CAXA数字化教学应用平台在现代机械设计与制造中的应用

王晓辉，刘清荣，魏丽丽

（赤峰学院 建筑与机械工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

1 前言

随着科技的飞速发展，传统的机械设计与产品制造模式已逐步被数字化应用技术所取代.现代工业产品从设计到成型再到大批量生产，是一个十分复杂的过程，它需要产品设计师、加工工艺师、熟练的操作工人以及生产线的管理人员等协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程[1].传统的手工设计、制造已经越来越难以满足市场激烈竞争的需要，CAXA数字化教学应用平台的运用，正从各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益，加快了我国工程界向“无纸化”发展的脚步.

2 概述

CAXA数字化教学应用平台，是专门配合各类工科院校进行现代数字化机械设计、工艺、数控加工及先进制造技术的教学和培训环境，目的是帮助各院校培养符合现代制造业需要的高级技能型技术人才.CAXA数字化教学应用平台是将数字化设计制造、教学管理、生产实践过程等理论教学内容与实践教学内容集成为同一的工作平台，从而实现理论教学与实践操作的全面数字化.通过CAXA数字化教学应用平台在学校的应用，使学生快速掌握企业相关职业岗位知识技能和工作职责、工作流程，提前了解企业需求的工作观和工作价值产生标准，使学生在激烈的就业竞争中处于有利地位，更能适应企业的实际的工作岗位.

3 CAXA数字化教学应用平台的构成

CAXA数字化教学应用平台由数字化体验中心、现代化实训工厂、信息化管理平台三大部分构成.在CAXA数字化教学应用平台上，数字化体验中心与信息化管理平台及各专业教研室相连，搭建理论教学与实训教学同一的工作平台，并与校园网、云平台相连形成对外开放资源，开展网上自学.同时，数字化体验中心与现代化实训工厂相连，实现“网上学习，虚拟实训和实际操作”的三位一体[2].数字化体验中心、现代化实训工厂、信息化管理平台这三部分既相互联系，又相互制约.它们之间的关系见下图.

图1 CAXA数字化教学应用平台的构成

3.1 CAXA数字化体验中心

3.1.1 CAXA数字化体验中心，将未来制造业发展的先进模式引入到学校的教学体系之中，让学生由被动式的听课转变为主动式的思考.学生按项目组织方式协同完成一个产品或零件的完整生产过程，实现基于工作过程的项目式教学.学生通过完成教师布置的不同的项目，在动手过程中大量理解吸收相关理论知识.项目一般按小组进行，可根据相关因素选择不同难度项目，同时也可以让学生在小组中体验不同分工的角色，真正实现分层次教学.

3.1.2 CAXA数字化体验中心，涵盖了企业研发设计、工装设计、数控编程、工艺编制、技术管理、生产制造、生产管理、设备维护、质量检验等岗位所使用的信息化工具，通过模拟企业生长环境，可以让学生在毕业设计、CAD/CAM技术数控编程与加工实训、设备管理与维修等实训中，将理论知识和工程实践相结合.体验企业中的从订单、设计、工艺、加工生产及管理全过程，理解各部门之间的相互关系，理解部门间如何协同工作.同时，也可以增强学生的感性认识，培养企业急需的团队合作精神，使学生能够快速胜任就业后的工作环境，适应企业岗位调动.

3.1.3 通过CAXA数字化体验中心，可以将计算机、服务器、触摸屏电脑、以及数控机床等，通过无线交换机和无线网桥连接成无线局域网，实现多种数据交换.

3.2 现代化实训工厂

现代化实训工厂的建立，可以解决理论教学与实践教学脱节的问题，仿真现代企业的数字化、无纸化的工作环境，使管理规范可视化.

3.2.1 在现代化实训工厂中的各类数控机床，通过工业以太网技术进行联网，不仅可以实现加工程序的时空传输，解决学员在机床前手工编程浪费大量时间的问题；还可以对数控机床参数进行集中管理，当数控机床因各种意外导致数据丢失时，可以迅速恢复机床正常运行状态；同时通过建立各台机床的关键结构及相关使用寿命，记录机床使用时间和配件更换历史，真正做到机床整个生命周期的维护管理.

3.2.2 利用数字化手段对数控机床进行实时监控.机床是否开机、是否在加工、加工时的机床载荷及机床报警信息等，均能被有效地进行实时的监控，从而全面了解机床使用情况.通过数据分析，合理的将机床使用效率最大化，同时能够保障实训过程中的安全性.

3.2.3 建立理论与实践一体化的教学模式.通过网络及数控车间视频，实现与车间、教室、机房、会议室及办公室的逻辑连接，突破教学场地限制.在机床内部和操作面板前安装的网络摄像机，将视频信号通过以太网实时传输到教室、实训现场学员区域的大屏幕上，让所有学生都可以看到教师示范操作的细节，对于毛坯装夹、刀具换装、对刀及面板操作等过程，犹如亲眼所见一般[3].这种教学模式的建立，不仅解决了目前理论与实践一体化教学中，学生在教室与车间频繁往返的问题，还解决了实训车间设备紧张的问题，大幅度提高了教学效率，改善了教学效果.

3.2.4 建立与实际企业相一致的生产现场布局和管理模式，使学生在实训时不但学习操作技能，同时还能够学习企业的管理规范，提升学生的职业素养.学生在整个管理系统中，学习如何安排生产计划、采购外协计划，如何保证订单能够准时交货，如何减少不必要的库存积压，如何合理利用生产能力实现均衡生产，及如何对生产绩效指标（材料消耗，生产节奏，质量因素）进行实时监控与管理.同时，我们将机床操作、机床编程、机床维修等技能性课程融汇到生产管理流程中，并将课程拓展到生产管理领域，实现产品生产过程管理.

3.3 信息化管理平台

该管理平台集成了教与学的各种构件与要素，可以集成现有的各种课程内容；可以提供权威认证、数控大赛指导及二次开发培训，提供企业实例应用于教学；可以管理各种教职工资料及教学中使用的课件、题库或科研成果，不断积累公共资源、分级授权访问.

3.3.1 教学资源管理.实现对教学资源（课程体系、教学大纲、教案课件、试题库、教学录像等）的数字化管理，使课程规范化，教学资源得到共享.

3.3.2 教学过程管理.以数字化教学资源为基础，实现基于网络的作业发放和批改流程；记录学生在校期间的基础课、专业课学习情况，考试成绩，完成作品情况，教师评语等，为教学管理一体化提供了基础.

3.3.3 综合管理.包括教职工资料管理、教学任务管理、规章制度管理、实习实训管理、对外加工与培训管理、企业信息反馈等方面.

4 CAXA数字化教学应用平台在机械设计与制造中的应用

今后现代机械设计与制造的发展，迫切需要将研发技术、制造技术、管理技术和信息技术有机地结合起来，通过CAXA数字化教学应平台的应用，可以带动整个设计与制造行业的研发模式和设计理念的创新.

4.1 整合资源

利用CAXA数字化教学应用平台，充分整合工程实践中的人力资源、教学资源、实训资源，在不增加人员、设备的前提下，通过CAXA数字化教学应用平台中的现代化实训工厂，让教学与实践上层次、上水平.在教学方面兼顾课程实验、实习、实训、科技活动、学科竞赛，有利于学校质量工程项目的建设，并且有利于教师团队建设、学科建设、科学研究、产品开发与制造能力提升等各项工作的顺利开展.

4.2 实现对教学资源的管理与沉淀

在CAXA数字化教学应用平台上进行课程设计、毕业设计等环节的课程时，可以实现分级授权管理，适时监控学生完成作业的过程，便于网络化的教学管理，保证实验课程的质量.同时，我们可以将实验课程内容集中管理，将院系的教学资源转化为学校资源，供学校其它院系查看，并长久保存下来.

4.3 有效的支持教学与教改

利用信息化管理平台，建立起与现代先进制造企业运行流程相一致的信息平台，反映现代先进制造企业新的设计生产流程和方向.利用该平台，将企业对人才的需求直接传递到学校，改革现有的实践课程，包括金工实习、机械原理课程设计、机械零件课程设计、机械制造技术基础课程设计、CAD/CAM课程设计等课程教学，建立起满足企业对人才需求相适应的实践课程及新型实践课程体系.

4.4 服务科研

利用信息化管理平台，建立先进制造企业设计、工艺、编程、生产过程，为教师提供先进制造技术的学习培训和科学研究、产品开发与试制的平台，使教学科研和设计与制造行业技术得到不断地进步和发展，体现项目科研平台和产品开发平台的先进性.同时进行相关的教学与科研教师团队建设，凝练学科和科研方向，开展科研项目和质量工程项目的建设，提高科研水平，促进质量工程项目建设水平的进一步提高.

4.5 实现对外加工产品及零件的生产与管理

通过CAXA数字化教学应用平台，集中管理对外加工零部件，记录零部件加工版本，并长久保存加工数据，对复杂零件可实现在线加工.同时将这些数据应用于教学，并且可以吸收优秀学生参加对外加工和服务，使学生尽早地、全面地参加工程实践活动.

5 结束语

随着现代工业的不断发展，CAXA数字化教学应用平台的应用范围将会越来越广泛，从最初的机械设计与制造，到现在建筑、电子、化工等领域也开始大量使用.不久的将来，文科领域中也将会广泛应用此平台.CAXA数字化教学应用平台，对学校教学及企业产生的变革和带来的效益是毋庸置疑的，借助CAXA数字化教学应用平台，可以实现现代机械设计与制造技术的不断创新，为高校教育教学的改革，提供了更宽广的教学与实践平台.

〔1〕黄蓓蕾.CAD/CAM技术在现代工业中的应用与发展[J].中国高新技术企业，2011（27）：59-61.

〔2〕赵延贵.CAXA为职业教育添砖加瓦[Z].

〔3〕余蔚荔，欧阳兆升，漆军，付晓岚.基于 CAXAPLM的数字化教学平台建设与实践教学应用[J].中国现代教育装备，2012（23）:10-12.