應用型大學本科數字化設計制造綜合實訓教學改革與探索

姚引婧　吳冬霞　白雪玲　胡延東　張曉明　楊立超　許曉玲

[摘 要] 針對應用型大學旨在培養“實踐能力強、創新意識強、文化素質高、社會價值高的工程技術應用型人才”的教學目標，結合蘭州理工大學技術工程學院教學實際，從教學方法、教學內容、考核方式等方面對數字化設計制造綜合實訓課程進行改革，使學生熟悉產品的整個設計制造流程及CAD/CAM相關軟件，了解數字化相關設備，提前熟悉企業作業環境，為就業后能盡快完成角色轉換奠定基礎。

[關鍵詞] 數字化設計制造綜合實訓；CAD/CAM；逆向工程；教學改革與創新

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

隨著全球經濟的迅猛發展，消費者的消費觀念發生了結構性變化，要求產品更新換代的速度加快，產品設計制造周期縮短，產品質量還必須要好。數字化設計制造技術是一項綜合性、集成性很高的高新技術，是先進制造技術的重要組成部分，也是提高設計水平、縮短產品開發周期、增強企業競爭力的一項關鍵技術。全面、熟悉地掌握數字化設計制造技術已成為工程技術人員適應新形勢、新要求的重要任務，也成為應用型大學本科生實踐教學改革的新方向。

一 應用型大學本科數字化設計制造綜合實訓課程現狀

數字化設計制造綜合實訓是機械設計制造及其自動化專業和機械類專業學生的一門必修課，也是理論教學結束后進行的實踐教學環節。部分學校也稱CAD/CAM實訓、CAD實訓、CAM實訓或計算機輔助設計制造實訓等。教學目的是讓學生進一步掌握現代設計制造的方法和手段，提高學生的CAD/CAM技術應用能力。通過實訓讓學生親身參與產品設計、制造的整個過程，熟悉產品設計的流程、規范、制造方法、工藝過程等，鍛煉學生綜合運用知識的能力、設計軟件的使用能力、查閱資料的能力、動手與團隊協作的能力，培養對產品創新設計的興趣。目前現有的課程大概有以下幾種形式。

1 實訓只進行CAD/CAM的部分環節，比如只進行CAD模塊或CAM模塊的實訓，學生不能系統熟悉整個設計制造流程，更無法模擬體驗企業作業過程。

2 實訓讓學生采用一門CAD/CAM集成軟件，對零件進行CAD 階段的設計，再進行CAM過程的模擬仿真加工，整個過程以課內上機形式完成，未進行零件的實際加工，學生不能切身進行數控設備加工過程的操作練習，且學生未能體驗到整個設計制造的過程。

3 實訓讓學生掌握并應用一門CAD/CAM集成軟件，完成一般零件的造型設計，運用所學CAM及數控編程的相關知識，針對設計的零件進行手工編程，并實際操作數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，且缺失DNC過程，先進的數字化設計制造技術未能得到完整的詮釋。

4 在實訓過程中，使學生親身經歷從設計——工藝——制造—DNC傳輸——零件加工制造整個數字化設計制造流程，通過數字化設計制造綜合實訓，讓學生建立數字化設計制造理念，懂得運用先進的設計制造方法解決實際問題并進行工程應用。但是絕大多數都是由指導教師給學生下定任務單，學生機械的完成整個過程，缺乏創新，不能充分發揮學生的主觀能動性。

二 應用型大學本科數字化設計制造綜合實訓教學改革措施

社會與經濟的發展對產品的設計與制造提出了更高的要求，產品在保證質量的前提下，研發和制造的周期越來越短。這樣就要求在設計的過程中必須保證設計的正確性與可靠性。不斷發展的CAD/CAM技術可以最大限度的滿足目前產品的設計制造要求。所以為了滿足現代社會生產技術的要求，在相關專業本科生的培養過程中，需讓學生對這一現代化的技術有全面的了解和熟練的應用能力。在實踐教學過程中，我們從教學方法、教學內容和考核方式等幾方面入手，探索和實踐了新的教學改革，現闡述如下。

（一）教學方法改革

1 項目教學法

以企業真實項目為載體設計實訓項目，按照實際工作過程明確具體任務，并通過完成任務實現技能模塊的教學過程。實施步驟為：項目分解——任務驅動——實際操作——技術研討。在整個過程中學生始終保持團隊合作狀態。

此方法既可以讓學生掌握實際產品的設計、制造流程和相關的知識，又能鍛煉學生的團隊合作能力。

2 問題探究教學法

教師（組）或教師引導學生提出問題，在教師組織和指導下，通過學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：創設問題的情境——機床如何實現車削過程；選擇與確定問題——數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數控車仿真；實踐并得出結論。

3 小組合作教學法

項目在實踐教學環節，將學生劃分為不同小組，每個小組有不同的實訓任務單，每個小組根據任務內容和教師的安排，通過技術討論、實際操作等手段，合作完成一個實訓項目。這樣既提高了學生實踐操作技能，又培養了學生組織協調、合作學習的能力。

4 現場教學法

將實踐教學環節的一部分設置在學校的工程訓練中心，另一部分設置在校外實踐教學基地。讓兩部分的教學內容能夠相互關聯，通過工程訓練中的操作實踐和校外教學基地的認知實踐，讓學生把所學的知識與企業的實際生產聯系起來，感受真實生產氛圍，學習知識在企業中真實應用的技能。

5 分層教學法

項目采用分層次培養學生能力的教學思路。課程在設置之初對學生的要求劃分了3個層次：基礎理論與技能應用層次、綜合系統培養層次、科技創新層次?；A理論與技能應用層次針對機械類等對課程要求較低的專業，要求學生在理論知識掌握和實踐技能應用方面達到課程大綱要求；綜合系統培養層次針對機械專業的學生，要求學生對理論知識和實踐技能可達到熟練綜合運用的程度；科技創新層次針對在課內和實踐訓練環節綜合能力較為突出的學生，每學期選拔一批對課程內容掌握較扎實的學生進行課外科技創新培訓培養、校企實踐教育教學基地共同培養等活動。

（二）教學內容的安排

數字化設計制造綜合實訓構建在現代數字化工廠的實際環境之中，學生通過對典型機械零件的完整設計、仿真直至真實加工與檢測，可系統且完整地體會現代數字化設計制造模式的全過程。數字化設計制造方法優于傳統設計制造，整個設計制造過程不是獨立的，而是一個并行的過程，詳見圖1。

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

圖1 數字化設計制造綜合實訓課程內容流程圖

（三）考核方式

數字化設計制造綜合實訓考核方式注重過程考核、能力考核以及結果考核。因此數字化設計制造綜合實訓成績包含形成性的考核和終結性考核兩部分，具體考核內容及占比見表1。

表1 數字化設計制造綜合實訓考核內容及占比

三 改革的創新點

在教學中注重了從“設計——工藝——制造”的完整周期，讓學生有一個完整的體驗和認識；CAD和CAM通過DNC來連接，實現了整個CAD/CAM的集成過程，數字化設計制造技術得到了很好的詮釋和展現；實訓過程中采用單獨和協作共存的模式，既鍛煉了學生個人的動手能力，又讓他們認識到團隊合作的重要性，鍛煉了團度合作協調能力；教學過程中突出學生自身的主觀能動性，允許學生自主設計，并將所設計的產品制造出來，既讓學生在實踐過程中學習了知識，又增強了學生的自信心。

參考文獻

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