基于校內生產實習基地的計算機輔助技術教學

曲興田， 王宏一， 劉海忠， 孫慧超， 張 昆

（吉林大學機械與航空航天工程學院，長春130025）

0 引 言

生產實習是工科學生培養的關鍵環節，是本科生首次接觸實際生產，鞏固提高課堂所學的良好機會，在工科類本科教學中起著不可或缺的作用［1-3］。現階段高等院校生產實習大多單純在企業進行，可以借助企業擁有先進的大規模化生產現場，成熟的技術與完善管理流程等諸多優勢服務于本科教學。但單純在企業進行生產實習也有很多不足［4］。為此，在校內建設生產實習基地與企業生產實習相配合是很有必要的。

1 建立校內生產實習基地的必要性

（1）企業接收學生意愿下降，無法形成長期穩定的教學規劃。企業生產以獲得經濟效益為目標，近年隨著企業生產任務愈發緊湊，各項管理制度愈發嚴格，企業對于接待學生生產實習的意愿逐年下降，造成企業不斷壓縮學生的生產實習時間［5-6］。而是否同意學生生產實習，往往與企業當時的生產任務與領導意愿相關，很難建立起長期穩定的合作關系［7］。致使生產實習任務往往要在多個校外企業進行，常常要更換合作企業，無法形成相對穩定且有效的教學計劃與內容，嚴重影響教學質量。

（2）學生在企業進行生產實習，以參觀為主，學生參與度低。企業處于技術保密，安全管理等因素考慮，多數不讓學生深入生產內部，往往是讓學生在規定的區域進行參觀，更不會給學生以實踐的機會［8-9］。以第一汽車集團各分廠接待實習為例，從2014年起不允許學生進入加工線和裝配線生產區域，只允許在3 m線以外觀看，學生很難得到深入學習的機會。

（3）計算機輔助技術教學在生產實習環節普遍缺失。計算機輔助技術已經廣泛地應用于企業實際生產中，成為不可或缺的一部分［10-14］。從產品設計，人員管理，工藝排布等全方位地滲透于企業生產的各個環節。由于生產實習時間限制，以及企業技術保密等多因素限制，計算機輔助技術在學生到企業實地參觀時，幾乎得不到體現。學生僅能單純的接觸企業的生產現場，而無法了解生產現場背后計算機輔助技術在其中發揮的作用。基于場所和客觀條件的限制，教師也很難將計算機輔助技術融入其中，很大程度地降低了學生對于現代化生產的認識。

2 企業與校內生產實習基地相互配合

生產實習作為工科學生培養的關鍵環節，既要培養學生的實踐能力，建立起理論與實踐之間的聯系，也要擴大學生的知識面，開拓學生的視野。以企業作為生產實習基地可以以最小的花費，借助企業完善的組織形式、先進化的生產設備和技術人員，幫助學生開拓視野，使學生對工廠的組織結構、管理及其物流狀況有一個較為全面的初步認識［15］。

生產實習不只是讓學生建立起對企業的宏觀認識，也是借此機會建立起學生對已學理論知識與實際應用的聯系，并加深和鞏固相關專業技能，打通各分支子學科之間的聯系。受限于企業難以單獨理想地作為生產實習基地，難以給學生深入學習與實踐相關專業知識的機會，校內生產實習基地就要發揮其能夠讓學生深入參與，能夠建立穩定體系化教學內容，能夠根據實際教學需要作出調整等優勢，與企業生產實習形成優勢互補。

3 校內生產實習基地的建設

為解決在企業實習的諸多弊端，提高生產實習教學質量，我校機械與航空航天工程學院圍繞教學需要建立校內工科生產實習基地。生產實習基地結合選取具有典型工藝特征的汽車前剎車調整臂與變速箱一軸作為加工零件，建立兩條完整的生產加工線。生產線涵蓋銑、車、磨、鉆、插削等多種類加工方式。教學內容從毛坯件開始到切削加工成形、熱處理、清洗、探傷、精度檢測和標碼等，貫穿常規企業產品加工的整個流程，使學生對產品生產加工有全方位系統的認識。圖1所示為校內生產實習基地一角。

圖1 校內生產實習基地

有別于考慮經濟效益與生產安全的企業生產布局方式。校內生產實習基地以教學需求為核心，在保證學生深度參與生產加工的同時確保學生安全。生產線布局加大了各工序之間的空間，針對具有危險性的加工步驟，加裝了安全防護裝置。生產實習基地采用先進教學管理系統，控制全基地設備只有在受過系統化機床操作訓練教師的陪同下才能啟動。生產實習基地相關管理人員可以通過計算機和手機實時觀察生產實習基地的全景影像，監管生產教學的合規運行。

4 結合計算機輔助技術的生產實習教學內容

計算機輔助技術已經與制造業深度融合，與企業設計、制造、產線布置等密不可分。學生在本科教學中雖然對計算機輔助技術有過接觸與學習，但與實際生產脫節，缺乏連貫性和實際運用能力。企業實習中，學生僅能接觸生產加工現場，無法參與諸多與計算機輔助技術相關的環節，使學生難以將計算機輔助技術與實際生產建立起聯系，制約了生產實習的教學效果。

為使學生更全面深入了解產品研發生產的全流程，熟悉計算機輔助技術軟件在制造業發揮的作用，校內生產實習基地根據相關課程教學需要與機械制造的關鍵環節，制定了與計算機輔助技術應用相結合，注重學生參與實踐的培養環節。主要圍繞產品工藝規程設計、夾具設計、夾具裝配工藝設計3個部分展開。在實踐中，學生需學習和使用計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助制造工藝設計（CAPP）、計算機輔助裝配工藝（CAAP）5大制造業常用計算機輔助技術軟件，深入體會計算機輔助技術在實際生產中發揮的作用。

學生在進行生產實習的開始過程，將安排學習之前本科課程沒有接觸過的CAPP、CAAP兩種軟件的主要操作流程（見圖2）。初步了解兩種軟件的使用方法后，學生將首先進行產品工藝規程設計培養環節。在此環節中，學生分成不同小組，針對校內生產實習基地加工零件進行工藝規程設計。在CAPP軟件的幫助下，學生不受加工機床，加工方法等客觀的因素限定，自由地進行工藝規程設計，針對一道工序給出詳細的工序加工參數，應用CAM軟件進行加工仿真并生成加工代碼，并根據各自的工藝規程規劃產品生產線。工藝規程設計方案確定后，在教師的帶領下，各小組互相展示自己的工藝規程方案與生產線構成，分析各自工藝規劃方案的優劣。學生還將與校內生產實習基地相對成熟的工藝規程設計方案與生產線進行對比，進一步強化相關教學內容的理解。

圖2 CAPP軟件教學

在夾具設計環節，各小組在學習生產線上的夾具后，針對分配的主要研究工序給出每小組自己的專用夾具方案。利用CAD軟件進行夾具三維建模，應用CAE軟件進行仿真分析（見圖3），驗證夾具設計的有效性，根據仿真結果完成夾具的進一步優化。以各小組最終完成的夾具設計方案為基礎，繼續開展夾具裝配工藝設計環節的教學培養。學生運用CAAP軟件進行夾具裝配過程仿真，確定裝配過程中的工藝步驟與注意事項，出現裝配過程不合理的環節，優化夾具設計方案，最終生成裝配工藝規程指導文件。

圖3 學生設計夾具CAE分析

在結合計算機輔助技術的教學環節中，雖然計算機輔助技術并不單獨作為教學的目標與主題。但卻與實踐內容密不可分，在學生完成實踐目標的過程中，能夠深切感受到計算機輔助技術帶來的便利和發揮的作用。在過去進行現場生產實習工藝講解和夾具講解時，學生往往因為沒有實際參與的機會，對于講解的內容理解不深，不愿意主動學習。在生產實習加入計算機輔助技術學習和應用的任務后，產品工藝規程設計、夾具設計、夾具裝配工藝設計3部分教學內容緊密地與生產實習教學講解內容相結合，增加了學生的參與程度，激發了學生認真聽講，自主學習的熱情。在老師進行課上講解后，能夠主動查找相關理論課知識和軟件工具書，完成所分配的任務。達到了通過生產實習加強理論知識和實踐能力，加深和鞏固相關專業課程與技能的目標。

5 結 語

通過建設校內生產實習基地，彌補了單純在企業進行生產實習的不足，形成了企業與校內生產實習基地相互配合，優勢互補的實習方式。我校機械與航空航天工程學院將計算機輔助技術較好地與校內生產實習基地教學內容融合，貫穿于生產實習的各個環節，顯著地提高了教學質量，提高了學生主動學習的積極性，取得了良好的效果。