陳紅艷 王漢成 朱益民 王飚 林杭

摘? 要 “中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略提出以來(lái)，新工科建設(shè)對(duì)智能制造應(yīng)用型人才培養(yǎng)提出更高的要求。分析工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，探索以實(shí)踐為基礎(chǔ)、項(xiàng)目為導(dǎo)引、多學(xué)科交叉融合的柔性制造工程實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建柔性制造實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及多層次實(shí)踐教學(xué)體系，為智能制造實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)和進(jìn)一步的實(shí)踐教學(xué)改革提供有力支撐。

關(guān)鍵詞 柔性制造；新工科；實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)；工程訓(xùn)練

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.44? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）14-0128-03

Abstract With the proposal of “Made in China 2025” strategy， new?engineering construction has put forward higher requirements for the?cultivation of intelligent manufacturing applied talents training. By analyzing the present situation of engineering practice teaching， the?practical teaching model of flexible manufacturing is explored， which?based on practice， oriented to project and combined with production， learning and research. The practical training platform and a multi-level practical teaching system for flexible manufacturing are con-structed， which provide strong support for the cultivation of practi-cal innovative talents in intelligent manufacturing and further practi-cal teaching reform.

Key words flexible manufacturing; new engineering; practical trai-ning platform; engineering training

0? 引言

2017年以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，它是教育部針對(duì)“中國(guó)制造2025”，在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”基礎(chǔ)上提出的一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃[1]。在新工科背景下，高校工程實(shí)踐教育必須進(jìn)行全面創(chuàng)新改革，以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。作為工科高校中教學(xué)規(guī)模最大、學(xué)生受眾人數(shù)最多的工程實(shí)踐教學(xué)基地，工程訓(xùn)練中心是培養(yǎng)國(guó)家創(chuàng)新人才、培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力的主要實(shí)訓(xùn)實(shí)踐平臺(tái)[2-6]，其工程實(shí)踐課程也面臨新的挑戰(zhàn)。為響應(yīng)新時(shí)代工程技術(shù)人才培養(yǎng)需求，著眼于工程實(shí)訓(xùn)課程的理念、模式和方法改革，南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心建立了柔性制造系統(tǒng)（FMS）實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

1? 工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

工程訓(xùn)練是我國(guó)本科大學(xué)生接受工程實(shí)踐教育的最主要的方式，起源于金工實(shí)習(xí)[7]，并在金工實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行全面創(chuàng)新，使學(xué)生直接獲得現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式和生產(chǎn)工藝過(guò)程基本知識(shí)，接受生產(chǎn)工藝技術(shù)組織管理能力的基本訓(xùn)練[8]。但在“中國(guó)制造”逐步走向“中國(guó)智造”的今天，在技術(shù)更新?lián)Q代、日新月異，工業(yè)生產(chǎn)能力迅速提高、蓬勃發(fā)展的今天，工程實(shí)踐教學(xué)也遇到巨大挑戰(zhàn)。

1）工程實(shí)踐教學(xué)體系滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。工程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容更新較慢[9]，不足以滿(mǎn)足以智能制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的高新技術(shù)對(duì)人才創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)需求。

2）工程實(shí)踐課程與現(xiàn)代技術(shù)手段融合不足[10]。目前的工程實(shí)踐教學(xué)多重單項(xiàng)、輕整體，面向工程實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容欠缺，缺乏綜合運(yùn)用多方面知識(shí)解決工程問(wèn)題的環(huán)節(jié)。

為了讓大學(xué)生深入了解現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)，讓學(xué)生在學(xué)校中接觸到復(fù)雜工程問(wèn)題，了解產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)挑戰(zhàn)，掌握科學(xué)分析方法，南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心探索校企深度融合的FMS工程實(shí)踐平臺(tái)與運(yùn)行機(jī)制方案，形成開(kāi)放、自主實(shí)踐、多學(xué)科交叉融合的新型工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

2? FMS實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

新工科建設(shè)要求地方高校主動(dòng)對(duì)接地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，把握行業(yè)人才需求方向，培養(yǎng)大批具有行業(yè)背景知識(shí)與工程實(shí)踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的工程型人才[11-12]。因此，南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心積極與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)南通環(huán)球轉(zhuǎn)向器有限公司進(jìn)行對(duì)接，與昆山巨林科教實(shí)業(yè)有限公司合力研發(fā)一條柔性制造生產(chǎn)線，如圖1所示。它以真實(shí)產(chǎn)品轉(zhuǎn)向螺母為加工對(duì)象，如圖2所示，是一條準(zhǔn)企業(yè)化的生產(chǎn)型教學(xué)系統(tǒng)，是學(xué)生工程實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)先進(jìn)的、創(chuàng)新的、密切聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的工程實(shí)踐平臺(tái)。

FMS由數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)、加工制造系統(tǒng)、裝配檢測(cè)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)五大部分綜合組成，其組成構(gòu)架如圖3所示，可進(jìn)行小批量、多品種全自動(dòng)加工。該系統(tǒng)集成了當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和控制的前沿技術(shù)，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主流設(shè)備和器件，以真實(shí)工程零件為加工對(duì)象而進(jìn)行教學(xué)與生產(chǎn)，該教學(xué)貼近工業(yè)化的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，能夠讓學(xué)生全面認(rèn)識(shí)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組織形式和生產(chǎn)方式。

3? FMS教學(xué)與實(shí)踐

柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，開(kāi)設(shè)什么樣的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題[13]。目前，工程訓(xùn)練中心已依據(jù)該柔性制造平臺(tái)創(chuàng)建多層次實(shí)踐教學(xué)體系，可以滿(mǎn)足不同年級(jí)、不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求，如圖4所示。

3.1? 工程認(rèn)識(shí)

工程認(rèn)識(shí)是面向本科院校所有學(xué)生的實(shí)踐類(lèi)必修課程，學(xué)生通過(guò)FMS典型工程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，接觸工程實(shí)際，了解FMS的基本知識(shí)、結(jié)構(gòu)和工程規(guī)范等，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，感受現(xiàn)代工程多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，培養(yǎng)工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)具有較高工程素質(zhì)和開(kāi)放性視野的復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。在這個(gè)層次，教師主要采用PPT講解、視頻播放和現(xiàn)場(chǎng)演示等方式組織教學(xué)。

3.2? 工程訓(xùn)練

工程訓(xùn)練是高等工科院校各工科專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，是相關(guān)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)獨(dú)立的實(shí)踐操作，將有關(guān)柔性制造技術(shù)的基本知識(shí)、方法和實(shí)踐等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行工程實(shí)踐能力訓(xùn)練、思想品德和素質(zhì)培養(yǎng)與鍛煉，從而具有柔性制造技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和技能，具有獨(dú)立操作FMS主要設(shè)備并進(jìn)行加工的能力。

FMS實(shí)訓(xùn)在這個(gè)層次主要包括以下內(nèi)容。

1）設(shè)備認(rèn)知：了解FMS所涉及的基本知識(shí)、技術(shù)、組成、結(jié)構(gòu)等。

2）工藝認(rèn)知：了解轉(zhuǎn)向螺母在柔性制造生產(chǎn)線上的加工工藝。

3）數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)：數(shù)控加工系統(tǒng)在FMS中就如人的手腳，是實(shí)際完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng)，主要由數(shù)控車(chē)床、車(chē)削中心、三軸/四軸加工中心等加工設(shè)備組成，通過(guò)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作方法以及基本指令的數(shù)控編程。

4）物流搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)：物料搬運(yùn)系統(tǒng)是柔性制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要包括AGV小車(chē)、桁架、機(jī)器人、倍速鏈傳輸線等，通過(guò)物流搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生了解物流搬運(yùn)的基本方式、機(jī)器人的操作與編程等。

5）倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)訓(xùn)：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一種設(shè)置有高層貨架，并配有巷道堆垛機(jī)和自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、存取機(jī)械化與自動(dòng)化，貯存管理現(xiàn)代化和信息化的新型倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生了解立體倉(cāng)庫(kù)的組成部分和操作流程等。

在這個(gè)層次，主要采用分組教學(xué)、學(xué)生實(shí)操與虛擬仿真等方式組織教學(xué)。FMS虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)如圖5所示。

3.3? 工程綜合

目前，學(xué)校基于FMS的工程綜合實(shí)訓(xùn)主要面向大三及以上機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，主要完成虛擬仿真與實(shí)踐操作、工藝設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、集成配置、PLC虛實(shí)聯(lián)動(dòng)等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)生基于平臺(tái)進(jìn)行更多更深層次的拓展與訓(xùn)練。在這個(gè)層次，主要采用分組教學(xué)、虛擬仿真與實(shí)操、課程設(shè)計(jì)等方式組織教學(xué)。

3.4? 工程創(chuàng)新

基于FMS的工程創(chuàng)新以大四學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)為主，以FMS中的某一組成部分作為設(shè)計(jì)題目進(jìn)行工程創(chuàng)新，主要有汽車(chē)轉(zhuǎn)向螺母生產(chǎn)線加工工藝及程序設(shè)計(jì)、FMS三軸桁架機(jī)械手及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能物流小車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、小型柔性制造系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與控制、可移動(dòng)AGV小車(chē)及升降裝置設(shè)計(jì)、工業(yè)六軸機(jī)器人關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與電氣控制設(shè)計(jì)等。

4? 結(jié)束語(yǔ)

柔性制造是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)[14]，F(xiàn)MS實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建立非常符合新工科建設(shè)的引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新新、發(fā)展性[15]等幾大要求。本文探索的柔性制造實(shí)踐教學(xué)，完成了校企深度融合的FMS實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，完成了多層次實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建，為智能制造人才培養(yǎng)和下一步教學(xué)改革提供了有力支撐。

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