高等學校數控技術課程教學與實訓內容整合研究

摘要：以數控技術為基礎的數控機床是典型的機電一體化產品。介紹了面向“高等教育”，強化“應用性”人才的培養(yǎng)方式下“數控技術”課程教學與實訓的創(chuàng)新與實踐，以及在教學內容調整、項目化教學、教學方法和教學手段的應用等方面的措施和體會。

關鍵詞：數控技術；實訓；整合

作者簡介：張欣波（1970-），男，遼寧遼陽人，廈門理工學院機械與汽車工程學院機電實驗中心主任，高級工程師；常雪峰（1975-），男，湖北荊州人，廈門理工學院機械與汽車工程學院，副教授。（福建 廈門 351024）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0156-02

數控技術專業(yè)人才是我國目前“十八大”緊缺專業(yè)技術人才之一，然而通過對相關企業(yè)和對數控專業(yè)畢業(yè)生的調查發(fā)現，企業(yè)對畢業(yè)生的滿意度不高，認為技術、技能優(yōu)勢不明顯，實際工作能力不足，不太適應企業(yè)的要求。目前，針對數控技術人才的培養(yǎng)主要集中在職業(yè)技術學院，受訓人員學歷普遍較低，經過短期培訓后即上崗，這樣只重操作，難以對數控技術的發(fā)展起到顯著的推動作用；其次對CAD/CAM軟件、自主產權的數控系統(tǒng)等數控技術核心進行研發(fā)的部門很少，目前國內只有少數公司在從事此領域的研究。這都導致數控技術和數控裝備成為制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，要培養(yǎng)出集機械、電子、電氣控制、計算機技術等于一身的復合性數控技術人才，還需要從高校做起。

廈門理工學院（以下簡稱“我校”）秉持“明理精工，與時偕行”的校訓，緊密結合時代要求和地方發(fā)展，在大陸第一個鮮明提出了“創(chuàng)建特色、精致、具有較強競爭力的開放式、應用型、地方性、國際化的海西一流親產業(yè)大學”的宏偉目標。因此，整合數控技術課程教學與實訓內容，對于學生深入了解數控技術，響應學校培養(yǎng)“應用型人才”和“卓越工程師計劃”都具有重要的意義。以下是我校在“數控技術”課程改革的一些做法。

一、數控理論課程整合

學校原課程設置存在著一些問題，主要表現在：以學科為中心，“數控技術”課程與社會對數控人才的需要脫節(jié)；原有體系中，過分強調數控機床的加工與工藝編程。而對數控控制原理的涉及內容不多，尤其體現在實踐環(huán)節(jié)中。

我校根據學生原有的知識基礎結合學校的實際情況，針對“數控技術”課程的實用性特點，以理論知識的應用和實踐能力的培養(yǎng)為重點，對相關課程進行整合、更新、刪減了部分教學內容，構建新的課程體系和教學內容。新的課程體系中既注重了傳統(tǒng)制造工種的學習，又增加了數控控制原理的應用、數控機床安裝調試及維修維護的內容，形成從“傳統(tǒng)工藝工裝→傳統(tǒng)制造（車、銑、鉆等）→數控設備編程→數控加工→數控設備維修維護→數控設備改造（再制造）”一條龍培養(yǎng)體系，課程體系見圖1。

二、建設數控技術試驗室

本次教學改革的主要內容之一就是在傳統(tǒng)的數控技術課程體系中增加數控機床調試與維修維護的相關內容。目前我校機械工程系也建有數控實驗室，主要裝備只有VMC-2002B數控加工中心、TH-DNC-Ⅲ型多功能數控教學機床和模擬編程器等設備，可供學生進行數控編程及上機操作時訓。而在現代工程訓練中心的數控機床主要針對學生進行“金工實習”也做一些“數控技術”實訓而用，學生通過這些機床完成“加工程序”的編制，并在機床上進行實訓，主要培養(yǎng)目的集中在機械制造方面。而對數控機床本身的控制在理論課、實踐課上幾乎沒有相關的教學內容，這和市場上對“數控技術”人才的需求有較大差距。

利用我校目前現有的數控機床進行數控技術的實驗教育課程存在以下一些問題：以加工中心為代表的成型的數控設備其數控系統(tǒng)的硬件及軟件相對固定，不能進行隨機的系統(tǒng)參數的改變，從而影響學生對于深入了解數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、伺服電機及測量反饋等模型的理解；另外由于數控實驗室配備的數控教學機配置的數控系統(tǒng)在實際大中型企業(yè)中所占份額極少，不是市場主流，也影響到學生在今后的實際工作中對數控技術的掌握。現有的設備已經逐漸難以滿足機制、機電等相關專業(yè)學生在數控方面課程的實驗及培訓需求。因此，建立一個以當前市場占有率高的數控系統(tǒng)為基礎的數控技術實驗室，對于學生深入了解數控技術，全面掌握所需的技能，以及響應學校培養(yǎng)“應用型人才”和“卓越工程師計劃”都具有重要的意義。

在進行充分的市場調研后，我校建設了FANUC 0I數控系統(tǒng)實驗臺、SINUMERIK 802d sl數控系統(tǒng)實驗臺、SINUMERIK 840d數控系統(tǒng)實驗臺、華中世紀星21M數控系統(tǒng)實驗臺。這些數控系統(tǒng)多為當今市場流行數控品牌，每個實驗臺均采用開放式、工業(yè)級配置。見圖2。

三、改革實訓內容體系，開發(fā)校本教材

根據企業(yè)對“數控技術”人才的需要，認真處理教材，做到深入淺出，教為所用，學以致用。在課程內容方面，一方面強化數控實訓中的機械加工工藝與編程，另一方面增加數控維修維護內容。在數控技術實訓體系中十分注重教材的開發(fā)，努力加強教材建設。

1.在實驗機房中增加了數控機床維修仿真的實際內容

根據最前沿的專業(yè)原理，采用先進的計算機仿真技術，對數控機床的裝配、調試、排故等過程進行模擬，是一種經濟、可靠、有效的工具。利用仿真軟件對各類故障現象進行設置，使學生可以針對出現的故障現象利用仿真軟件模塊查找故障原因，通過反復練習，熟練掌握各種常見故障的維修方法，盡快地掌握和提高數控機床的維修技術，鞏固所學的專業(yè)知識，鍛煉邏輯思維的能力。

2.編寫《數控機床常見故障診斷與維修技術》教材

由于廈門理工學院非常注重具有企業(yè)實踐背景人才的引進，所以在“數控技術”人才方面既有重點大學的博士也有從一線企業(yè)招聘來的具有多年實踐背景的人才。編著者在企業(yè)常年從事數控機床的維修工作，并多次負責或參與數控機床的改造工作，所以對數控機床經常出現的故障以及排除辦法比較了解，總結了大量的維修實例并加以歸類。

3.編寫輔助教材

根據專業(yè)的培養(yǎng)目標結合數控技術實驗室的建設，編寫了適合學校的的實際教材，例如編寫了《FANUC 0i數控系統(tǒng)連接調試》、《SINUMERIK 802d sl數控系統(tǒng)連接調試》、《華中世紀星21M數控系統(tǒng)連接調試》等多項實訓教材。

四、充分利用校內外資源，進行數控項目實訓

實踐性教學是培養(yǎng)數控技術應用型人才的重要途徑和保障，在專業(yè)培養(yǎng)方案中占重要地位。數控機床的再制造和維修維護需要大量的實踐來保證教學質量的提高。廈門理工學院一方面廣泛和企業(yè)進行深入交流，為企業(yè)數控設備進行維修維護，帶動興趣小組參與維修實際活動；另一方面在校內針對過去的老式機床進行數控化再制造，將所學為所用。例如，我校XK713型數控銑床采用華中Ⅰ型數控系統(tǒng)。該數控系統(tǒng)是由華中理工大學、華中數控有限公司研制開發(fā)的，其結構是在個人PC計算機（286以上）安裝控制軟件，通過并口與數控控制板相連接，并由控制板向步進電機的脈沖電源發(fā)布方向及脈沖指令來驅動步進電機帶動機械傳動鏈完成機床的進給運動。主軸采用普通交流異步電動機控制，機械換擋，滿足不同加工需要。但由于此機床本身的機械傳動鏈符合數控機床的基本要求，具有機床改造的先決條件，故可對機床進行數控化升級改造。根據機床的具體情況和性價比選擇了采用武漢華中世紀星HNC-21MD數控單元進行升級改造，更換原來的華中Ⅰ型數控系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)具有步進電機控制接口，可直接與原有機床的步進電機驅動電源相連接，即不更換驅動系統(tǒng)及步進電機。圖3分別為改造前后的數控機床對比。

通過對教學鏜銑床XK713型鏜銑床的數控化升級改造，帶領學生完全做到了從硬件連接到軟件調試過程，使學生掌握數控機床構成的幾大部分的關系。在此基礎上分析傳動鏈的數學模型，鞏固必要的基礎知識，例如電機拖動原理、工廠電氣控制、自動控制原理、直流控制系統(tǒng)和交流控制系統(tǒng)、PLC的編程技術及技巧、測量反饋的原理等，徹底達到高等學校“數控技術”人才培養(yǎng)的目的。

五、總結與反思

數控技術應用專業(yè)工學結合課程的實踐研究，課題組進行了積極的探索。在專業(yè)核心課程中構建了學習領域的課程模式，重點是針對高等學校的“數控技術”課程加入了大量的數控機床安裝調試和維修維護內容，力爭在實踐體系內，加強學生的學習興趣，并以此為突破口，強化機電一體化人才的課程培養(yǎng)體系。通過改革可以看出，學生的學習積極性和主動性明顯加強，學生的學習潛能被充分發(fā)揮出來，學習成績明顯提高。由于強化了技能訓練，增加實訓項目和時間，學生的動手能力、職業(yè)技能得到了很大提高，特別是機電類數控技術方向的本科類學生以“數控機床”為核心，全面理清了課程體系。

但是，也應該清晰地看到，在我國盡管“工學結合”在高等教育體系中取得了一定的進展，可是在全局范圍內，由于制度、法律對企業(yè)的優(yōu)惠政策不明顯，影響了企業(yè)參與高等教育的積極性。如果只靠學校單方面加強實踐能力培養(yǎng)，終究會因為能力有限而難以展開。為此，如何開展“校企合作”，實現“工學結合”從制度上得到保障是以后人才培養(yǎng)模式的研究方向。

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（責任編輯：王意琴）