工程訓(xùn)練互聯(lián)網(wǎng)+3D打印和智能制造教學(xué)探索

付大鵬+周威

摘 要 經(jīng)過近30年的探索和發(fā)展，3D打印和智能制造技術(shù)成為當今全球最受關(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)實驗實訓(xùn)基地，課程建設(shè)正向先進制造和智能制造方向發(fā)展。在工程訓(xùn)練課程體系中通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立平臺，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

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）12-0052-02

1 前言

國務(wù)院印發(fā)了經(jīng)李克強總理簽批的《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略[1]。這是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年行動綱領(lǐng)。圍繞實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，《中國制造2025》明確了戰(zhàn)略任務(wù)和重點。高校如何為國家培養(yǎng)具備先進技術(shù)和創(chuàng)新能力的人才，成為一個重要研究課題[2]。

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

根據(jù)世界科技的發(fā)展趨勢和我國教育的發(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，東北電力大學(xué)建立起一個以工程訓(xùn)練為平臺的互聯(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)過各大高校近十年來不斷對工程訓(xùn)練進行資金投入，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)實驗實訓(xùn)基地[4]。然而，目前工程訓(xùn)練3D打印和智能制造實訓(xùn)科目多以驗證性實驗內(nèi)容為主，實驗內(nèi)容單一，這容易束縛大學(xué)生的創(chuàng)新思想；實踐教學(xué)手段單一，不能反映出它先進制造和智能制造的特點。

3 教學(xué)目標

以工程訓(xùn)練教學(xué)為平臺，在校內(nèi)開展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)實習(xí)形成一個以信息化為龍頭的學(xué)科鏈，進一步提升學(xué)校綜合性辦學(xué)特色，并可以為電氣、動力、機械、材料、藝術(shù)類等專業(yè)的學(xué)生提供一個學(xué)習(xí)先進技術(shù)的平臺[5]，從而滿足企業(yè)對大學(xué)生在工程技術(shù)知識領(lǐng)域的要求。充分發(fā)揮工程訓(xùn)練作為理論聯(lián)系實際的橋梁與紐帶作用，培養(yǎng)學(xué)生先進的工程意識，全面提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，通過先進的教學(xué)方法增強實踐教學(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)專業(yè)特點及實際情況，確定不同專業(yè)工程訓(xùn)練3D打印和智能制造教學(xué)重點，然后擬定教學(xué)大綱。大綱見表1。

針對不同專業(yè)的學(xué)生制訂不同的教學(xué)方案 非機械類專業(yè)如環(huán)境等專業(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程，3D打印和智能制造的典型實例。目的是達到認知的程度，使學(xué)生了解3D打印和智能制造的特點及其工藝原理與應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生工藝創(chuàng)新意識與創(chuàng)新思維的方法。

向電氣專業(yè)、動力專業(yè)、機械專業(yè)等工科專業(yè)學(xué)生比較詳細地介紹3D打印和智能制造技術(shù)的基本原理、制造工藝過程和應(yīng)用特點，制造復(fù)雜零件的工藝過程和制造方法。要求學(xué)生掌握3D打印和智能制造的基本原理，了解3D打印和智能制造過程，了解3D打印和智能制造技術(shù)的應(yīng)用特點，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。

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

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 針對3D打印與智能制造教學(xué)模塊的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，編寫實訓(xùn)理論考試題，目的是測試大學(xué)生理論基礎(chǔ)掌握情況。試題結(jié)合工程訓(xùn)練課程各個基礎(chǔ)實踐模塊，緊扣3D打印實訓(xùn)和智能制造中的各個環(huán)節(jié)，考核題目力求貼近大學(xué)生操作實踐遇到的問題和解決方法。

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3D打印機3臺、桌面級3D打印機20臺、數(shù)控機床仿真軟件45個節(jié)點、數(shù)控車床10臺、數(shù)控銑床3臺、五軸聯(lián)動加工中心1臺、三維繪圖軟件45個節(jié)點、三維掃描儀2臺、計算機45臺。

師資建設(shè) 工程訓(xùn)練中心配備教學(xué)資歷深、實踐經(jīng)驗豐富的3D打印和智能制造模塊實訓(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打印實訓(xùn)教學(xué)的有序進行。

建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)平臺

1）網(wǎng)站中設(shè)立專門的教學(xué)專區(qū)。通過工程訓(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)資料都可以通過這個專區(qū)下載，幫助學(xué)生在有限時間內(nèi)完成課程預(yù)習(xí)、安全教育等工作。通過這個網(wǎng)站專區(qū)，完成包括實訓(xùn)指導(dǎo)書和實訓(xùn)理論考試等內(nèi)容。

2）網(wǎng)站內(nèi)建立模型圖庫。大學(xué)生可以將自己拍到的相片或者自己畫出來的作品上傳到網(wǎng)站，建立起一個具有大學(xué)生特點的圖形庫。這個向所有師生開放的圖形庫建立起后，有專業(yè)能力的大學(xué)生根據(jù)這個圖形庫選擇自己感興趣的圖形，并且設(shè)計出三維模型，編寫出供3D打印機打印的數(shù)據(jù)文件，最后上傳回網(wǎng)站建立的數(shù)據(jù)資源庫。對于這些踴躍參與上傳作品的學(xué)生，會有一定的獎勵，這會鼓勵其繼續(xù)分享自己的作品。

3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護。由于3D打印是逐層打印，分層層厚決定打印的時間及產(chǎn)品質(zhì)量。分層層厚越小，打印時間越長，打印質(zhì)量越好；反之，打印時間短，打印質(zhì)量較差。智能制造設(shè)備價格昂貴，使用時必須有人員在場進行監(jiān)督和維護。根據(jù)這些設(shè)備操作時間長，無人看管設(shè)備運轉(zhuǎn)存在危險性的特點，工程訓(xùn)練中心建設(shè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，利用設(shè)備上安裝的攝像頭將加工時的實時畫面記錄并上傳到工程訓(xùn)練中心網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，而設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化連接可以實現(xiàn)多臺設(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)新團隊 團隊內(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3D大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、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會。

5 結(jié)語

建設(shè)3D打印與智能制造實訓(xùn)模塊，探索先進制造技術(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)生提供更廣闊的實踐領(lǐng)域和更多的實踐機會。通過對工程訓(xùn)練3D打印和智能制造實訓(xùn)教學(xué)模塊建設(shè)的探索與實踐，為其他同類院校工程訓(xùn)練教學(xué)提供可以借鑒的做法。

參考文獻

[1]楊洋，周亮，李曉春.3D打印訓(xùn)練項目建設(shè)的探索與實踐[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014（14）：110.

[2]于慧穎.勞技教育教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從“動手做”到“動腦做”：兼論“動手能力”是大腦調(diào)控下手腦協(xié)調(diào)動作的創(chuàng)造性實踐能力[J].中國教育學(xué)刊，2004（12）：25-28.

[3]王金學(xué).工程訓(xùn)練中心建設(shè)與教學(xué)管理改革探討[J].實驗室科學(xué)，2008（4）：1-4.

[4]朱瑞富，孫康寧，賀業(yè)建.綜合性大學(xué)工程訓(xùn)練中心發(fā)展模式設(shè)計與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011（4）：85-87，99.

[5]曲廣強，關(guān)曉輝，王建元，等.基于微信公眾平臺的教務(wù)信息查詢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].東北電力大學(xué)學(xué)報，2015（6）：100-105.