數控專業故障診斷與維護綜合實踐課程教學改革與探索

馮淑敏　黃惠珠

[摘 要]故障診斷與維護綜合實踐課程是機械制造及自動化專業數控方向重要的實踐課程?；谛Ｆ蠛献鳈C制，該課程教學可以從實踐課程軟硬件建設、過程考核、師資隊伍建設等方面進行全方位的改革與探索，為應用型、復合型本科高層次數控人才的培養和師資培養提供了良好的平臺。近兩年的實踐證明，經過改革，學生的實踐創新能力以及就業競爭力得到了顯著的提升。

[關鍵詞]數控技術；故障診斷與維護綜合實踐；應用型本科；校企合作

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0057-03

一、課程改革的背景及意義

（一）課程改革的背景

制造業是國民經濟的命脈，機械制造業又是制造業的支柱與核心。數控加工技術在機械制造業中的地位愈發重要?，F在很多工業發達國家的數控化率可達30%以上，數控機床已成為機械制造業的主要設備，數控加工技術的應用已成為傳統機械制造企業提高競爭力的有效途徑。

我國需要大量數控設備操作人員和相應的數控設備專業維修人員。然而，目前我國數控設備操作與專業維修人員還相當匱乏，大多數畢業生僅能從事數控編程方面的技術工作，所以培養數控機床的調試、維護等方面的應用型高端人才已成為當務之急。

故障診斷與維護綜合實踐課程是我校數控技術及應用專業為期兩周的綜合實踐課程。由于實驗條件所限，目前故障診斷與維護綜合實踐課程的很多實驗內容偏重于數控機床的機械結構、數字控制原理等，這也是大多數學校目前的狀況。而缺乏對于數控機床調試及排故、PLC編程及調試等方面的實驗項目，其培養出來的學生只能從事基本的數控編程與數據機床的操作，對數控設備的調試及日常的維護乃至故障診斷等方面的技能明顯不足。

而且，綜合實踐課程中大多數實驗項目是驗證性、認識性實驗項目，而缺乏綜合性、設計性和創新性實驗項目，學生的積極性得不到應有發揮，學生的綜合技能得不到顯著提升，這些都極大地制約了我校應用型、高層次數控技術人才的培養。

（二）課程改革的意義

通過課程改革，壓縮傳統的驗證性實驗，我校創建了包括“基礎實驗—課程設計—綜合實驗”三大模塊的多層次遞進式實驗教學體系，從不同層次上鞏固理論知識、強化實踐能力和創新能力培養。在理論教學和實踐內容兩方面，充分融合基礎知識與前沿科技成果、理論知識學習與應用能力培養。做好實踐課程的綜合改革與建設規劃，確保課程建設的科學性。通過本實踐課程的建設，提升我校學生的就業競爭力，培養高水平、卓越的應用型工程技術人才。

二、課程改革的思路及原則

故障診斷與維護綜合實踐課程是在前期數控技術及數控機床故障診斷與維護兩門理論課程修完之后進行的獨立實踐教學環節。課程的目標是培養學生對復雜數控設備的故障診斷與維修技能，提高學生對數控機床疑難故障的分析、處理能力。課程用理論聯系實際來了解解決數控機床常見故障的方法，了解如何分析測量與判斷，怎樣確診排除故障；并了解掌握常用的具體檢修方法，為更好、更科學地展開數控機床的檢修工作打基礎。課程改革對于提高數控方向專業人才培養質量、提升畢業生就業能力與就業質量具有重要意義。

課程教學內容應基于以下原則來進行建設：

（一）應用性及崗位需求的原則

應用性是人才培養的最終目標，教學改革應強調數控應用型人才的實踐能力、創新能力和工程素質的培養[1]。

通過對從事數控領域的不同崗位進行需求分析，數控技術及應用專業的學生在課程內容上應設置數控原理（技術開發人員）—數控機床基本結構及數控編程（數控編程員）—數控設備故障診斷與維護（設備維修員）等。其中，對于數控設備維修人員，要求其具備機械、計算機、電氣、自動檢測等多領域交叉學科的專業知識，是各類人員中要求最高及培養難度最大的一個級別。

（二）先進性原則

國內外的數字控制技術日新月異，課程內容的改革要根據最前沿的新技術、新理論不斷更新。

（三）集成化原則

通過課程改革構建數控技術及應用—現代化設備—數控機床故障診斷與維修多門課程集成為一體的故障診斷與維護綜合實踐實踐教學體系，創建多模塊、多層次遞進式實驗教學內容，從不同層次上鞏固理論知識、強化實踐能力和創新能力培養；進行實踐課程教材建設，教材內容要與時俱進，吸收數控領域的新理論、新技術。實踐教學內容上，要壓縮傳統的驗證性實驗。新設備的購置也應考慮滿足新開綜合性、設計性、創新性實驗項目的需求，使其比例不低于實驗總量的70%[1]。

三、課程的改革內容

這次課程改革主要在實踐教學內容、實踐教學條件、實踐教學方法的研究、師資隊伍的建設等方面進行有益的探索，更好地服務于數控領域應用型人才培養目標的需要。

（一）基于校企合作機制的多種教學方式的探索與實踐

數控技術和數控系統的更新換代比較快，為及時掌握數控行業的新知識、新標準、新技術、新工具和新流程等，高校有必要和現代化的企業建立緊密的合作，走校企合作道路，由企業專家參與到課程建設與改革中來，共同制定新的課程大綱，開發新的實驗項目，企業家進課堂，并指導學生的實驗。由企業專家及時將行業發展趨勢、最新技術、崗位群的用工狀況及畢業生就業信息及時傳遞給學生，參與教學大綱的制訂及實驗方案的制訂，管理、監督學生的實踐內容及評價實踐效果。近幾年每年的課程都有企業專家參與授課，并親自指導學生實驗，極大地提高了學生實驗的主動性。

我院與企業建立了長期穩定的校外實習基地，并聘請上海電氣機床成套工程有限公司高級工程師為校外專家，并已指導多屆學生的綜合實驗。在提高學生工程實踐能力方面，收到了良好效果。

（二） 師資隊伍的建設

本課程教學隊伍結構合理、教學經驗豐富、教學改革有創意、教學和科研能力強，課程組成員發表教改文章多篇，并承擔部分教學研究項目；完成了多項校內基金、上海市青年教師基金、上海市教委基金及校外企業合作課題等多項項目，每年都有科研和教改論文發表。過去師資偏重機械的教師多，近兩年PLC控制、機電一體化領域的教師引進2名，使師資隊伍趨于合理，為課程電氣控制領域的實驗項目的開發提供了技術人員的支持。

師資隊伍建設應從以下幾個方面進行改革：

1.根據學校培養應用型人才的特點，教師積極到相關企業參加生產實踐，提高教師的工程實踐經驗。

2.組織教師編寫教材、案例庫、習題集，提高各位教師的教學綜合能力。

3.組織青年教師進修和同校外同行進行交流，參加有關教學會議，討論研究教學經驗，獲取信息。提高青年教師的教學水平。

4.鼓勵中、青年教師依托先進的數控設備進行科學研究，對設備進行二次開發，使設備功能更加完備、豐富。

（三）教學內容的改革

教學內容的建設即綜合性實驗項目的開發是本次課程建設的核心內容。通過建設，使實驗項目涵蓋數控機床整機及功能模塊基本結構認識—數控原理綜合實驗—數控機床調試及維修三大模塊。

1.構建特色實驗項目

為配套此次課程改革，我院在原有的先進實驗設備基礎上，新引進多臺數控機床功能部件及四軸鏜銑類數控加工中心。

新增的PLC編程和調試以及機床常見故障維修模塊是本課程的一大亮點及特色，首先利用數控仿真軟件在計算機上進行編程、程序調試、排故的模擬，可以做到一人一機，然后以小組為單位在數控機床上進行具體的程序運行、調試、排故以及驗證，既可以充分調動學生的積極性，又可以緩解實訓設備的不足，還可以有效地保護精密設備的安全[2]。

通過以上實驗，學生逐漸從最初掌握功能部件結構及工作原理到能夠進行常見的故障排除，由淺入深、循序漸進地鞏固所學知識；同時增強了讀寫電氣原理圖、PLC梯形圖方面的技能。這些實驗真正做到了機械、電氣控制技術的結合，解決了機械專業學生的電氣知識薄弱的軟肋問題。

2.開展多種實踐教學模式，提高學生數控創新能力

課程教學改革應強調加強學生學習動機、興趣的培養。在教學改革中，應積極推行基于項目的教學、案例教學、現場教學、計算機軟件仿真、小組討論等多種教學模式與方法；除了常規教學學時以內的課內實驗、課程設計等環節以外，要積極鼓勵與引導學生參與技能證書的考試、科技創新活動等，引導學生積極參加校級、省級以至國家級的數控技能比賽，促進學生的個性發展，以培養學生的數控創新能力。

（四）教學軟硬件條件的建設

我院擁有上海市級重點學科的工程中心來滿足教學要求，并為學生課外科技活動提供了便利條件。目前有上海市教學高地建設項目所購置的教學設備可以為本門課程的實驗提供條件，并得到了上海電氣機床成套設備有限公司的大力支持。

1.數控設備及計算機軟件購置

近五年新購置先進的實驗設備，包括數控車床故障診斷及維修實訓臺、數控銑床故障診斷及維修實訓臺等先進實驗設備及數控車床維修仿真軟件。數控機床各功能部件如鏈式刀庫實訓臺、數控齒牙盤分度實訓臺、直線電機驅動系統調試實訓臺、四軸鏜銑加工中心等新實驗設備也已到位。

考慮到學生將進行職業考核或鑒定的需要，所有設備和上海市職業培訓指導中心的數控維修工職業鑒定所用設備均采購于同一廠家，但又不失其通用性[3]。

2.進一步修訂、完善實驗教學大綱，編寫本課程的教學資料

其中包括教學參考書、實驗指導書、實驗案例庫，并對習題集做進一步的完善和修改。這些材料不僅可用于具體地指導學生實驗，而且對輔助學生課外學習起到了重要作用。但由于本門課程主要涉及發展迅速的數控科技前沿成就，各學校所編寫的教材改變較快，還有許多不足，所以我們計劃在條件成熟時編寫適合我校條件的、具有專業特色的教材、學習指導書。

3.加強實踐教學各個環節的過程控制

各環節應包括實驗硬件熟悉、實驗方案設計、實驗過程、分析問題及解決問題、實驗記錄、輔導答疑、實驗數據結果分析、實驗創新等；要建立課程組任課教師的實驗指導、實驗方案討論、教學研討制度，并做好記錄；要加強課程組的業務活動。

（五）探索實踐教學考核新模式

實踐教學課程的考核、評估相對于理論課程而言難度較大，不像理論課程有標準答案，因此注重過程考核應是實踐教學考核的重要手段，以防止學生實踐過程中的抄襲現象及答辯之前的突擊復習。而過程考核的內容應包括學生實驗方案設計及創新能力的考核、實驗結果分析及歸納能力的考核。

為考核學生實際操作及設備排故能力，本次新增設備均開發了與之配套的一定數量的題目，通過人機界面，教師可非常方便地設置各種不同的故障，學生只有在掌握電氣控制原理及讀懂電路圖基礎上才能找到設備的故障所在，切實做到學生一人一題，考核題目不重復，才能充分調動學生積極性，激發學生的潛能。下一步我院將和上海市職業培訓指導中心數控維修實訓室合作，組織學生參加數控維修職業技能鑒定，力爭大部分學生獲得數控維修中級技能證書，部分優秀學生獲得數控維修高級技能證書，這將極大地提高學生參與綜合實驗的積極性 [4]。

四、結論

為適應數控技術新發展和數控設備維修應用型人才培養的目標，結合故障診斷與維護綜合實踐課程的改革，本文在校企合作機制研究、師資隊伍建設、過程考核模式、教學內容改革及軟硬件建設等方面做了有益的探索[5]。

本課程的改革為學生提供了多樣性、個性化的實踐動手機會，不僅為把學生培養成復合型、應用型、創新型人才搭建了有力的平臺，同時通過教師參與實驗設備的二次開發、師資力量的建設、實踐課程的體系建設等諸多環節，極大地提高了廣大教師的教學、科研等綜合能力[5]。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 郭攀成.《機械設計基礎》精品課程建設與教學改革研究[J].科技信息，2012（10）：30-31.

[2] 孫新國，劉宏偉.仿真軟件在數控機床維修中的應用[J].機床與液壓，2010，38（13）：171-172.

[3] 劉樹青，周明虎.基于FANU C0i Mate-C系統的數控綜合實驗平臺開發[J].實驗科學與技術，2009，7（5）：14-16.

[4] 陳英俊，黃崇林.面向卓越工程師培養的機電一體化設計基礎課程建設與教學改革[J].中國現代教育裝備，2012（1）：56-58.

[5] 胡斌.高校數控實驗室建設的探索與思考[J].裝備制造技術，2009（10）：130-131.

[責任編輯：劉鳳華]