汗、磨煉意志，也有消失模鑄造中的機(jī)械化制造和精密鑄造中的先進(jìn)鑄造方法和工藝。同時(shí)，平臺在規(guī)劃過程中將精密鑄造與3D打印、虛擬仿真、逆向掃描和數(shù)控精雕以及木工進(jìn)行了有機(jī)融合，如此，教學(xué)平臺能夠打破專業(yè)限制，不僅增強(qiáng)了課程綜合性和設(shè)計(jì)性，也是推進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革的一個(gè)重要嘗試。

2.3 教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺之所以取得一系列成果，得益于長期重視師資隊(duì)伍建設(shè)。近年來，平臺創(chuàng)建了一支身兼教師、工程師和技師的三師型師資隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)、科研、開放服務(wù)相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展機(jī)制。各實(shí)驗(yàn)室組織考察交流，鼓勵(lì)一線教職工積極參加工程實(shí)踐和研究，舉辦教學(xué)和學(xué)術(shù)交流，制定科學(xué)有效的激勵(lì)政策，創(chuàng)造有利于一線職工成長的晉升環(huán)境和教研氛圍，同時(shí)也增強(qiáng)教學(xué)隊(duì)伍的工程意識和工程教育能力。此外，通過強(qiáng)化上崗培訓(xùn)，舉辦教學(xué)技能比賽，提升崗位能力。目前，成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺教師總?cè)藬?shù)14人，其中，副教授1名、高級工程師1名、高級技師1名、工程師2名、技師2名、其他技術(shù)人員7名。

2.4 平臺管理機(jī)制建設(shè)

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺將依托在建的中心信息化管理平臺及校內(nèi)設(shè)備開放平臺，對實(shí)踐教學(xué)安排、過程、安全及平臺硬件設(shè)備預(yù)約與使用等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)有序地管理。此外，平臺內(nèi)部也形成了自身應(yīng)對實(shí)際問題的一系列管理舉措，如各實(shí)驗(yàn)室行為細(xì)則公約、實(shí)驗(yàn)室材料采購及科研服務(wù)流程試行方案、實(shí)驗(yàn)室用氣瓶的安全管理、實(shí)驗(yàn)室科研加工收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)及明細(xì)等，最終形成與成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺相適應(yīng)的、能夠應(yīng)對眾多管理問題的平臺管理機(jī)制。

3 成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺教學(xué)建設(shè)

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺以優(yōu)質(zhì)實(shí)踐教學(xué)資源為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了集工程訓(xùn)練、工程文化素質(zhì)訓(xùn)練、跨院系專業(yè)課實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)課選修為一體，以模塊化訓(xùn)練、項(xiàng)目導(dǎo)引案例實(shí)踐為基本特征，服務(wù)各教學(xué)單元及院系的實(shí)踐教學(xué)課程體系，并且訓(xùn)練中心探索將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入工程實(shí)踐教育，創(chuàng)建了“面上普及、重點(diǎn)提高和綜合創(chuàng)新”的分層次創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系。

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺在國內(nèi)高校率先探索，使工程實(shí)踐成為理工與人文社會學(xué)科交叉與融合的重要結(jié)合點(diǎn)。面向全校多個(gè)院系，開設(shè)近10門實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)課程，其中3門國家級精品課程，如圖4所示。平臺通過系列實(shí)踐課程，服務(wù)校內(nèi)、北京市和全國的各類創(chuàng)新賽事和創(chuàng)新實(shí)踐活動，成為清華大學(xué)培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的不可或缺的重要平臺。

圖4 成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺支撐課程Fig.4 Courses of practice teaching platform for forming manufacturing

在教學(xué)內(nèi)容方面，平臺從理念先進(jìn)性、技術(shù)領(lǐng)先性、系統(tǒng)完備性、模式靈活性、知識融入性、思維啟發(fā)性、實(shí)踐落地性等多個(gè)維度，全方位打造基礎(chǔ)訓(xùn)練與面向“中國制造2025”的系統(tǒng)化實(shí)踐平臺，形成以項(xiàng)目制、產(chǎn)品導(dǎo)引和任務(wù)驅(qū)動為特征的教學(xué)內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)對學(xué)生系統(tǒng)化工程思維、綜合工程實(shí)踐能力，以及工程素質(zhì)的全面培養(yǎng)。近年來，清華大學(xué)著力推進(jìn)德智體美勞五育并舉，在勞動教育方面充分利用課程教學(xué)這一育人的主渠道進(jìn)行推動。訓(xùn)練中心作為全校最大的工程訓(xùn)練實(shí)踐基地，在勞育方面具有先天的屬性優(yōu)勢。成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺依托項(xiàng)目內(nèi)容，通過借助工程案例、人物故事、當(dāng)前社會熱點(diǎn)和教師自身素養(yǎng)傳達(dá)思政觀點(diǎn)。廣泛尋找制造工程與思政元素的“植入”點(diǎn)，增強(qiáng)課堂渲染力，潛移默化中影響學(xué)生的思維和行為，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的勞動意識，從而將思政元素的育人功能與學(xué)生實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最終由點(diǎn)帶面、“潤物細(xì)無聲”地達(dá)到價(jià)值塑造的目的。

4 結(jié)論

成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺是清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心教學(xué)平臺的重要組成部分，對人才培養(yǎng)、科學(xué)研究及開放服務(wù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文從平臺功能定位和建設(shè)原則、平臺資源建設(shè)、平臺隊(duì)伍及管理機(jī)制、教學(xué)建設(shè)4個(gè)主要方面進(jìn)行了規(guī)劃和總結(jié)。立足于科學(xué)的構(gòu)建，成形制造實(shí)踐教學(xué)平臺將全面把握“十四五”時(shí)期發(fā)展的新任務(wù)新要求，堅(jiān)定不移地貫徹中心的發(fā)展理念，構(gòu)建平臺新發(fā)展格局，不斷物化新舉措，積極開展平臺建設(shè)、管理及開放融合工作，努力推進(jìn)資源共享和優(yōu)化力量配置，服務(wù)院系，不斷提升隊(duì)伍能力，推動平臺各項(xiàng)工作的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。