基于智能制造和產(chǎn)教融合的模具課程教學(xué)探索

謝延敏 劉 程李 偉何朝明楊 漢

（1.西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 四川·成都 610031；2.四川成飛集成科技股份有限公司 四川·成都 610091）

0 前言

國家正在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+等重大戰(zhàn)略等，迫切需要培養(yǎng)大批新時(shí)代人才。智能制造時(shí)代要求中國高等教育為其提供創(chuàng)新型與智慧型人才。馮翠云[1]提出基于“虛擬仿真技術(shù)”的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程實(shí)踐改革。吳國興等[2]闡述了智能制造背景下應(yīng)用型本科機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革。方秀梅[3]介紹智能制造未來型人才能力培養(yǎng)探索方向。胡昌軍等[4]剖析了智能制造系統(tǒng)對(duì)創(chuàng)新型人才提出的新要求。付紅等[5]提出有利于智能制造時(shí)代中國高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的建議。

案例教學(xué)法是指教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，通過精心挑選并解讀典型案例的方式來帶動(dòng)知識(shí)點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)呈現(xiàn)的案例展開分析、討論和研究，從而培養(yǎng)學(xué)生思維能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性與參與性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)的一種新型教學(xué)方法。陳偉蓮[6]將案例分析法應(yīng)用到公共關(guān)系課程中，起到了一定的效果。沈麗娟等[7]將案例分析法應(yīng)用到“選礦生產(chǎn)實(shí)踐案例分析”研討型課程中，發(fā)揮學(xué)生在課內(nèi)外兩個(gè)課堂中接受學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和互動(dòng)學(xué)習(xí)在教學(xué)中的聯(lián)動(dòng)作用。劉寒冰[8]結(jié)合案例教學(xué)法的特點(diǎn)，對(duì)基于案例的“軟件需求工程”課程教學(xué)模式進(jìn)行了研究，并通過教學(xué)實(shí)踐證明了該教學(xué)模式的可行性。黃小梅等[9]將案例分析法應(yīng)用到“病理學(xué)”課程中，提高教學(xué)質(zhì)量。葛云等[10]將研討型案例教學(xué)模式應(yīng)用到機(jī)械制造方向?qū)I(yè)課中，取得了較好的效果。柯文場(chǎng)等[11]將“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”“產(chǎn)教融合”理念引入到綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，最大限度將實(shí)訓(xùn)教學(xué)與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中掌握技能。周軍超等[12]針對(duì)產(chǎn)教融合背景下的車輛工程汽車設(shè)計(jì)教學(xué)的實(shí)際情況，以價(jià)值成果和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，對(duì)汽車設(shè)計(jì)的教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐，豐富和發(fā)展汽車設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法，完善汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系以及實(shí)踐體系。

“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”課程是一門理論性很強(qiáng)的課程，教學(xué)過程中理論方法與實(shí)踐脫節(jié)的矛盾突出。因此，有必要對(duì)該課程傳統(tǒng)授課方式和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，利用成飛集成公司聯(lián)合項(xiàng)目和西南交大機(jī)械學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心試驗(yàn)條件，擬采用基于案例和企業(yè)項(xiàng)目的產(chǎn)教融合培養(yǎng)模式，借助數(shù)字化仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)形式，培養(yǎng)復(fù)合型人才，適應(yīng)智能制造新時(shí)代的發(fā)展。

1 研究方法

基于案例和企業(yè)項(xiàng)目的“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”產(chǎn)教融合教學(xué)實(shí)踐探索，包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面。針對(duì)該課程中的典型成形工藝，如彎曲、拉深和脹形等，利用模具設(shè)計(jì)理論知識(shí)對(duì)其進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)相關(guān)的模具，并利用專業(yè)的仿真軟件，對(duì)相應(yīng)的成形和工藝進(jìn)行數(shù)字化仿真。分析不同的模具結(jié)構(gòu)，如正裝和倒裝，根據(jù)不同的工藝設(shè)計(jì)不同的模具，如單工序模具，復(fù)合模具以及級(jí)進(jìn)模具等，分析工藝對(duì)質(zhì)量的影響。對(duì)企業(yè)中的高強(qiáng)鋼和鎂鋁合金溫?zé)岢尚蔚饶＞咧圃煜嚓P(guān)問題進(jìn)行創(chuàng)新性分析。利用相關(guān)的人工智能技術(shù)，對(duì)相關(guān)的工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)案例的理論教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)，包括利用機(jī)械學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和利用成飛集成的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，對(duì)典型案例進(jìn)行驗(yàn)證分析。通過基于案例和企業(yè)項(xiàng)目的產(chǎn)教融合教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，讓課程內(nèi)容與一流制造企業(yè)相關(guān)，以提高智能制造時(shí)代背景下復(fù)合型人才的素質(zhì)。

2 產(chǎn)教融合的理論教學(xué)

利用分步遞進(jìn)的案例分析方法，系統(tǒng)講授該課程的沖壓知識(shí)，針對(duì)各個(gè)章節(jié)安排典型案例分析。如沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)，彎曲工藝與模具設(shè)計(jì)，拉深工藝與模具設(shè)計(jì)，脹形工藝與模具設(shè)計(jì)，其他成形工藝與模具設(shè)計(jì)。分析不同的模具結(jié)構(gòu)，如復(fù)合模具和級(jí)進(jìn)模具等對(duì)成形質(zhì)量的影響。利用相關(guān)的專業(yè)軟件，對(duì)相應(yīng)的模具及成形工藝進(jìn)行數(shù)字化仿真，并利用人工智能技術(shù)對(duì)相關(guān)工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)課程理論的教學(xué)。同時(shí)結(jié)合一流企業(yè)制造生產(chǎn)情況和項(xiàng)目技術(shù)，增加相關(guān)的理論教學(xué)。關(guān)于鋁合金熱成形理論，重點(diǎn)介紹熱力耦合有限元理論知識(shí)，重構(gòu)鋁合金在加熱狀態(tài)下的本構(gòu)模型。關(guān)于鎂合金的差溫成形，重點(diǎn)介紹如何通過工藝手段調(diào)整材料的流動(dòng)情況，以及相關(guān)的壓邊圈和拉延筋的設(shè)計(jì)等。

3 產(chǎn)教融合的實(shí)踐教學(xué)

3.1 學(xué)校內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)

利用機(jī)械學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”中相關(guān)成形工藝及其模具進(jìn)行校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)。根據(jù)不同工藝的模具，以及不同形式結(jié)構(gòu)的模具，對(duì)典型案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及討論。讓學(xué)生自己動(dòng)手，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，了解模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)成形的影響，以及不同工藝的模具對(duì)沖壓成形的影響。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)的模具成形數(shù)字化仿真，進(jìn)行驗(yàn)證分析，達(dá)到研究性學(xué)習(xí)的目的。

典型案例：U彎曲變形。

對(duì)彎曲變形進(jìn)行分析，計(jì)算相關(guān)的工藝參數(shù)，進(jìn)行彎曲模具的設(shè)計(jì)，以及減少彎曲模具中成形件的回彈措施。U彎曲的模具如圖1所示，彎曲試驗(yàn)成形件如圖2所示。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)有限元軟件DYNAFORM數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

圖1：U形件模具

圖2：U形成形件

3.2 企業(yè)中的實(shí)踐教學(xué)

基于與成飛集成有限公司的聯(lián)合項(xiàng)目，對(duì)相關(guān)的模具成形工藝和模具設(shè)計(jì)，進(jìn)行校外實(shí)踐教學(xué)。進(jìn)行高強(qiáng)鋼和鋁合金等溫?zé)岢尚喂に囆Ｍ鈱?shí)踐教學(xué)，驗(yàn)證相關(guān)的熱力耦合分析結(jié)果。通過項(xiàng)目載體進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，課程目標(biāo)清楚，產(chǎn)教融合，課堂接近企業(yè)，內(nèi)容新穎，提升了教學(xué)的實(shí)效性。

4 產(chǎn)教融合中的關(guān)鍵問題

4.1 相關(guān)企業(yè)和項(xiàng)目的選擇

根據(jù)智能制造背景下復(fù)合型人才的要求，考慮到?jīng)_壓模具專業(yè)的特殊性，要選擇一流的模具企業(yè)以及相應(yīng)的新項(xiàng)目，才能對(duì)沖壓理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。

4.2 數(shù)字化仿真軟件的選擇

數(shù)字化仿真是智能制造中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了提升專業(yè)教學(xué)的實(shí)效性、時(shí)效性和連續(xù)性，高校內(nèi)的數(shù)字化軟件要和企業(yè)中使用的數(shù)字化軟件盡量一致。

4.3 研討型案例的選擇

考慮到企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和學(xué)生的層次，要選擇合適的案例進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)，遵循循序漸進(jìn)的模式。根據(jù)科研項(xiàng)目和生產(chǎn)實(shí)際，擬選用高強(qiáng)鋼和鎂鋁合金等溫?zé)崮＞叱尚伟咐M(jìn)行分析，分析不同的溫?zé)岢尚喂に嚕⒗萌斯ぶ悄芗夹g(shù)進(jìn)行工藝的優(yōu)化，保證案例內(nèi)容的實(shí)踐性和創(chuàng)新性。

5 結(jié)論

（1）對(duì)“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”進(jìn)行了產(chǎn)教融合實(shí)踐教學(xué)，將課堂搬入一流企業(yè)，在企業(yè)中進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了“理實(shí)一體、教學(xué)合一”。增強(qiáng)了課程教學(xué)的直觀性，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)環(huán)境與職業(yè)環(huán)境、教學(xué)過程與工作過程的對(duì)接，提升了專業(yè)教學(xué)的時(shí)效性與實(shí)效性。

（2）基于一流企業(yè)項(xiàng)目和案例，將企業(yè)的科研項(xiàng)目引入到實(shí)踐教學(xué)過程中，通過項(xiàng)目載體進(jìn)行項(xiàng)目式和研究性學(xué)習(xí)，課程目標(biāo)清楚，內(nèi)容創(chuàng)新，方式新穎，強(qiáng)化了智能制造背景下復(fù)合型人才能力的培養(yǎng)。