高淼 張桂花 范有雄

摘 要： 數(shù)控編程與智能化加工是“3+2”中高職數(shù)控專業(yè)的核心課程。本次信息化教學(xué)改革以企業(yè)真實的加工任務(wù)為載體，引入手機云教材、微課、動畫、智能制造單元控制軟件、工藝參數(shù)APP、交互式三維虛擬仿真軟件等信息化資源與手段。課堂實施過程將工藝設(shè)計、自動編程、智能加工知識點貫穿融入到理實一體化教學(xué)中，提高課堂教學(xué)的實際效果，同時也注重學(xué)生核心能力和關(guān)鍵素質(zhì)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 信息化；課程改革；素質(zhì)培養(yǎng)

中圖分類號： G712 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-8153（2018）02-0076-05

1 信息化教學(xué)改革背景

隨著以高速高精度多軸控制為特點高檔數(shù)控機床和工業(yè)機器人在《中國制造“2025”》中被列為突破發(fā)展的十大重點領(lǐng)域之一，大批機器人走進車間，高端數(shù)控機床和機器人技術(shù)人員躋身《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》緊缺人才第二位，迫切需要培養(yǎng)緊跟產(chǎn)業(yè)升級，會優(yōu)化工藝、數(shù)控編程、駕馭機器人的高端數(shù)控智能工“將”。而數(shù)控編程與智能化加工是一門綜合性、實踐性、信息化很強的課程，一直是數(shù)控專業(yè)的核心職業(yè)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生具備生產(chǎn)任務(wù)分析、工藝路線制定、程序編制與校驗及智能制造生產(chǎn)線操作等能力，以打造高端數(shù)控智能制造技術(shù)人員，滿足產(chǎn)業(yè)升級對人才的需求。

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》指出，教育信息化對于優(yōu)化教育結(jié)構(gòu)、合理配置教育資源、推進教育均衡、提高教育質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才，乃至全面實現(xiàn)教育公平與構(gòu)建學(xué)習(xí)型社會都具有重要作用。高校教育信息化是實現(xiàn)高校教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略選擇[1]。

2016年武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院數(shù)控專業(yè)教研室經(jīng)過多方調(diào)研和分析后，在數(shù)控加工工藝與編程基礎(chǔ)上增加了“智能制造”的相關(guān)內(nèi)容，充分利用我校為智能制造職教集團牽頭單位的資源，選取企業(yè)實際項目及教師工程實踐案例，校企共同開發(fā)了數(shù)控編程與智能化加工項目課程和課程標(biāo)準。該課程不同于低端的機床操作工培養(yǎng)，主要培養(yǎng)學(xué)生具備生產(chǎn)任務(wù)分析、工藝路線制定、程序編制與校驗及智能制造生產(chǎn)線操作等核心能力和關(guān)鍵素質(zhì)，以打造高端數(shù)控智能制造技術(shù)人員，滿足產(chǎn)業(yè)升級對人才的需求。

本次信息化教學(xué)改革以“3+2”中高職數(shù)控1751班學(xué)生為試點班，他們在中職階段已學(xué)會通過單指令實現(xiàn)簡單零件的加工，而在高職階段更注重智能制造工藝設(shè)計和智能制造產(chǎn)線操作能力的培養(yǎng)，希望學(xué)生能夠獨立完成零件的工藝、編程和智能化加工。本文選擇數(shù)控車削經(jīng)典指令“粗車循環(huán)指令G71”為例，探討數(shù)控專業(yè)課程的信息化教學(xué)改革模式，注重培養(yǎng)學(xué)生工藝設(shè)計、程序編制和智能加工的三大核心能力和工匠精神、綠色制造意識、質(zhì)量意識、創(chuàng)新精神和信息技術(shù)應(yīng)用能力的五項關(guān)鍵素質(zhì)。

2 信息化改革教學(xué)分析

2.1 教學(xué)任務(wù)

本次教學(xué)任務(wù)為完成伺服電機軸輪廓加工，是全教材中的綜合和實踐章節(jié)，要求學(xué)生對伺服電機軸進行加工分析、正確的編制程序和操作智能制造單元加工。

要完成圖示此零件的數(shù)控加工，必須對其進行工藝分析，制定工藝路線，選擇最佳刀具路徑和工藝參數(shù)，編制數(shù)控加工程序并操作智能制造單元進行加工。前述課程講授了簡單車削循環(huán)指令編程方法，將工藝上的一次走刀加工和退刀用一個指令完成，如若要完成工藝上的粗加工，則需要多次使用簡單粗車循環(huán)指令。為簡化編程，非常有必要通過這部分的學(xué)習(xí)，用G71指令編程完成所有的粗加工和精加工。故本次課的主要教學(xué)內(nèi)容為：外徑粗車循環(huán)指令G71。而且這一節(jié)也為接下來的G72指令的學(xué)習(xí)做了鋪墊。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：熟悉軸類零件輪廓粗精加工的編程指令；掌握軸類零件輪廓粗精加工的編程指令的刀具路徑；熟悉軸類零件輪廓粗精加工的工藝參數(shù)。

能力目標(biāo)：能夠?qū)S類零件輪廓加工進行工藝設(shè)計；能夠正確編寫軸類零件輪廓粗精加工的程序；能夠智能加工軸類零件輪廓粗精加工。

素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)綠色制造意識；培養(yǎng)工匠精神；培養(yǎng)質(zhì)量意識；培養(yǎng)信息技術(shù)能力；培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

3 信息化改革教學(xué)策略

3.1 教學(xué)方法

采用任務(wù)驅(qū)動法，以智能制造企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)伺服電機軸訂單為載體，在校企共建基地開展教學(xué)，嚴格遵循企業(yè)工藝設(shè)計、程序編制、智能生產(chǎn)流程與標(biāo)準，將教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)為錘工藝-磨程序-馭智能-悟素質(zhì)四大環(huán)節(jié)，設(shè)置有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，開啟“機器人造肌工程”，提升學(xué)生高端核心能力和關(guān)鍵素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生智能制造職業(yè)認知和使命感。

3.2 教學(xué)策略

教學(xué)環(huán)境選擇在校企共建基地開展教學(xué)，以智能制造企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)為載體，嚴格遵循企業(yè)工藝設(shè)計、程序編制、智能生產(chǎn)流程與標(biāo)準，提升學(xué)生核心能力和關(guān)鍵素質(zhì)。

引入Turning工藝參數(shù)APP、智能加工單元控制軟件等5種信息化資源與手段，化虛為實、化繁為簡，破解教學(xué)重難點。

3.3 設(shè)計思路

根據(jù)學(xué)生已有的認知水平和特點，針對傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式單一，理論難以理解、教學(xué)過程枯燥、教學(xué)情況不易反饋、操作練習(xí)存在安全隱患和高重復(fù)性的機械加工等問題，采用信息化資源和手段來解決，將課堂延展為課前自學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、課后提升三個階段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂實效。

（1）針對教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式單一，通過自主開發(fā)微課、課件、動畫、在線課程、手機云教材等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源動態(tài)呈現(xiàn)，包括校級精品資源共享課“數(shù)控機床零件加工實訓(xùn)”和校級精品課程“數(shù)控加工編程”，為學(xué)生提供在線學(xué)習(xí)平臺；

（2）針對理論難以理解，通過教學(xué)動畫、手機三維編程軟件、turning工藝參數(shù)APP直觀展示刀具路徑、各參數(shù)意義及工藝參數(shù)選取，降低學(xué)習(xí)難度，提升完成任務(wù)的成就感；

（3）針對教學(xué)枯燥，通過引入智能制造企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，遵循企業(yè)生產(chǎn)流程將教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)為錘工藝-磨程序-馭智能-悟素質(zhì)四大環(huán)節(jié)，設(shè)置有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，開啟“機器人造肌工程”，引爆學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生智能制造職業(yè)認知和使命感。

（4）針對教學(xué)情況不易反饋，通過云班課加強互動，即時反饋學(xué)生的課堂表現(xiàn)，提高學(xué)生參與的積極性及完成任務(wù)的成就感；

（5）針對操作練習(xí)存在安全隱患，通過交互式三維仿真加工軟件反復(fù)練習(xí)熟練規(guī)范的加工過程，驗證工藝和程序、培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作意識和嚴謹?shù)墓ぷ髁?xí)慣。

（6）針對高重復(fù)性的機械加工，通過自動加工單元軟件和機器人示教功能，操作智能制造單元試制樣品，進入批量生產(chǎn)后只需監(jiān)控自動加工單元軟件狀態(tài)，將學(xué)生從繁重的機械加工中解放出來，聚焦學(xué)生高端核心能力培養(yǎng)。

4 信息化教學(xué)改革實施

課前，教師在云班發(fā)布課程任務(wù)和加工零件圖，學(xué)生自學(xué)手機云教材中的課件、微課、動畫，對零件加工進行工藝分析，完成測試題；擬定刀具路徑，拍照上傳云班；并參與由教師主導(dǎo)的樣本零件問題及原因討論。

教師根據(jù)反饋信息，調(diào)整教學(xué)，按企業(yè)生產(chǎn)流程分為錘工藝-磨程序-馭智能-悟素質(zhì)四大環(huán)節(jié)。

4.1 錘工藝（動畫投票錘工藝設(shè)計之技）

課前測試結(jié)果顯示10%的學(xué)生具備多臺階軸的工藝設(shè)計能力，教師調(diào)用動畫分析零件尺寸、形狀、位置精度等要素，擬定含機器人夾持方案和智能檢測方案的智能制造工藝方案。分析學(xué)生上傳的工藝設(shè)計，歸納為兩種，根據(jù)裝夾定位精度高原則確定方案二。調(diào)用動畫比較機器人不同夾持方案的可靠性，選擇最佳方案；

刀具路徑：課前17%學(xué)生上傳的刀具路徑合理，走刀時間短，成本低，主要有三種刀具路徑。教師調(diào)用動畫比較刀具路徑，通過云班發(fā)起投票，請學(xué)生按照最短刀具路徑原則進行選擇，90%學(xué)生選擇多次軸向刀具路徑；

工藝參數(shù)：借助Turning工藝參數(shù)APP，學(xué)生輸入工件材料、各工序尺寸、粗精加工應(yīng)用領(lǐng)域，分別得到各工序的工藝參數(shù)。多次動畫對比、投票參與、APP查詢讓學(xué)生深刻理解工藝設(shè)計之技和綠色制造理念，突破教學(xué)難點。

4.2 磨程序（游戲仿真磨程序精細之藝）

最優(yōu)刀具路徑和工藝參數(shù)通過G71指令實現(xiàn)，其格式和參數(shù)復(fù)雜。學(xué)生在交互式三維仿真加工軟件手機端幫助下手工編寫程序，在云班發(fā)送教師。教師即時評分，發(fā)現(xiàn)40%學(xué)生依然存在指令錯誤。教師開啟找茬游戲，將錯誤指令投屏，讓學(xué)生現(xiàn)場找茬，確保所有學(xué)生的指令都正確。隨后闖關(guān)游戲測試，強化記憶。

為驗證程序、降低安全隱患，學(xué)生進入仿真加工環(huán)節(jié)。交互式三維仿真加工軟件具有報錯并終止操作功能，給出操作或程序錯誤信息，并自動評分，提醒學(xué)生生產(chǎn)規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生安全和質(zhì)量意識。

找茬和闖關(guān)游戲打磨學(xué)生編程精細習(xí)慣，交互式三維仿真加工軟件手機端直觀顯示指令含義，電腦端反復(fù)糾錯，強化工匠意識，突出教學(xué)重點一。

4.3 馭智能（實戰(zhàn)演練馭智能制造之法）

學(xué)生在技師指導(dǎo)下操作智能加工單元控制軟件，傳入仿真好的程序，駕馭智能制造單元試制對刀，示教規(guī)劃機器人動作路徑，按工序加工工件，智能檢測工件，實時反饋檢測結(jié)果，修訂刀具補償，優(yōu)化工藝參數(shù)完成零件試制，每個環(huán)節(jié)均可掃描二維碼觀看微課。教師巡回指導(dǎo)，對學(xué)生錯誤操作拍照上傳云班，形成生產(chǎn)性教學(xué)資料。

技師用三維掃描儀檢測學(xué)生試制的工件，填寫檢測報告，調(diào)整工藝和程序，試制合格后投入批量生產(chǎn)，學(xué)生通過控制軟件實時監(jiān)測單元狀態(tài)。強烈體驗通過信息技術(shù)控制智能制造的“駕馭”之樂，破解教學(xué)重點二。

加工完后學(xué)生現(xiàn)場6S處理。

4.4 悟素質(zhì)（剖析反思悟關(guān)鍵素質(zhì)之道）

生產(chǎn)完成后回放生成性教學(xué)資料，學(xué)生踴躍上臺剖析問題，教師乘機歸納智能工將必備之工藝、程序、智能加工技藝，強調(diào)關(guān)鍵素質(zhì)：綠色制造意識、工匠精神、質(zhì)量意識、創(chuàng)新能力、信息技術(shù)能力。要求學(xué)生課后完成減速機軸零件的工藝設(shè)計，程序和智能制造工藝方案編制，上傳云班，供企業(yè)專家參考。

5 信息化教學(xué)改革反思

5.1 教學(xué)效果

以伺服電機軸智能加工為載體，打造錘-磨-馭-悟智能工將鍛造之旅，課上課下反饋積極熱烈，課后測評學(xué)生滿意度97%以上；

信息化手段降低了學(xué)習(xí)難度，工藝設(shè)計正確率100%，刀具路徑正確率90%，編程完成率100%，作業(yè)中的工藝方案獲得企業(yè)好評，有效達成教學(xué)目標(biāo)。

5.2 特色創(chuàng)新

動畫、Turning工藝參數(shù)APP、交互式三維仿真加工軟件、智能加工單元控制軟件將學(xué)生從傳統(tǒng)繁重的參數(shù)查詢、程序背誦、機械加工中解放出來，打造真正的智能工將；

緊跟產(chǎn)業(yè)升級，依托智能制造職教集團，校企深度融合，聚焦三大核心能力五大關(guān)鍵素質(zhì)，共同開發(fā)課程資源，實現(xiàn)“企業(yè)課堂”，開創(chuàng)具有可推廣性的智能制造高端人才培養(yǎng)模式。

“3+2”中高職教育必須根據(jù)崗位群以及學(xué)生的特點，以伺服電機軸的加工任務(wù)為項目，結(jié)合信息化的教學(xué)手段，把工藝設(shè)計、自動編程、智能加工知識點貫穿融入到理實一體化教學(xué)中，同時注重核心能力和關(guān)鍵素質(zhì)，提高課堂教學(xué)的實際效果。

[參考文獻]

[1]教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020 年）[Z]. 中華人民共和國教育部，2012，8.

Informational Course Reform of NC Programming and Intelligent Processing

GAO Miao，ZHANG Gui-hua，F(xiàn)AN You-xiong

（Mechanical Engineering College， Wuhan Vocational College of Software and Engineering，Wuhan 430205，China）

Abstract： NC Programming and intelligent processing is the core course of Numerical Control major in 3-year junior college education plus 2-year undergraduate education. The informational course reform sets the real processing task of enterprises as teaching task with information resources and means including cloud materials，micro-lectures，animation，intelligent manufacturing unit control software，process parameters App，mobile 3D programming software. The classroom teaching involves the knowledge of process design， automatic programming，intelligent processing，which not only improves teaching effect，but also strengthens students core competence and quality cultivation.

Key words： informatization；course reform；quality cultivation