“智能制造單元集成與應用”課程教學改革與實踐*

張 慶 ，李華兵

（1.貴州職業技術學院，貴州 貴陽 550081；2.湖南工業大學機械工程學院，湖南 株洲 412007）

“智能制造單元集成與應用”課程要求學生具備制造類專業知識和編程實踐能力，課題組以一個具體的汽車輪轂產品的智能制造為案例，將系統集成調試操作、PLC 編程和機器人編程等技能串聯起來，為學生以后從事智能制造系統企業的系統現場測試、整線安裝調試、技術服務等崗位打下基礎。學生要根據不同工藝要求對制造單元各模塊進行系統集成，需提高學生的編程和系統集成的工程實踐能力，使其具備從事工業機器人系統集成的職業能力。但是，不同層次的學生對知識的接受程度表現出差異，“智能制造單元集成與應用”課程需要學生有極強的綜合能力，給“智能制造單元集成與應用”課程教學帶來了很大挑戰，教學效果不理想，因此，需要提高學生的綜合學習能力和教學質量。

1 課程教學目標定位

先進制造業的快速發展，使制造業企業進入了數字化階段，數字化制造對制造類相關專業人才培養提出了更高的要求。制造類專業目標在原有要求上，提出要面向智能制造領域，能夠從事數控機床和工業機器人安裝、調試、維護、維修和智能化工廠系統集成等工作。“智能制造單元集成與應用”作為制造類專業核心課程，要求學生能在數控加工、PLC 編程、工業機器人編程、集成、智能制造系統和制造執行系統等方面進行綜合實踐。

2 課程改革思路

確定課程的教學目標之后，結合貴州職業技術學院現有實訓設備，即智能制造單元系統集成應用平臺，確定以汽車輪轂產品的制造流程作為“智能制造單元集成與應用”課程的教學項目。將理論知識與實踐技能融入到7 個項目25 個學習任務中，如表1所示。項目按照鋁合金輪轂的制造順序來進行安排，包括智能倉儲、工業機器人、數控加工、智能檢測等模塊，利用互聯網、工業以太網實現信息互聯，依托SCADA 系統實現數據采集與可視化，數據接入云端借助數據服務實現遠程聯控，實現輪轂的定制化生產制造[1]。以“理實一體、工學結合”為指導思路，采用任務驅動教學法，在學生完成學習任務的同時，教師引導學生完成產品的柔性制造，從而培養學生獨立探索、勇于開拓進取的職業能力。

表1 項目內容與學習任務

3 教學組織設計

“智能制造單元集成與應用”是一門綜合性很強、學科領域跨度較大的應用課程，在理實一體的教室內開展項目化教學，分小組進行實踐，學生在做中學、學中做，完成每個智能制造單元的編程和調試。每個小組都需要完成7 個項目的實操訓練，使學生形成完整的智能制造加工的思路，培養學生系統集成的思維，提高其實際動手能力[2]。教學過程：借助智慧職教學習平臺，構建本課程教學資源，并結合線上線下混合式教與學。學習路徑：課前布置任務—項目準備—任務引領—自主學習—任務實施—教學評價與總結。如表2 所示，本研究以執行單元的集成調試與應用教學項目為例進行教學設計。

表2 執行單元的集成調試與應用教學設計

4 教學方法

教學過程主要采用任務驅動教學法、模塊化、理實一體化等多種教學方法。教學過程以學生為中心，學生自行完成課前預習，課中進行實操訓練，課后互相評價和自我評價相結合[3]，教師主要以引導和答疑的方式，加強學生的創新能力，培養其系統集成的思維。“智能制造單元集成與應用”課程的教師團隊在智慧職教平臺上開設“智能制造單元集成與應用”個性化課程。課程資源包含自行開發的實訓設備介紹視頻、任務操作步驟和任務指導書等，為課程教學提供了有力的支撐。講解理論知識時會結合動畫、圖片、視頻等信息輔助教學，實操訓練過程[4-7]采用ABB 仿真軟件、PQArt 仿真軟件和實訓設備結合，解決了該課程概念抽象難理解、實操安全隱患大等問題。

5 課程考核評價

“智能制造單元集成與應用”課程采用過程性考核方式，能全面考核學生對所學知識的掌握和應用程度，將課程上學到的基本知識和技能綜合起來，解決生產實際問題。該考核方式貫穿整個教學過程，涵蓋表達能力、安全意識、職業素養、操作規范、學生參與度和學習效果等各方面，對項目中每個任務的學習效果作出評價[8]，最終考核成績為每個項目成績的算術平均值。考核評價表中考核指標的設置，結合機器人系統集成賽項的評分表、課堂表現及項目完成度進行設置。執行單元的集成調試與應用考核評價表，如表3所示。

表3 執行單元的集成調試與應用考核評價表

6 結語

“智能制造單元集成與應用”課程基于智慧職教和智能制造單元系統集成應用平臺開展項目式教學和以典型工作任務為核心的驅動式教學，每個學習任務都包含目標、討論、實施、調試和評價5 個步驟[9-10]。理實一體的教學模式提高了學生動手能力，調動了學生的學習積極性。通過7 個項目的訓練，“智能制造單元集成與應用”課程教學效果大幅提升，可有效培養學生的系統方案設計、PLC 與機器人編程、硬件搭建及電氣連接和集成系統聯調、MES系統集成等能力。

但是，隨著先進制造業的快速發展，制造業即將邁向智能化階段，智能制造系統會不斷更新。因此，“智能制造單元集成與應用”課程的教學內容和目標也需要不斷迭代，同時更新實訓設備、課程資源，改革教學模式，以滿足教學和社會發展需求，為社會培養高素質技能型人才。