[摘 要]實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力與創(chuàng)新思維有重要的作用。智能制造工程專業(yè)作為新設(shè)專業(yè)，部分傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)碎片化、融合度不高、創(chuàng)新性不足，實(shí)驗(yàn)過程程式化、應(yīng)用性不強(qiáng)，個(gè)性化不夠等問題，難以滿足制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)所帶來的人才需求。為此，高校應(yīng)建設(shè)覆蓋產(chǎn)品的全生命周期的智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，并以平臺(tái)為切入點(diǎn)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

[關(guān)鍵詞]智能制造工程專業(yè);實(shí)驗(yàn)體系;虛實(shí)結(jié)合

[中圖分類號(hào)]G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656（2023）03-0024-07

引言

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，智能制造工程專業(yè)已成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。我國高度重視智能制造工程專業(yè)的發(fā)展。在此驅(qū)動(dòng)下，服務(wù)智能制造工程專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域人才的短缺也成為當(dāng)下亟待解決的問題。我國教育部自2017年在高校開設(shè)智能制造工程專業(yè)，目前，全國已有多所高校成功申辦該專業(yè)。智能制造工程是指在生產(chǎn)過程中，將智能裝備通過通信技術(shù)有機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，并通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段，上傳至工業(yè)服務(wù)器，在工業(yè)軟件系統(tǒng)的管理下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并與企業(yè)資源管理軟件相結(jié)合，提供優(yōu)化的生產(chǎn)方案或者定制化生產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)[1]。

由此可見，智能制造工程所需要的人才要有復(fù)合的知識(shí)結(jié)構(gòu)、多元的能力特征，而縱觀教學(xué)全過程發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)這些能力的培養(yǎng)起著重要的作用。因此，許多高校積極開展智能制造工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，比如，天津大學(xué)采用專業(yè)虛擬仿真軟件，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將智能制造工程設(shè)備3D虛擬模型與實(shí)體PLC設(shè)備建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接，形成虛實(shí)結(jié)合的智能制造工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)[2]。西安交通大學(xué)籌建了大學(xué)版“工業(yè)4.0”智能制造工程學(xué)科交叉實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，將虛實(shí)結(jié)合的技術(shù)和理念貫穿到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)線設(shè)計(jì)、加工制造、智能管理、物流服務(wù)等各環(huán)節(jié)[3]，并依托該平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。北京工業(yè)大學(xué)結(jié)合制造島概念，在校區(qū)范圍內(nèi)建立覆蓋產(chǎn)品生產(chǎn)全流程的工業(yè)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化智能學(xué)習(xí)工廠，并基于此建立實(shí)踐教學(xué)體系[4]。

這些高校為智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革起到了引導(dǎo)和示范的作用。但是，因各個(gè)學(xué)校的辦學(xué)定位及人才培養(yǎng)方案不盡相同，不宜照搬這些高校的智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，否則容易造成人才培養(yǎng)的單一化、泛在化，這與智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)的初衷不相契合，高校開設(shè)智能制造工程專業(yè)，不僅要培養(yǎng)對(duì)智能制造工程技術(shù)進(jìn)行研究、開發(fā)、升級(jí)的高端人才，也要培養(yǎng)對(duì)智能制造工程裝備、生產(chǎn)線進(jìn)行安裝、調(diào)試、管控和應(yīng)用的技術(shù)技能型人才。上述所提到的高校主要是研究型大學(xué)，其致力于培養(yǎng)智能制造工程專業(yè)高端人才，而應(yīng)用型高校要培養(yǎng)智能制造工程專業(yè)技術(shù)技能型人才，還需要構(gòu)建一套新的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以適應(yīng)該類人才的培養(yǎng)需求。

一、智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

基于此，筆者調(diào)研產(chǎn)業(yè)需求，對(duì)智能制造工程專業(yè)技術(shù)技能型人才需要掌握的知識(shí)進(jìn)行分解，主要包含以下指標(biāo)：一是能夠安裝、調(diào)試、布署智能制造工程專業(yè)裝備、生產(chǎn)線;二是應(yīng)用、操作工業(yè)軟件進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造;三是操作、編程、應(yīng)用智能制造工程專業(yè)裝備、生產(chǎn)線進(jìn)行智能加工;四是提供智能制造工程專業(yè)相關(guān)技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)[5]。而要完成以上指標(biāo)，需要有系統(tǒng)性的實(shí)踐平臺(tái)。因此，高校應(yīng)從產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，以提升學(xué)生的知識(shí)面和技術(shù)技能為宗旨，依照產(chǎn)品的全生命周期，建設(shè)智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，開展智能制造工程專業(yè)技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)。為有效地利用該實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，避免平臺(tái)的閑置和不當(dāng)利用，一些高校重新構(gòu)建了與之匹配的智能制造專業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

二、智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系依托智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，緊緊圍繞上述4個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，縮減原有專業(yè)基礎(chǔ)課程中傳統(tǒng)的演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，引入課程中關(guān)于新知識(shí)、新技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn);合并相關(guān)專業(yè)核心課程的課程設(shè)計(jì)、金工實(shí)習(xí)等，組成綜合型實(shí)驗(yàn);增設(shè)學(xué)科前沿課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，與智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)相輔相成，形成虛實(shí)結(jié)合的應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，構(gòu)建“基礎(chǔ)型—綜合型—應(yīng)用創(chuàng)新型”層層遞進(jìn)的智能制造工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以促進(jìn)應(yīng)用型高校學(xué)生的知識(shí)水平和實(shí)踐能力的不斷提升。

（一）基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)所需要的基礎(chǔ)知識(shí)，所涉及的課程多是機(jī)械、電子等方向的專業(yè)基礎(chǔ)課程，當(dāng)前所開設(shè)實(shí)驗(yàn)大多重理論、輕操作，演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)居多，且內(nèi)容更新不足，難以滿足智能制造工程這一新興產(chǎn)業(yè)對(duì)技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)要求，所以應(yīng)縮減原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)針對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新應(yīng)用增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。一方面是因?yàn)樘摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可遠(yuǎn)程共享，不受時(shí)間、空間限制，方便線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的變革。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)初期搭建成本雖然較高，但后期使用維護(hù)費(fèi)用較低;另一方面智能制造工程專業(yè)本身就是虛擬（數(shù)字）和現(xiàn)實(shí)（物理）的交互體，更適合虛擬仿真。比如，在材料力學(xué)課程中加入汽車鋰電池沖擊測試等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在機(jī)械制造專業(yè)技術(shù)課程中加入3D打?。ń饘伲┤鞒烫摂M仿真等實(shí)驗(yàn)，將新技術(shù)更快應(yīng)用于實(shí)踐。

同時(shí)，在基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)中加入能夠反映學(xué)科發(fā)展趨勢的課程，組成智能制造工程專業(yè)模塊。其他課程按照知識(shí)的關(guān)聯(lián)度也將其模塊化，有助于學(xué)生在線上自主實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠根據(jù)模塊化的知識(shí)框架建構(gòu)自己的知識(shí)體系[6]，如下頁圖1所示。

第一階段的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)屬于不同的知識(shí)領(lǐng)域，所以對(duì)應(yīng)不同的課程，教師一般只負(fù)責(zé)本課程知識(shí)點(diǎn)的講授，而該課程知識(shí)點(diǎn)與另一課程知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)銜接，部分教師很少作講解，使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)碎片化。為解決這一問題，第二階段設(shè)置綜合型實(shí)驗(yàn)。

（二）綜合型實(shí)驗(yàn)

在綜合型實(shí)驗(yàn)中，將原有的課程設(shè)計(jì)、金工實(shí)習(xí)等按照知識(shí)體系框架、崗位所需技能的指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行整合，組成模塊化的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。比如機(jī)械制圖測繪、機(jī)械基礎(chǔ)課程的設(shè)計(jì)，一般安排在該門課程結(jié)束后，分布在不同學(xué)期，設(shè)計(jì)內(nèi)容相同點(diǎn)多，在機(jī)械制圖測繪中已經(jīng)對(duì)二級(jí)斜齒圓柱齒輪的減速器進(jìn)行了測量與繪制的訓(xùn)練，在機(jī)械基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)中又對(duì)該減速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)并繪制，使減速器的裝配圖及零件圖的繪制在兩門課程的設(shè)計(jì)中相同，進(jìn)行了重復(fù)性的訓(xùn)練，且知識(shí)呈碎片化，缺少綜合型的系統(tǒng)訓(xùn)練。同時(shí)，該課程設(shè)計(jì)缺少更新，設(shè)計(jì)過程程式化，使用常規(guī)機(jī)構(gòu)的計(jì)算與減速器的繪圖，創(chuàng)新性不足。

新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將其優(yōu)化重組，合成為機(jī)械創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，了解整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)流程，利用綜合機(jī)械基礎(chǔ)課程中的平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等內(nèi)容來組建執(zhí)行機(jī)構(gòu)、確定設(shè)計(jì)方法;依據(jù)課程中的帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等擬定傳動(dòng)方案、計(jì)算傳動(dòng)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù);確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸并正確選型標(biāo)準(zhǔn)件。掌握依據(jù)機(jī)械制圖課程所學(xué)的繪圖標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并借助繪圖軟件或三維建模軟件來設(shè)計(jì)零件、組件，有能力者可進(jìn)行數(shù)字化建模與仿真，從而完成指標(biāo)2的第一層次——應(yīng)用工業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)。

同時(shí)，課程設(shè)計(jì)不再由教師定題目，而是采取自主選擇題目或自我擬定的方式。原有的常規(guī)題目，可以匹配給基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)生使用;而對(duì)于實(shí)踐能力較強(qiáng)、有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生可以自擬題目，從而實(shí)現(xiàn)多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，滿足個(gè)性化的培養(yǎng)要求。

改革后的綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，解決了原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容碎片化、融合度不高、創(chuàng)新性不足，實(shí)驗(yàn)過程程式化、過程應(yīng)用性不強(qiáng)、個(gè)性化不夠等方面的問題。

按照產(chǎn)品的生命周期，在設(shè)計(jì)完成上述的零件或者部件之后要對(duì)其進(jìn)行加工制造，這就需要完成數(shù)控實(shí)習(xí)（涵蓋數(shù)控機(jī)床編程及操作、數(shù)控技術(shù)課程），從而完成指標(biāo)2的第二層次——操作工業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)字化制造。其他如控制類課程的綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照產(chǎn)品的生命周期，圍繞智能制造專業(yè)所要實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)點(diǎn)，整合成對(duì)應(yīng)模塊。

但是，僅依靠上述的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，部分學(xué)生難以建構(gòu)系統(tǒng)化的專業(yè)知識(shí)體系，掌握智能化的生產(chǎn)流程相關(guān)知識(shí)，導(dǎo)致其在面對(duì)智能制造工程中的復(fù)雜問題時(shí)，缺少應(yīng)對(duì)能力，在變革新技術(shù)、新工藝時(shí)，實(shí)踐創(chuàng)新能力不足，所以應(yīng)在第三階段設(shè)置應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

（三）應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

1.智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)

應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)圍繞智能制造工程專業(yè)技術(shù)技能型人才所要掌握的指標(biāo)點(diǎn)，以提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，搭建了集教學(xué)、培訓(xùn)、科研、競賽于一體的虛實(shí)結(jié)合的智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)。該平臺(tái)能夠完成智能物流、智能加工、智能組裝和智能管控等功能，實(shí)現(xiàn)了從原料到零件、零件組裝成產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)檢并輸出的全部過程，映射了產(chǎn)品的全生命周期。

智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)采用知識(shí)矩陣式布局，映射實(shí)際的企業(yè)級(jí)智能生產(chǎn)線，由若干智能生產(chǎn)單元構(gòu)成，每個(gè)單元所需設(shè)備按照工作需求放置并由圍欄圍成方形，與其他單元呈矩陣式排列，以提高工作效率，如圖2所示，每個(gè)單元既可單獨(dú)運(yùn)行，進(jìn)行課程教學(xué)、競賽等，也可自由組合為一體，進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。同時(shí)，每個(gè)單元分別鏈接對(duì)應(yīng)的虛擬仿真系統(tǒng)，以供不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。

2.實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程以活塞連桿為加工對(duì)象，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行介紹，如圖3所示。

智能倉儲(chǔ)單元1：MES系統(tǒng)發(fā)出取料指令，巷道堆垛機(jī)對(duì)相應(yīng)的儲(chǔ)料托盤坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，將托盤的毛坯料取出，并放至AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)，同時(shí)讀取RFID電子標(biāo)簽上的信息。AGV小車接駁毛坯料送至智能加工單元1。通過該單元的訓(xùn)練，學(xué)生能夠掌握關(guān)于MES系統(tǒng)集成、RFID射頻識(shí)別技術(shù)等智能控制的相關(guān)知識(shí)。

智能加工單元1：AGV接駁小車的毛坯料，RFID信息讀取，機(jī)器人抓取毛坯料并自動(dòng)上料至數(shù)控車床，自動(dòng)加工，完成活塞外圓、內(nèi)圓及溝槽的加工，機(jī)器人自動(dòng)卸料至超聲波清洗機(jī)進(jìn)行半成品的清洗，完成后送至AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)，RFID信息讀取，AGV小車接駁AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)上的半成品送至智能加工單元2。通過該單元的訓(xùn)練，學(xué)生能夠掌握機(jī)器人編程及技術(shù)應(yīng)用、數(shù)控車床編程及加工技術(shù)等智能加工的知識(shí)。

智能加工單元2：AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)接駁AGV小車的半成品，RFID信息讀取，機(jī)器人抓取對(duì)接機(jī)構(gòu)上的半成品并自動(dòng)上料至四軸加工中心，完成活塞外凸臺(tái)、側(cè)壁及內(nèi)側(cè)壁、孔等部件的加工，機(jī)器人自動(dòng)卸料至超聲波清洗機(jī)進(jìn)行成品的清洗，完成后送至AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)，RFID信息讀取， AGV小車接駁AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)上的活塞成品送至智能檢測單元（與智能加工單元1所不同的是數(shù)控車床換成四軸加工中心）。通過該單元的訓(xùn)練，學(xué)生能夠拓寬機(jī)器人、數(shù)控加工中心及超聲波清洗機(jī)的編程及應(yīng)用技術(shù)等智能加工的知識(shí)。

智能檢測單元：AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)接駁AGV小車的活塞，RFID信息讀取，機(jī)器人抓取活塞送至檢測機(jī)構(gòu)——CCD檢測臺(tái)，CCD機(jī)器視覺檢測是一種非接觸測量方法，可以避免對(duì)被測件的損傷。若檢測合格則放置AGV機(jī)構(gòu)，若不合格則放置NG位， RFID信息讀取，AGV小車接駁機(jī)構(gòu)上的活塞送至智能裝配單元1。通過該單元的訓(xùn)練，學(xué)生能夠掌握三坐標(biāo)測量機(jī)檢測技術(shù)、機(jī)器人編程、機(jī)器視覺檢測等智能檢測的知識(shí)。

智能裝配單元1：AGV接駁活塞，RFID信息讀取，機(jī)器人抓取活塞送至裝配工位，進(jìn)行活塞與已加工連桿（連桿也是按照該流程進(jìn)行加工，區(qū)別在于通過智能檢測單元的三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行檢測）的裝配，裝配完檢測，送至AGV機(jī)構(gòu)， RFID信息讀取，AGV小車接機(jī)構(gòu)上的組件1送至智能裝配單元2。

智能裝配單元2：流程同智能裝配單元1，進(jìn)行連桿與連桿蓋的裝配，完成后送至質(zhì)檢打標(biāo)單元。通過智能裝配單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真、智能控制技術(shù)等知識(shí)。

質(zhì)檢打標(biāo)單元：完成成品的打標(biāo)，送至智能倉儲(chǔ)單元2。通過該單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握Python機(jī)器學(xué)習(xí)、激光打標(biāo)、機(jī)器人控制技術(shù)等知識(shí)與技能。

智能倉儲(chǔ)單元2：智能倉儲(chǔ)單元2有別于單元1的巷道倉貨架，采用的是環(huán)形倉貨架。按照倉儲(chǔ)單元1的流程，完成成品的倉儲(chǔ)。通過該單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握電氣控制與PLC、人工智能與大數(shù)據(jù)等知識(shí)。通過以上每一個(gè)單元的學(xué)習(xí)及綜合生產(chǎn)流程的訓(xùn)練，學(xué)生可以達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念中提到的4個(gè)指標(biāo)。

由上述流程可見，每一個(gè)單元涵蓋工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、AGV自動(dòng)小車、PLC、 RFID、工業(yè)以太網(wǎng)總線、MES、數(shù)字化仿真等技術(shù)，各個(gè)單元既能獨(dú)立完成相關(guān)功能，也可根據(jù)工藝要求銜接成一個(gè)生產(chǎn)流程。由于所有的智能單元均以同一產(chǎn)品為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的全流程貫通，通過這一實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)的訓(xùn)練，幫助學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用能力，在工程實(shí)踐、工業(yè)應(yīng)用上具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，達(dá)到了所學(xué)即所用、畢業(yè)即可上崗的要求。

三、依托平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

依托上述的智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，借助學(xué)科競賽、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目等賽事，學(xué)生可以結(jié)合自身的興趣及發(fā)展需求，進(jìn)行某一方向的創(chuàng)新拓展訓(xùn)練。例如，學(xué)生通過智能加工單元1，對(duì)機(jī)器人從對(duì)接機(jī)構(gòu)抓取半成品并自動(dòng)送至數(shù)控車床的路徑點(diǎn)及軌跡進(jìn)行規(guī)劃、避障處理，完成加工后，再對(duì)機(jī)器人抓取成品至超聲波清洗機(jī)的路徑點(diǎn)及軌跡進(jìn)行規(guī)劃、避障處理，以上內(nèi)容是關(guān)于機(jī)器人的位姿描述與坐標(biāo)變換（平移加旋轉(zhuǎn)）的計(jì)算，是工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)課程所學(xué)。完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算后，要編寫程序，使之驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成上下料等動(dòng)作，這是機(jī)器人離線編程課程所學(xué)。將所編程序輸入到機(jī)器人系統(tǒng)，操控機(jī)器人動(dòng)作，是機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課程所學(xué)，所以，通過這個(gè)實(shí)踐平臺(tái)的其中一個(gè)單元，學(xué)生將碎片化的課程內(nèi)容融合起來，在實(shí)際的應(yīng)用中主動(dòng)建構(gòu)了這一模塊的知識(shí)體系。學(xué)生在參加有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的學(xué)科競賽或創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目時(shí)（比如機(jī)器人焊接競賽），學(xué)生可以根據(jù)所掌握的知識(shí)、技能，進(jìn)行創(chuàng)新、應(yīng)用，從而解決了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容碎片化、融合度不高、創(chuàng)新性不足的問題。

同時(shí)，鑒于智能制造工程專業(yè)的創(chuàng)新性、發(fā)展性的特征，在每一單元中都設(shè)置虛擬仿真工位，引入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)。實(shí)驗(yàn)的教學(xué)不再局限于傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生操作的程式，而是根據(jù)學(xué)生自身發(fā)展需求，對(duì)于自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生可以借助虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行新知識(shí)、新技能的拓展學(xué)習(xí)。對(duì)于跟不上實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的學(xué)生可以借助虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)性的訓(xùn)練。比如，A組學(xué)生在掌握了所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容后，想在機(jī)器視覺方向有所研究，就可以根據(jù)教師提供的自編教材——機(jī)器視覺與機(jī)器學(xué)習(xí)，借助智能檢測單元的虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)習(xí)訓(xùn)練機(jī)器視覺檢測技術(shù)、工業(yè)微小缺陷的智能識(shí)別和診斷等拓展內(nèi)容，從而鍛煉學(xué)生數(shù)字圖像處理、深度學(xué)習(xí)算法、智能視覺檢測、智能工業(yè)零部件識(shí)別等實(shí)踐創(chuàng)新能力。B組學(xué)生在學(xué)習(xí)智能加工單元的機(jī)器人位姿描述與坐標(biāo)變換的計(jì)算后，在根據(jù)計(jì)算結(jié)果編寫程序時(shí)，如果在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)沒有掌握相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生也可以借助該單元的虛擬仿真系統(tǒng)，根據(jù)教師自編的關(guān)于該實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)的教材——工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人離線編程，再進(jìn)行該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，直至掌握后才在實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)進(jìn)行真實(shí)設(shè)備的操作訓(xùn)練，使得設(shè)備得到合理利用，這種虛實(shí)結(jié)合的分層次的模式打破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)程式，解決了程式化的過程應(yīng)用性不強(qiáng)、個(gè)性化不夠的問題。

四、結(jié)語

隨著智能制造工程的發(fā)展，其行業(yè)人才的緊缺已成為制約智能制造工程專業(yè)發(fā)展的瓶頸。鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工科課程教學(xué)中的作用，高校從國家發(fā)展與產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，建設(shè)了以前沿工業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)的智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，該平臺(tái)劃分成不同單元，學(xué)生通過每一單元的學(xué)習(xí)訓(xùn)練能夠掌握智能制造不同環(huán)節(jié)，且能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)智能制造工程專業(yè)領(lǐng)域前沿技術(shù)的掌握，而將所有單元合起來又能覆蓋一件典型產(chǎn)品從創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理到產(chǎn)品運(yùn)維的全生命周期，便于學(xué)生對(duì)全流程進(jìn)行完整把握，不僅培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的多學(xué)科交叉融合能力，以勝任智能制造產(chǎn)業(yè)的崗位需求。

本文依托該平臺(tái)，緊緊圍繞智能制造工程專業(yè)所需達(dá)成的指標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)建了“基礎(chǔ)型—綜合型—應(yīng)用創(chuàng)新型”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，重新界定實(shí)驗(yàn)的配置方案，使之更具有系統(tǒng)性、時(shí)效性、應(yīng)用性?；A(chǔ)型實(shí)驗(yàn)是縮減知識(shí)滯后的演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，增加前沿的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。綜合型實(shí)驗(yàn)是對(duì)該平臺(tái)的每一單元所需的技術(shù)技能進(jìn)行模塊化的綜合訓(xùn)練，使得知識(shí)點(diǎn)得以有效銜接。應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是依托智能制造工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，對(duì)不同單元的技術(shù)技能進(jìn)行了交叉融合，并借助虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行拓展，使學(xué)生對(duì)大工業(yè)體系有了較深入的了解， 從而實(shí)現(xiàn)“專業(yè)認(rèn)知—能力強(qiáng)化—應(yīng)用創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，有效推動(dòng)智能制造工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

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[作者簡介]孫平平，濰坊科技學(xué)院智能制造學(xué)院副教授，碩士，研究方向：先進(jìn)制造業(yè)。

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