付大鵬+周威

摘 要 經(jīng)過(guò)近30年的探索和發(fā)展，3D打印和智能制造技術(shù)成為當(dāng)今全球最受關(guān)注的新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一。工程訓(xùn)練教學(xué)中心是各大高校重要的教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地，課程建設(shè)正向先進(jìn)制造和智能制造方向發(fā)展。在工程訓(xùn)練課程體系中通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立平臺(tái)，將3D打印和智能制造課程建立起訓(xùn)練模塊，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才提供保障。

關(guān)鍵詞 工程訓(xùn)練教學(xué)中心；3D打印；智能制造

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）12-0052-02

1 前言

國(guó)務(wù)院印發(fā)了經(jīng)李克強(qiáng)總理簽批的《中國(guó)制造2025》，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略[1]。這是我國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)。圍繞實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，《中國(guó)制造2025》明確了戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)。高校如何為國(guó)家培養(yǎng)具備先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新能力的人才，成為一個(gè)重要研究課題[2]。

以《中國(guó)制造2025》綱領(lǐng)為指引，3D打印和智能制造作為新興先進(jìn)制造技術(shù)，都是我國(guó)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，如何利用互聯(lián)網(wǎng)+平臺(tái)結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)大學(xué)生專(zhuān)業(yè)特色，將它們?nèi)谌牍こ逃?xùn)練實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，保證教學(xué)質(zhì)量，提高大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，成為工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)面臨的重要課題[3]。

根據(jù)世界科技的發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)教育的發(fā)展方向，基于目前的學(xué)生狀況、工程訓(xùn)練硬件設(shè)備狀況、工程訓(xùn)練網(wǎng)站狀況的特點(diǎn)，東北電力大學(xué)建立起一個(gè)以工程訓(xùn)練為平臺(tái)的互聯(lián)網(wǎng)+3D打印和智能制造教學(xué)模塊。

2 工程訓(xùn)練3D打印和智能制造課程現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)各大高校近十年來(lái)不斷對(duì)工程訓(xùn)練進(jìn)行資金投入，工程訓(xùn)練教學(xué)中心已經(jīng)發(fā)展成校內(nèi)重要的教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地[4]。然而，目前工程訓(xùn)練3D打印和智能制造實(shí)訓(xùn)科目多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，這容易束縛大學(xué)生的創(chuàng)新思想；實(shí)踐教學(xué)手段單一，不能反映出它先進(jìn)制造和智能制造的特點(diǎn)。

3 教學(xué)目標(biāo)

以工程訓(xùn)練教學(xué)為平臺(tái)，在校內(nèi)開(kāi)展3D打印和智能制造教學(xué)，可以使3D打印技術(shù)和智能制造技術(shù)實(shí)習(xí)形成一個(gè)以信息化為龍頭的學(xué)科鏈，進(jìn)一步提升學(xué)校綜合性辦學(xué)特色，并可以為電氣、動(dòng)力、機(jī)械、材料、藝術(shù)類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的平臺(tái)[5]，從而滿足企業(yè)對(duì)大學(xué)生在工程技術(shù)知識(shí)領(lǐng)域的要求。充分發(fā)揮工程訓(xùn)練作為理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁與紐帶作用，培養(yǎng)學(xué)生先進(jìn)的工程意識(shí)，全面提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，通過(guò)先進(jìn)的教學(xué)方法增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)效果，激發(fā)新一代學(xué)生投身科學(xué)、工程和設(shè)計(jì)的熱情，造就一批學(xué)生工程師。

4 教學(xué)模塊建設(shè)

教學(xué)大綱 根據(jù)國(guó)家教育部工程訓(xùn)練教學(xué)大綱，結(jié)合東北電力大學(xué)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及實(shí)際情況，確定不同專(zhuān)業(yè)工程訓(xùn)練3D打印和智能制造教學(xué)重點(diǎn)，然后擬定教學(xué)大綱。大綱見(jiàn)表1。

針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生制訂不同的教學(xué)方案 非機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)如環(huán)境等專(zhuān)業(yè)學(xué)生主要了解3D打印和智能制造的基本概念，幾種3D打印和智能制造方法的加工原理及其工藝過(guò)程，3D打印和智能制造的典型實(shí)例。目的是達(dá)到認(rèn)知的程度，使學(xué)生了解3D打印和智能制造的特點(diǎn)及其工藝原理與應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生工藝創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新思維的方法。

向電氣專(zhuān)業(yè)、動(dòng)力專(zhuān)業(yè)、機(jī)械專(zhuān)業(yè)等工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生比較詳細(xì)地介紹3D打印和智能制造技術(shù)的基本原理、制造工藝過(guò)程和應(yīng)用特點(diǎn)，制造復(fù)雜零件的工藝過(guò)程和制造方法。要求學(xué)生掌握3D打印和智能制造的基本原理，了解3D打印和智能制造過(guò)程，了解3D打印和智能制造技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，了解典型3D打印和智能制造方法的原理和制造工藝，了解數(shù)控加工的編程方法、數(shù)控加工設(shè)備使用方法。

編寫(xiě)教材 編寫(xiě)適合工程訓(xùn)練特點(diǎn)的3D打印設(shè)備和智能設(shè)備操作教材，以提高大學(xué)生工程實(shí)踐能力。編寫(xiě)該教材的思路是理論教學(xué)內(nèi)容要精選，注重實(shí)際訓(xùn)練，講求實(shí)

用；設(shè)備操作思路要清晰并且圖文并茂，便于自學(xué)。

建立理論試題題庫(kù) 針對(duì)3D打印與智能制造教學(xué)模塊的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，編寫(xiě)實(shí)訓(xùn)理論考試題，目的是測(cè)試大學(xué)生理論基礎(chǔ)掌握情況。試題結(jié)合工程訓(xùn)練課程各個(gè)基礎(chǔ)實(shí)踐模塊，緊扣3D打印實(shí)訓(xùn)和智能制造中的各個(gè)環(huán)節(jié)，考核題目力求貼近大學(xué)生操作實(shí)踐遇到的問(wèn)題和解決方法。

課程硬件配備 工程訓(xùn)練中心3D打印和智能制造訓(xùn)練模塊硬件包括工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)3臺(tái)、桌面級(jí)3D打印機(jī)20臺(tái)、數(shù)控機(jī)床仿真軟件45個(gè)節(jié)點(diǎn)、數(shù)控車(chē)床10臺(tái)、數(shù)控銑床3臺(tái)、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心1臺(tái)、三維繪圖軟件45個(gè)節(jié)點(diǎn)、三維掃描儀2臺(tái)、計(jì)算機(jī)45臺(tái)。

師資建設(shè) 工程訓(xùn)練中心配備教學(xué)資歷深、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的3D打印和智能制造模塊實(shí)訓(xùn)教師，教師必須具備3D技術(shù)和智能制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)和操作能力，保障3D打印實(shí)訓(xùn)教學(xué)的有序進(jìn)行。

建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)平臺(tái)

1）網(wǎng)站中設(shè)立專(zhuān)門(mén)的教學(xué)專(zhuān)區(qū)。通過(guò)工程訓(xùn)練網(wǎng)站提供課堂使用設(shè)備的教學(xué)視頻，起到幫助學(xué)生課前預(yù)習(xí)和拓展學(xué)生視野的作用。所有教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)教學(xué)資料都可以通過(guò)這個(gè)專(zhuān)區(qū)下載，幫助學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)完成課程預(yù)習(xí)、安全教育等工作。通過(guò)這個(gè)網(wǎng)站專(zhuān)區(qū)，完成包括實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)訓(xùn)理論考試等內(nèi)容。

2）網(wǎng)站內(nèi)建立模型圖庫(kù)。大學(xué)生可以將自己拍到的相片或者自己畫(huà)出來(lái)的作品上傳到網(wǎng)站，建立起一個(gè)具有大學(xué)生特點(diǎn)的圖形庫(kù)。這個(gè)向所有師生開(kāi)放的圖形庫(kù)建立起后，有專(zhuān)業(yè)能力的大學(xué)生根據(jù)這個(gè)圖形庫(kù)選擇自己感興趣的圖形，并且設(shè)計(jì)出三維模型，編寫(xiě)出供3D打印機(jī)打印的數(shù)據(jù)文件，最后上傳回網(wǎng)站建立的數(shù)據(jù)資源庫(kù)。對(duì)于這些踴躍參與上傳作品的學(xué)生，會(huì)有一定的獎(jiǎng)勵(lì)，這會(huì)鼓勵(lì)其繼續(xù)分享自己的作品。

3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)。由于3D打印是逐層打印，分層層厚決定打印的時(shí)間及產(chǎn)品質(zhì)量。分層層厚越小，打印時(shí)間越長(zhǎng)，打印質(zhì)量越好；反之，打印時(shí)間短，打印質(zhì)量較差。智能制造設(shè)備價(jià)格昂貴，使用時(shí)必須有人員在場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督和維護(hù)。根據(jù)這些設(shè)備操作時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)人看管設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)存在危險(xiǎn)性的特點(diǎn)，工程訓(xùn)練中心建設(shè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)，利用設(shè)備上安裝的攝像頭將加工時(shí)的實(shí)時(shí)畫(huà)面記錄并上傳到工程訓(xùn)練中心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，而設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化連接可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備資源共享。

建立與3D打印和智能制造相關(guān)聯(lián)的師生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì) 團(tuán)隊(duì)內(nèi)的學(xué)生是由課堂上發(fā)現(xiàn)的有創(chuàng)新想法并且想要在工程訓(xùn)練中做出優(yōu)秀作品的學(xué)生。教師會(huì)給這些學(xué)生技術(shù)幫助和一定的設(shè)備支持，協(xié)助他們實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意想法。

組織這些大學(xué)生積極參加科技賽事，包括3DDS全國(guó)3D大賽、全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，提供給他們更多的鍛煉機(jī)會(huì)。

5 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)3D打印與智能制造實(shí)訓(xùn)模塊，探索先進(jìn)制造技術(shù)添加入工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容中，目的是提高工程訓(xùn)練教學(xué)質(zhì)量，為大學(xué)生提供更廣闊的實(shí)踐領(lǐng)域和更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。通過(guò)對(duì)工程訓(xùn)練3D打印和智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)模塊建設(shè)的探索與實(shí)踐，為其他同類(lèi)院校工程訓(xùn)練教學(xué)提供可以借鑒的做法。

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