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关键词:数控技术;实训;整合
作者简介:张欣波(1970-),男,辽宁辽阳人,厦门理工学院机械与汽车工程学院机电实验中心主任,高级工程师;常雪峰(1975-),男,湖北荆州人,厦门理工学院机械与汽车工程学院,副教授。(福建 厦门 351024)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)05-0156-02
数控技术专业人才是我国目前“十”紧缺专业技术人才之一,然而通过对相关企业和对数控专业毕业生的调查发现,企业对毕业生的满意度不高,认为技术、技能优势不明显,实际工作能力不足,不太适应企业的要求。目前,针对数控技术人才的培养主要集中在职业技术学院,受训人员学历普遍较低,经过短期培训后即上岗,这样只重操作,难以对数控技术的发展起到显著的推动作用;其次对CAD/CAM软件、自主产权的数控系统等数控技术核心进行研发的部门很少,目前国内只有少数公司在从事此领域的研究。这都导致数控技术和数控装备成为制约我国制造业发展的瓶颈。因此,要培养出集机械、电子、电气控制、计算机技术等于一身的复合性数控技术人才,还需要从高校做起。
厦门理工学院(以下简称“我校”)秉持“明理精工,与时偕行”的校训,紧密结合时代要求和地方发展,在大陆第一个鲜明提出了“创建特色、精致、具有较强竞争力的开放式、应用型、地方性、国际化的海西一流亲产业大学”的宏伟目标。因此,整合数控技术课程教学与实训内容,对于学生深入了解数控技术,响应学校培养“应用型人才”和“卓越工程师计划”都具有重要的意义。以下是我校在“数控技术”课程改革的一些做法。
一、数控理论课程整合
学校原课程设置存在着一些问题,主要表现在:以学科为中心,“数控技术”课程与社会对数控人才的需要脱节;原有体系中,过分强调数控机床的加工与工艺编程。而对数控控制原理的涉及内容不多,尤其体现在实践环节中。
我校根据学生原有的知识基础结合学校的实际情况,针对“数控技术”课程的实用性特点,以理论知识的应用和实践能力的培养为重点,对相关课程进行整合、更新、删减了部分教学内容,构建新的课程体系和教学内容。新的课程体系中既注重了传统制造工种的学习,又增加了数控控制原理的应用、数控机床安装调试及维修维护的内容,形成从“传统工艺工装传统制造(车、铣、钻等)数控设备编程数控加工数控设备维修维护数控设备改造(再制造)”一条龙培养体系,课程体系见图1。
二、建设数控技术试验室
本次教学改革的主要内容之一就是在传统的数控技术课程体系中增加数控机床调试与维修维护的相关内容。目前我校机械工程系也建有数控实验室,主要装备只有VMC-2002B数控加工中心、TH-DNC-Ⅲ型多功能数控教学机床和模拟编程器等设备,可供学生进行数控编程及上机操作时训。而在现代工程训练中心的数控机床主要针对学生进行“金工实习”也做一些“数控技术”实训而用,学生通过这些机床完成“加工程序”的编制,并在机床上进行实训,主要培养目的集中在机械制造方面。而对数控机床本身的控制在理论课、实践课上几乎没有相关的教学内容,这和市场上对“数控技术”人才的需求有较大差距。
利用我校目前现有的数控机床进行数控技术的实验教育课程存在以下一些问题:以加工中心为代表的成型的数控设备其数控系统的硬件及软件相对固定,不能进行随机的系统参数的改变,从而影响学生对于深入了解数控系统、伺服系统、伺服电机及测量反馈等模型的理解;另外由于数控实验室配备的数控教学机配置的数控系统在实际大中型企业中所占份额极少,不是市场主流,也影响到学生在今后的实际工作中对数控技术的掌握。现有的设备已经逐渐难以满足机制、机电等相关专业学生在数控方面课程的实验及培训需求。因此,建立一个以当前市场占有率高的数控系统为基础的数控技术实验室,对于学生深入了解数控技术,全面掌握所需的技能,以及响应学校培养“应用型人才”和“卓越工程师计划”都具有重要的意义。
在进行充分的市场调研后,我校建设了FANUC 0I数控系统实验台、SINUMERIK 802d sl数控系统实验台、SINUMERIK 840d数控系统实验台、华中世纪星21M数控系统实验台。这些数控系统多为当今市场流行数控品牌,每个实验台均采用开放式、工业级配置。见图2。
三、改革实训内容体系,开发校本教材
根据企业对“数控技术”人才的需要,认真处理教材,做到深入浅出,教为所用,学以致用。在课程内容方面,一方面强化数控实训中的机械加工工艺与编程,另一方面增加数控维修维护内容。在数控技术实训体系中十分注重教材的开发,努力加强教材建设。
1.在实验机房中增加了数控机床维修仿真的实际内容
根据最前沿的专业原理,采用先进的计算机仿真技术,对数控机床的装配、调试、排故等过程进行模拟,是一种经济、可靠、有效的工具。利用仿真软件对各类故障现象进行设置,使学生可以针对出现的故障现象利用仿真软件模块查找故障原因,通过反复练习,熟练掌握各种常见故障的维修方法,尽快地掌握和提高数控机床的维修技术,巩固所学的专业知识,锻炼逻辑思维的能力。
2.编写《数控机床常见故障诊断与维修技术》教材
由于厦门理工学院非常注重具有企业实践背景人才的引进,所以在“数控技术”人才方面既有重点大学的博士也有从一线企业招聘来的具有多年实践背景的人才。编著者在企业常年从事数控机床的维修工作,并多次负责或参与数控机床的改造工作,所以对数控机床经常出现的故障以及排除办法比较了解,总结了大量的维修实例并加以归类。
3.编写辅助教材
根据专业的培养目标结合数控技术实验室的建设,编写了适合学校的的实际教材,例如编写了《FANUC 0i数控系统连接调试》、《SINUMERIK 802d sl数控系统连接调试》、《华中世纪星21M数控系统连接调试》等多项实训教材。
四、充分利用校内外资源,进行数控项目实训
实践性教学是培养数控技术应用型人才的重要途径和保障,在专业培养方案中占重要地位。数控机床的再制造和维修维护需要大量的实践来保证教学质量的提高。厦门理工学院一方面广泛和企业进行深入交流,为企业数控设备进行维修维护,带动兴趣小组参与维修实际活动;另一方面在校内针对过去的老式机床进行数控化再制造,将所学为所用。例如,我校XK713型数控铣床采用华中Ⅰ型数控系统。该数控系统是由华中理工大学、华中数控有限公司研制开发的,其结构是在个人PC计算机(286以上)安装控制软件,通过并口与数控控制板相连接,并由控制板向步进电机的脉冲电源方向及脉冲指令来驱动步进电机带动机械传动链完成机床的进给运动。主轴采用普通交流异步电动机控制,机械换挡,满足不同加工需要。但由于此机床本身的机械传动链符合数控机床的基本要求,具有机床改造的先决条件,故可对机床进行数控化升级改造。根据机床的具体情况和性价比选择了采用武汉华中世纪星HNC-21MD数控单元进行升级改造,更换原来的华中Ⅰ型数控系统。由于该系统具有步进电机控制接口,可直接与原有机床的步进电机驱动电源相连接,即不更换驱动系统及步进电机。图3分别为改造前后的数控机床对比。
通过对教学镗铣床XK713型镗铣床的数控化升级改造,带领学生完全做到了从硬件连接到软件调试过程,使学生掌握数控机床构成的几大部分的关系。在此基础上分析传动链的数学模型,巩固必要的基础知识,例如电机拖动原理、工厂电气控制、自动控制原理、直流控制系统和交流控制系统、PLC的编程技术及技巧、测量反馈的原理等,彻底达到高等学校“数控技术”人才培养的目的。
五、总结与反思
数控技术应用专业工学结合课程的实践研究,课题组进行了积极的探索。在专业核心课程中构建了学习领域的课程模式,重点是针对高等学校的“数控技术”课程加入了大量的数控机床安装调试和维修维护内容,力争在实践体系内,加强学生的学习兴趣,并以此为突破口,强化机电一体化人才的课程培养体系。通过改革可以看出,学生的学习积极性和主动性明显加强,学生的学习潜能被充分发挥出来,学习成绩明显提高。由于强化了技能训练,增加实训项目和时间,学生的动手能力、职业技能得到了很大提高,特别是机电类数控技术方向的本科类学生以“数控机床”为核心,全面理清了课程体系。
但是,也应该清晰地看到,在我国尽管“工学结合”在高等教育体系中取得了一定的进展,可是在全局范围内,由于制度、法律对企业的优惠政策不明显,影响了企业参与高等教育的积极性。如果只靠学校单方面加强实践能力培养,终究会因为能力有限而难以展开。为此,如何开展“校企合作”,实现“工学结合”从制度上得到保障是以后人才培养模式的研究方向。
参考文献:
[1]孙新国,刘宏伟.仿真软件在数控机床维修中的应用[J].机床与液压,2013,(13).
[2]齐文全.数控技术应用专业课程教学改革的探讨[J].广西轻工业,2010,(8).
【关键词】双主体;厂中校;校中厂;实训基地
数控设备在工业现场应用多年,数控设备应用与维护人才逐步成为紧缺人才,数控设备应用与维护专业已经成为各高职院校重点建设专业。2011年我院批准为国家骨干高职院校建设单位,数控设备应用与维护专业建设是项目之一。
项目建设总目标是针对天津及滨海新区对数控设备应用与维护专业领域人才需求,在与大连机床集团开展全方位、深层次的合作下,深化“双主体工学交替”的校企共同育人的人才培养模式和“企业主导,课证融通”的专业课程体系;建设集教学实训、企业培训、产品展示、技术服务为一体的厂中校,校中厂的校内外实训基地;通过实施教师企业实践、校企互聘,打造专兼结合的市级水平专业教学团队;依据机床行业标准和规范对人才培养过程、教学质量进行监控和考核,确保人才培养质量。培养“能够做、踏实做、做得好” 高端技能型专门人才。通过三年建设,与机床企业“共同投入,共同建设,共同管理,共同发展”,探索构建校企“双主体”育人的运行机制,将数控设备应用与维护专业建成在全国同类专业中起骨干、带动作用的国内一流专业。
建设方案中实训基地建设是重点之一,目前本专业拥有生产性的校内实训基地,本专业校内实训基地承担数控设备维修实训。现有高速高精密加工中心1台、数控车床9台、四轴加工中心1台、数控维修实验台6台。其中用专利项目产品充实实验室,为数控设备应用与维护专业发展起着重要作用。
学院拥有生产经营、实训教学、技术培训为一体的天津轻模工贸有限公司,该公司不仅承担着本专业的数控加工实训、数控机床故障诊断与维修实训、数控机床拆装、毕业实践等教学环节,同时进行数控机床操作工、特种加工、数控机床调整工的技能鉴定工作,还可面向企业进行在职员工的培训,承揽对外加工的生产任务,并把对外加工与学生实训相结合,满足教育教学需要。
本次建设项目要进行“双主体”实验实训基地建设,学院与大连机床集团有限责任公司合作,在学院内建设“大连机床集团天津服务示范中心”成为“校中厂”, 其功能集数控机床整机展示、装配、调试、维修、营销、人才培养、培训、技术攻关、课程开发、教材开发、售后服务于一体。
在大连机床集团有限责任公司的天津厂内,建设“大连机床天津研发制造基地培训中心”成为“厂中校”,实施企业人员培训、学院在校生的培训,使其成为服务于机床研发、制造、销售、维修人员上岗、继续教育、技能培训的“校企‘双主体’育人”的示范基地。
1.“校中厂”实训基地建设
学院与大连机床集团合作,在学院内共同建设“大连机床集团天津服务示范中心”成为“校中厂”, 实现工厂融于学院。包含数控机床产品展示中心、大连机床备品备件中心、数控机床售后服务中心、校内一体化实训中心、数控系统应用中心。其中在校内一体化实训中心里,新建1个、完善3个一体化实训室。校企共同制定并实施“天津服务示范中心”的校中厂运行管理制度,确定领导小组例会制度、校企人员互聘与考核管理规定、学生厂校实训管理办法、实训设备的配备与管理、企业用户培训管理规范、备件管理使用规定等等。形成专任教师主动为企业服务、兼职教师积极参与教学与教改,校企深度融合的“校中厂”的高效运行新机制。
(1)数控机床产品展示中心
本中心为学院与大连机床集团有限责任公司共同建设,由学院提供场地,展示校企合作育人模式和大连机床的数控机床整机产品。其主要社会功能是展示“双主体工学交替”的校企共同育人的人才培养模式;展示大连机床的数控产品、企业文化;及时展示数控机床新产品、新技术、新工艺及在工业生产中的发展趋势。本中心同时也是教学的一个主要环节,承担专业教育、认识实习、学习企业文化等教学任务。本中心既是展示职业教育改革成果的窗口,也是展示企业文化和新产品新技术的窗口。
(2)大连机床备品备件中心
本中心是大连机床集团有限责任公司华北地区备品备件中心,提供华北地区售后服务备件支持。本中心是大连机床华北区技术服务的不可或缺的环节,是企业运营的重要组成部分。本中心还是教学中认识数控机床零部件的主要实训场所,数控机床故障诊断与维修等专业课中认识、测量数控机床零部件良好性的教学内容在本中心进行。人才培养过程中对企业文化和企业运行模式的教育部分内容在本中心进行,对学生了解职业环境,直接就业有着重要意义。
(3)数控机床售后服务中心
本中心是大连机床集团有限责任公司华北地区售后服务中心,承担华北地区售后服务技术支持,是大连机床在天津地区重要部门。本专业教师在中心任主要技术职务,承担安装、调试工作;承担大连机床集团天津地区售后技术服务工作。同时收集数控机床故障诊断维修工作案例,作为教师进行教学和课程资源建设的素材;也为保障天津地区企业的设备利用率,提供高层次技术服务。学生在本中心完成现场调试验收部分教学,加快学生的职业化进程。
(4)数控系统应用中心
本中心是数控系统应用技术(系统连接,调试,维修及维护)的综合实习和实训平台,主要进行本专业学生的培养及教学新模式探索;本专业教学资源建设及研讨;本专业师资培训,以及数控技能鉴定培训;用户技术交流及论坛;企业员工培训,企业技术服务;行业调研,岗位需求分析,与本地区企业开展人才培养合作等。
(5)校内一体化实训中心
在原有三个实训室基础上,购置新设备加强校内生产性实训,强化与企业和市场更紧密地联系,使校内生产性实训与校外顶岗实习有机衔接与融通,使校内生产性实习实训占校内实践教学环节的比例超过70%,提高校内实训基地开放和使用效率。校内一体化实训中心建设见表1。
为保证本专业工学结合人才培养方案的顺利实施,促进学生专业技能的培养,加强对校内共享型生产性实训基地的建设与完善,充分考虑资源的合理利用与配置,促进数控设备应用与维护技术专业及专业群的协调发展,依托大连机床集团天津服务示范中心,融专业教学、培训、技能鉴定和技术服务为一体。直接为数控设备应用与维护专业的工学结合人才培养模式服务,实现学生对专业由陌生到熟悉、专业知识由单一到综合、专业能力由初级到高级的培养过程。
2.校外实训基地与内涵建设
在大连机床集团有限责任公司的天津组装厂内,建设“大连机床天津研发制造基地培训中心”成为“厂中校”,在“厂中校”内,完成数控设备装调岗前技能训练。学生在企业环境中,按照企业操作规范,自然地融入了企业文化、职业氛围,职业素养和职业技能大幅提升。
同时在“厂中校”中进行新产品的研发、制造、销售、维修人员上岗、继续教育、企业人员和学院在校生的技能培训,使“厂中校”成为“校企‘双主体’育人”的示范基地。
此外,数控设备应用与维护专业一直在努力建设校内外实践教学基地,实践教学条件已得到较大的改善,但数控设备应用与维护专业发展起点高、技术含量高、发展时间短。因此,为保证本专业工学结合人才培养方案的顺利建立与实施,必须大力发掘和利用社会资源,积极参加行业协会活动,为企业提供培训和技术服务,加强和机床企业的联系和技术合作,在原有4个基础上,再建天津中际装备制造有限公司等4个校外实习基地,以保证实现学生半年以上顶岗实习的顺利实施。校外主要实训基地见表2所示。
【关键词】CDIO项目教学法 数控机床维修 教学 应用
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889(2014)12C-0147-02
一、研究背景
当前随着科技的进步和经济的发展,我国的制造业正在进行升级换代,而数控机床作为先进装备制造业的关键设备,已经在企业中得到了广泛的应用。数控机床是以数控技术为核心典型的机电一体化设备,数控技术涉及多门学科,如机械制造技术、自动化控制技术、计算机技术、电子技术等。虽然数控加工大幅度提高了机械制造的精度和效率,但是由于数控机床体系结构复杂,发生故障后,对故障的检测和维修比较麻烦,如果不能及时排除故障,就会影响生产,造成较大的经济损失。这就对数控机床维修工的能力提出了较高要求。数控机床维修工主要从事数控机床的装配、调试和检修工作,一名合格的数控机床维修工不仅要有较高的数控技术的专业理论知识,还要具备分析、判断故障,快速准确地维修好机床的能力。当前,多数数控机床维修人员来自高职院校,然而高职数控机床维修课程教学存在重理论轻实践、理论教学和实践教学分离的现象,学生的职业素质离企业的要求还有一定的距离。这导致了工厂企业招不到合适的数控维修工、数控专业毕业的学生难以对口就业的矛盾。对此,需要对高职数控机床维修教学进行改革与创新,探索学校、学生和企业都能共同参与、共同获益的教学方法。CDIO项目教学法可以说是一种有益的尝试。
二、CDIO项目教学法概述
CDIO是一种工程教育模式,它代表先进的工程教育思想,是国际工程教育改革的最新成果,是工程教育理念的继承和发展。C代表构思、D代表设计、I代表实施、O代表运行。CDIO理念核心为“做中学”,它以真实的工程项目为载体,通过从项目构思到项目运行整个过程的训练,让学生在实际工程环境中学习专业知识和训练职业技能,接受优秀企业文化的熏陶,养成良好的职业素质。CDIO项目教学法充分体现了现代教育的特点,它注重培养学生的工程系统能力、职业素质、创新能力和人际团队能力。目前国内外多所大学引入CDIO项目教学法进行教学改革,都取得了良好的效果。
三、数控机床维修教学中CDIO项目教学法的应用程序
数控机床维修这门专业课程综合性强,需要学生具备扎实的理论基础和较强的动手能力,要开展好该课程的教学工作并不容易。在传统的课程教学模式下教师按知识点循序渐进地组织教学,内容缺乏弹性,学生的学习比较被动,缺乏独立分析和解决实际问题的能力。CDIO项目教学法是以项目为主线来组织课堂教学,将课程的培养目标融入项目教学过程中,通过规划、设计项目,将整个课程体系有机地结合起来。该教学法的引入将枯燥刻板的课堂教学变成了生动有趣的实验项目,可以充分调动学生的学习兴趣,改变学生的学习方式,提高课堂教学的质量。
在数控机床维修教学中应用CDIO项目教学法,主要是根据CDIO教育模式的原理和要求,结合学校的实际情况,对数控机床维修课程的教学模式进行改革。主要围绕理论和实践相融合展开,按照CDIO大纲对课程体系的具体要求,以“项目构思―项目设计―项目实施―项目运作”为主线构建课程项目,实现课程理论知识和实践技能一体化教学。课程开始之前,学生以4~5人为单位组成项目小组。在项目的构思阶段,指导老师给学生讲明项目的目的和任务,引导学生思考如何开展工作。在项目设计阶段,项目小组的全体成员通过学习讨论,设计出项目的实施方案。在项目实施阶段,项目小组合作进行实验,检验自己设计的实施方案。在项目运作阶段,考评小组根据任务要求及项目开展的情况,对项目小组每位学生进行评价和反馈。
四、数控机床维修教学中CDIO项目教学法的实施路径
(一)课程项目的构思
CDIO项目教学法在工程的背景下,以项目为载体实施课程,学生亲身体验项目实施的整个过程。课程项目要符合课程教学目标的要求,要与企业生产实际相结合,还要符合学生当前的实际水平。课程项目的开发最好由学校教师、企业技术人员及行业专家共同研讨,按照课程相关的技能要求,结合企业实际工作任务,精选出有代表性的工程案例,依托真实的生产环境实施项目制教学,充分实施“做中学”的教学方法。
项目的构思首先要考虑如何将工程案例融合到项目教学中。在项目的选题上,尽量采用企业做过的项目。来自产业一线的项目既贴合工业生产的实际情况,又能保证教学内容与企业生产同步。也可采用与企业联合开发具有市场价值的项目,在保证学生学习和训练的同时,也实现产学结合。还可以让学生参加开发一些简单的课程项目或者引导学生自选一些有意义的项目。
根据职业岗位的要求并结合学校的实训条件,笔者将数控机床维修课程的教学内容提炼为四个大项目,分别为:GSK980TA数控车床机械结构的拆装与维修、FANUC0i数控加工中心系统的连接与调试、西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修、数控机床PLC控制的应用与调试。根据课程项目的工作任务及包含的知识点,再把每个项目分解为若干个模块,各模块按照由易到难、由简单到复杂、由浅入深的顺序设置。数控机床电气系统故障很多,以西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修为例,将该项目归纳为开关故障诊断、主轴启动故障诊断、机床坐标轴不移动故障诊断、刀架换刀故障诊断、伺服电机故障诊断等模块。
(二)课程项目的设计
在CDIO项目教学法中学生是主角,指导老师要善于扮演好配角。围绕确定的项目模块,学生项目小组进行分析和讨论,提出项目模块的设计方案或解决问题的可行性办法。以“刀架换刀故障”诊断为例。首先,分析故障现象。“刀架换刀故障”可以分为“刀架换刀时不转”、“刀架换刀时不停旋转”、“刀架换刀时找不到刀架”等若干个故障现象。其次,分析故障产生的原因。指导老师通过提问的形式,启发学生分析是机械故障还是电气故障,引导学生思考机械故障、电气故障的检测办法,指导学生查阅机械零件图、电子零件图、机床使用手册等资料。最后,项目小组集体学习,运用课程的有关知识与技术,寻找处理故障的办法。通过“头脑风暴”、交流讨论,项目小组形成统一的意见,撰写和提交工作方案。在这个阶段,学生独立分析问题的能力、解决问题的能力、自主学习的能力得到了锻炼和提高。
另外,也要重视CDIO实训场所的设计与建设。传统的实训室功能简单,不能满足CDIO面向工程、理实一体化教学的要求。学校要通过校企合作,设计和建设开放式的教学工厂型实训基地,把专业知识学习、职业技能训练、生产加工、科技创新及社会服务结合起来。
(三)课程项目的具体实施
项目小组提交的工作方案是否能够正确地排除故障,还需要通过实验来进行验证。例如,对“刀架换刀时不停旋转”这个故障,在教师的指导下,项目小组根据工作任务进行分工,共同协作对机床进行机械部件拆装、电子元件检测、系统调试等。项目实施过程中,学生要绘制图纸、编写数控加工程序,记录和整理实验数据、撰写实验报告。通过反复实验,逐一排除不可行的方案,最终找到正确的工作方案。项目完成后,指导老师要给学生讲解故障的正确解决办法,让学生进一步理解故障的产生原因和检测方法,还要帮助学生分析项目失败的原因,指出项目实施过程中存在的问题和不足并指导学生加以改进。课程项目的实施过程体现了CDIO “做中学”的理念,学生边做边学,锻炼了实践动手能力、团队协作能力,加深了对理论知识的理解,培养了工程的思维模式。
课程项目完成后,接着是项目的展示。安排以小组为单位进行答辩,项目小组要进行项目实践演示,对项目工作方案的设计思路、故障原因、检测与诊断的关键要素、实验过程中遇到的疑难问题及实验失败的原因等进行汇报。答辩完后学生负责撰写项目报告,总结课程项目的学习成果,分享心得和体会。
(四)课程项目的运行与评价
课程项目在学校的环境中运行有一定难度,学校可以与企业合作创办校办工厂,面向市场承接数控机床的维修业务,实现学习、工作、生产的有机结合。课程项目在社会的环境中运行,接受市场的检验,可以直接获得客户的意见反馈,有利于项目的不断改进和提高。CDIO的评价方法重在学生的能力培养,以过程性考核为主,采用多元化的评价方法,全面考核学生的综合职业能力。考核的内容包括:学生的职业素质、个人能力、团队合作能力、工程项目的完成效果等。课程项目的每个阶段都有考核标准和考核成绩,通过开展个人自评、小组互评和教师评价共同完成学生阶段考核成绩的评定,各阶段考核成绩按比例构成学生的课程综合成绩。
五、结语
在实施CDIO项目教学法的过程中,教师起着重要的作用。然而,目前高职院校部分工科教师缺乏产业经验,CDIO能力不足。对此,各高职院校可考虑与企业建立人才共同培养的机制,邀请优秀的企业工程师到学校兼课和让专业教师到企业兼职锻炼。同时,课程项目教学实行双导师制,由企业工程师和学校教师共同担任课程的指导老师。此外,鼓励教师和企业合作开展课题研究、技改项目、产品设计开发,不断提升教师的工程实践能力。
总之,CDIO项目教学法主要是以学生为中心、以培养学生的职业综合技能为目标,通过项目来组织和实施课程,给学生以完整的工程项目体验。数控机床维修课程实施了CDIO项目教学法后,学生的学习潜力被激发出来,学生亲自动手拆装机床,做实验分析、检测故障,设计维修方案和完成机床维修的工作任务。一体化的教学模式让学生不再害怕数控机床维修抽象难懂的理论知识,每个故障的成功解决都会增强学生的自信心。通过CDIO项目训练,学生的专业知识、实践技能和职业素质提高很快,为他们今后的学习和就业打下了很好的基础。
【参考文献】
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关键词:数控化改造;理实一体化教;项目任务
车床的数控化改造课程是机床再制造专业的核心专业课程,它综合了本专业机床电气控制与PLC、数控系统连接与调试、数控机床PLC控制与调试、数控机床机械部件装配与调整和数控机床液压与气压传动等课程内容,是前期这些课程知识和能力的综合应用,对于提高本专业学生从事机床数控化改造或机床再制造方面所需核心技能具有重要意义。
1课程的基本信息
车床的数控化改造课程是“机床再制造专业”专业综合应用性课程,开设于二年级学生第四学期后半学期,实行理实一体化项目教学,集中上课,边做边学;整合课改前72学时理论授课,4周机床数控化改造实训(实训结束后进行数控机床装调与维修工技能鉴定),变成目前课改后的理实一体项目化授课120学时,数控机床装调与维修工技能鉴定前1周集中培训。
2课程的目标与定位
(1)专业人才培养目标。培养从事机床数控化改造或再制造方面的改造前评估、设计、装配调试和测试检验等工作,具有职业岗位(群)所需的基础知识及专业技能、具有较强综合职业能力的高端技术技能型专门人才。(2)专业典型工作岗位。本专业典型工作岗位包括:机床改造工程师、设计员、工艺员和一线操作工,本课程基于机床再制造专业人才培养目标,能够满足这些典型工作岗位所需专业知识和技能。(3)课程定位。“车床的数控化改造”课程在专业课程体系中属于专业综合应用性课程。它具有较少的新知识和新能力要求,更多侧重于前期课程知识和能力的综合应用,是学生顶岗实习前夕重要的一门综合类课程。(4)课程教学目标。①能根据给定的废旧车床(包括废旧的数控车床),考虑多方面因素,如改造成本、废旧车床目前状况,综合评判是否适合车床的数控化改造-废旧车床性能检测与再制造性评估;②按照国家标准(GJB5481-2005机床数控化改造通用技术要求;GB/T28615-2012绿色制造金属切削机床再制造技术导则),能够拟定或设计废旧车床整体改造方案(重点:系统选型),并进行详细设计,包括电气原理图绘制、机械结构改造设计等(20%);③按照给定车床数控化改造要求,如改造用电气原理图和接线图,装配图及装配工艺,整机改造工艺流程,相关系统用连接、调试说明书等,初步具有完成局部或整机改造的能力-拆洗修换装调(机电);④能够对改造后的车床,按照相关国家标准,借助相关工量具,完成精度检验和试切加工;⑤综合运用先修课程学到的知识和掌握的技能,解决车床改造过程中出现的实际问题。
3课程整体设计
3.1项目设计
由于学院车床的数控化改造过程目前做不到重复性改造,故把改造过程涉及到的主干知识学习和核心技能训练,拆解成18个相关性项目进行训练,具体项目设计详见表1,这18个项目基本覆盖车床改造过程的典型工作过程和任务,同时侧重于车床安装、装配、系统连接与调试、精度检验和试切加工等,同时兼顾改造设计。
3.2课程教学条件
校内实训基地:两台普车改造完成的数控车床,两台废旧数控车床经系统升级改造的数控车床,四台数控车床CAK6150Di(配置fanuc0imateTC系统),可用于本门课程的理实一体项目化教学。校外实训基地:学院与山西智创科技有限公司、苏州勤美达精密机械有限公司进行深入校企合作,在数控机床装调维修、数控机床升级改造或普通机床数控化改造方面对顶岗实习的学生实施联合培养机制,巩固所学专业知识,强化机床改造方面的实践技能。课程参考资料:本门授课所用资料是机床厂家和数控系统厂家提供的全套技术资料,如:机床电气原理图、数控车床使用说明书(机械与电气)、fanuc系统系列说明书,数控车床典型部件装配图纸和装配工艺等;四台改造完成的数控车床改造前及改造过程中整理完成的全套技术资料。
3.3教学模式
课程设计理念:在整个教学过程始终贯彻边做边学教学理念,突出专业能力培养,将相关专业知识和实践技能融入到每一次课程当中,实现“理论知识与实践技能结合、教室与实训室结合、学习与工作结合”的三结合。教学过程:每一次课都通过案例或示范任务直观引入,学生模仿并通过思考,逐步完成类似或难度等级渐增任务,在做任务、做项目过程不断提高理论水平和实践技能,同时在一些重要的项目中增加考核任务。教学方法与教学手段:在教学实施过程中,以学生为主体,以学生是否掌握相关知识和技能来评价教学方法的科学性和合理性,善于采用引导法、分组讨论法、情境法等教学方法,充分利用教学课件、技术资料、实训设备、课程资源库等教学资源,激发学生的学习积极性和主动性。
3.4课程评价
过程考核、期末考核和技能鉴定考核三者相结合。过程考核侧重学生平时学习态度、课堂上任务完成情况,考核项目或任务得分情况,过程考核占到总成绩的50%;期末考试侧重于理论考核,占到总成绩的25%;数控机床装调与维修工技能鉴定考核占到总成绩的25%。
4课程单元设计
下面以fanuc系统选型为例,阐述教学实施过程:(1)任务引入(15min)。学院有两台废旧数控车床,1987年左右购置,系统为DJK-BS03A,该机床自购置后主要用以数控车削实训,机械精度保持较好,现需对其数控系统升级改造。鉴于学院数控实训中心大部分系统为HNC-210系统和FANUC系统,①为了便于维护管理;②同时近几年在数控机床装调维修与升级改造比赛项目中,使用fanuc系统较多;③改造完成后也主要用于机床改造课程实训和技能竞赛培训用,所以经申请领导同意升级为fanuc系统,现需确定系统配置清单和价格。(2)逆向任务实施(容易着手)(45min)。学院有四台数控车床,配置的系统为fanuc0imateTC系统,请根据课前提供的相关技术资料(选型手册、部件速查手册、维修说明书、连接功能说明书等)和设备,确定机床的系统配置清单。学生可以通过现场查看各部件铭牌、系统开机查看系统软硬件配置,翻阅相关说明书,以小组分工、讨论、协作方式最终完成配置清单的填写(表2)。必要的情况下,教师根据学生完成任务情况或遇到的典型问题进行讲解。最终每小组向老师汇报工作。(3)教师点评总结(30min)。展示学生的成果并点评,之后集中讲解学生在做任务中遇到的难题或疑问。(4)正向任务实施(上课时引入的问题)(45min)。在完成逆向任务的基础上,已知主轴电机的功率和调速范围要求,各进给轴电机的功率和扭矩,以及其他改造要求,确定fanuc系统配置清单。(5)考核(15min)。任务考核分两个阶段,第一段在任务实施的过程中进行部分考核,另外一个阶段为上置清单后进行考核(表3)。
5结论
关键词:数控加工;实训教学;任务驱动;虚拟仿真;改革
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.195
0 引言
高职数控加工专业是培养数控机床操作技术人才的重要专业,现代数控加工技术发展进步非常快,对人才的实践能力要求很高。在这种背景下,高职院校要对数控加工专业的实训教学进行改革。通过优化实训课程,为学生提供良好的实训平台,鼓励学生到企业一线实习等措施,来不断提升数控人才的技能素质。
1 高职院校数控加工实训专业教学存在的问题
1.1 实训课程教学特色不明显
在一些高职院校数控加工实训教学课程中,对学生实训的内容、教学方法以及参与技能要求等,同传统的课堂教学差异不大,没有突出实训教学的特色,对学生数控加工实践技能的训练作用不明显。
1.2 缺乏真正的学生实践锻炼机会
数控加工专业,是一种理论性同实践性,密切结合的专业。一方面要求学生掌握基础的核心数控技术知识,另一方面需要学生进行实践锻炼。在实践锻炼过程中,才能将数控加工技术练习到位,并为今后走上一线的数控技术工作岗位打好基础。但是,实际情况是不少高职院校,没有给学生安排真正能够锻炼学生实践技能的实习岗位,学生的实习效果不理想。
1.3 实训教师的教学水平和实践经验有待提升
现代一些高校在数控实训教师引进方面,m然花费了不少经费,但是,真正专业知识水平高、数控实践经验丰富的优秀教师并不多。高职院校数控实训教师在开展数控加工实训课程方面,更多的是参照同类院校的方式方法,缺乏立足于学生实际情况的创新突破,对学生的实训引导作用不明显,教师的专业知识水平和实训经验都有待提升。
2 数控加工专业实训教学改革模式分析
2.1 引进和培育数控加工实训师资
实训教学改革,需要一批具备现代化数控加工专业技术知识的教师,教师不仅要在引领专业不断创新改革,还要在日常教学过程中,反复总结,参与实践锻炼,努力提升自身的实践技能素质。高职院校要加大引进和培育实训专业教师的力度,打造一批专业知识水平高、技能素质硬的师资队伍。
例如,德州职业技术学院,为适应现代职业教育体系建设新形势,建设强教学、强实践、强科研的“三强”教师队伍,助力省级优质名校申报,2017年2月,组织机械工程系26名青年教师参加的寒假教师技能培训。在培训过程中,采取校企合作形式,依托学校“数字化工厂”和“产品检测技术中心”设备资源,聘请西门子公司的刘清洲工程师和泰西(北京)精密技术有限公司代跃工程师为老师们进行培训。培训采取专家集中授课、示范演示、教师动手实践等形式,系统地学习了工业自动化生产制造的各项基本技术和基于互联网支撑的智能化制造、信息化远程管理控制等前沿知识,实现了教师技能水平、科研能力、创新意识的全面提升。培训过程中,老师们表现出了极大的求知欲望,学习气氛浓厚、纪律良好,自始至终无迟到早退现象发生,老师们并纷纷表示这种技能培训针对性强、效果好,既开阔了视野、更新了理念,又获得了知识、提升了能力。
2.2 深度对接企业需求,为学生开辟良好的专业实习平台
数控加工专业的学生,要想真正提升自己的技术能力,除了要掌握好基础理论知识外,更重要的是要进行真实的实训操作。数控加工是实践性很强,对学生动手操作能力很高的专业,因此,高职院校要在深度对接企业人才需求的基础上,为学生开辟更多真正的实习平台。在实际岗位实习过程中,学生们才能更好的检验自身的知识,并强化数控加工的各项工作技能,为今后从事数控加工技术岗位打好基础。
2.3 提升实训教学硬件的水平,为开展仿真实践模拟创造条件
为保证高职院校数控加工专业实训教学的正常进行,在实训硬件基础设施上,高职院校要加大投入,对落后陈旧的数控加工硬件设备进行更新,引进现代先进的数控加工硬件设备,做好实训场地设备搬迁、安装、调试、检修、环境清理等工作。为学生进行仿真模式实训提供良好的条件,这样对于在校期间提升学生们的数控加工实践技能,也具有十分重要的意义。
2.4 创新实训教学模式,引进企业一线技术人才授课
数控实训专业实训,可以定期引进一些企业一线优秀技术骨干进行授课。企业一线技术人才,无论是专业知识,还是技能素质方面,都是经过一线岗位锻炼过的,并且其思维理念也是基于现场实际数控加工作业模式,这对学生们来说,是非常急需的。因此,高职院校要定期引进这类人才为学生的实训进行授课。
例如,山东烟台工程职业技术学院实训处,通过邀请佛山市先导数码科技有限公司工程技术人员进行专题授课。对学生实训过程中遇到的数控机床维修实验平台编程问题、安装调试问题以及故障排除等进行培训指导。在场的技术人员详细讲解设备电气组成部分工作原理,加工程序编制方法等,这对提升学生们的动手安装、调试及维修能力具有非常重要的作用。并且对PLC控制有了更深入的学习与了解。在实验台中采用模块化设计,能够模拟机床电气故障,进一步使学生了解机床电气原理、系统编程与操作,帮助老师进一步了解数控机床电气结构进行数控系统的二次开发。数控机床系统操作、编程实验;便于学生大规模接线、安装,参加系统联调;数控机床典型故障分析及检修。为今后实训教学、科研、大赛提供重要保障。
3 结论与建议
通过上面对高职数控加工专业实训教学改革的探索分析,并且一些高职院校的实际改革措施,也能够给我们一些启示作用。高职数控加工实训改革,要以市场对人才需求为立足点,培养专业技能素质高,具备良好动手实践操作能力的人。通过引进专业技术教师、深度对接企业人才需求以及增加企业一线培训实习等,是未来实训教学改革努力探索的重要方向。
参考文献: