应用型大学本科数字化设计制造综合实训教学改革与探索

姚引婧　吴冬霞　白雪玲　胡延东　张晓明　杨立超　许晓玲

[摘 要] 针对应用型大学旨在培养“实践能力强、创新意识强、文化素质高、社会价值高的工程技术应用型人才”的教学目标，结合兰州理工大学技术工程学院教学实际，从教学方法、教学内容、考核方式等方面对数字化设计制造综合实训课程进行改革，使学生熟悉产品的整个设计制造流程及CAD/CAM相关软件，了解数字化相关设备，提前熟悉企业作业环境，为就业后能尽快完成角色转换奠定基础。

[关键词] 数字化设计制造综合实训；CAD/CAM；逆向工程；教学改革与创新

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2017） 03-0092-02

随着全球经济的迅猛发展，消费者的消费观念发生了结构性变化，要求产品更新换代的速度加快，产品设计制造周期缩短，产品质量还必须要好。数字化设计制造技术是一项综合性、集成性很高的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分，也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强企业竞争力的一项关键技术。全面、熟悉地掌握数字化设计制造技术已成为工程技术人员适应新形势、新要求的重要任务，也成为应用型大学本科生实践教学改革的新方向。

一 应用型大学本科数字化设计制造综合实训课程现状

数字化设计制造综合实训是机械设计制造及其自动化专业和机械类专业学生的一门必修课，也是理论教学结束后进行的实践教学环节。部分学校也称CAD/CAM实训、CAD实训、CAM实训或计算机辅助设计制造实训等。教学目的是让学生进一步掌握现代设计制造的方法和手段，提高学生的CAD/CAM技术应用能力。通过实训让学生亲身参与产品设计、制造的整个过程，熟悉产品设计的流程、规范、制造方法、工艺过程等，锻炼学生综合运用知识的能力、设计软件的使用能力、查阅资料的能力、动手与团队协作的能力，培养对产品创新设计的兴趣。目前现有的课程大概有以下几种形式。

1 实训只进行CAD/CAM的部分环节，比如只进行CAD模块或CAM模块的实训，学生不能系统熟悉整个设计制造流程，更无法模拟体验企业作业过程。

2 实训让学生采用一门CAD/CAM集成软件，对零件进行CAD 阶段的设计，再进行CAM过程的模拟仿真加工，整个过程以课内上机形式完成，未进行零件的实际加工，学生不能切身进行数控设备加工过程的操作练习，且学生未能体验到整个设计制造的过程。

3 实训让学生掌握并应用一门CAD/CAM集成软件，完成一般零件的造型设计，运用所学CAM及数控编程的相关知识，针对设计的零件进行手工编程，并实际操作数控车床完成零件的加工。CAD和CAM通过手工编程来连接，整个CAD/CAM的集成过程未能实现，且缺失DNC过程，先进的数字化设计制造技术未能得到完整的诠释。

4 在实训过程中，使学生亲身经历从设计——工艺——制造—DNC传输——零件加工制造整个数字化设计制造流程，通过数字化设计制造综合实训，让学生建立数字化设计制造理念，懂得运用先进的设计制造方法解决实际问题并进行工程应用。但是绝大多数都是由指导教师给学生下定任务单，学生机械的完成整个过程，缺乏创新，不能充分发挥学生的主观能动性。

二 应用型大学本科数字化设计制造综合实训教学改革措施

社会与经济的发展对产品的设计与制造提出了更高的要求，产品在保证质量的前提下，研发和制造的周期越来越短。这样就要求在设计的过程中必须保证设计的正确性与可靠性。不断发展的CAD/CAM技术可以最大限度的满足目前产品的设计制造要求。所以为了满足现代社会生产技术的要求，在相关专业本科生的培养过程中，需让学生对这一现代化的技术有全面的了解和熟练的应用能力。在实践教学过程中，我们从教学方法、教学内容和考核方式等几方面入手，探索和实践了新的教学改革，现阐述如下。

（一）教学方法改革

1 项目教学法

以企业真实项目为载体设计实训项目，按照实际工作过程明确具体任务，并通过完成任务实现技能模块的教学过程。实施步骤为：项目分解——任务驱动——实际操作——技术研讨。在整个过程中学生始终保持团队合作状态。

此方法既可以让学生掌握实际产品的设计、制造流程和相关的知识，又能锻炼学生的团队合作能力。

2 问题探究教学法

教师（组）或教师引导学生提出问题，在教师组织和指导下，通过学生比较独立的探究和研究活动，探求问题的答案而获得知识。如车削零件时，就可采用该方法，实施步骤如下：创设问题的情境——机床如何实现车削过程；选择与确定问题——数字化制造部分理論知识体系；讨论和解决问题——CAPP；仿真验证——CAXA数控车仿真；实践并得出结论。

3 小组合作教学法

项目在实践教学环节，将学生划分为不同小组，每个小组有不同的实训任务单，每个小组根据任务内容和教师的安排，通过技术讨论、实际操作等手段，合作完成一个实训项目。这样既提高了学生实践操作技能，又培养了学生组织协调、合作学习的能力。

4 现场教学法

将实践教学环节的一部分设置在学校的工程训练中心，另一部分设置在校外实践教学基地。让两部分的教学内容能够相互关联，通过工程训练中的操作实践和校外教学基地的认知实践，让学生把所学的知识与企业的实际生产联系起来，感受真实生产氛围，学习知识在企业中真实应用的技能。

5 分层教学法

项目采用分层次培养学生能力的教学思路。课程在设置之初对学生的要求划分了3个层次：基础理论与技能应用层次、综合系统培养层次、科技创新层次。基础理论与技能应用层次针对机械类等对课程要求较低的专业，要求学生在理论知识掌握和实践技能应用方面达到课程大纲要求；综合系统培养层次针对机械专业的学生，要求学生对理论知识和实践技能可达到熟练综合运用的程度；科技创新层次针对在课内和实践训练环节综合能力较为突出的学生，每学期选拔一批对课程内容掌握较扎实的学生进行课外科技创新培训培养、校企实践教育教学基地共同培养等活动。

（二）教学内容的安排

数字化设计制造综合实训构建在现代数字化工厂的实际环境之中，学生通过对典型机械零件的完整设计、仿真直至真实加工与检测，可系统且完整地体会现代数字化设计制造模式的全过程。数字化设计制造方法优于传统设计制造，整个设计制造过程不是独立的，而是一个并行的过程，详见图1。

根据数字化设计制造综合实训的要求和拟达到的预期目标，项目需要完成的主要内容包括以下几方面：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、机床实际操作和逆向工程。计算机辅助设计主要完成数控车、数控铣及线切割3个工种的零件设计；计算机辅助工艺设计需要对CAD阶段的零件进行加工路线安排；计算机辅助制造则是对已完成工艺设计的零件进行仿真加工、NC代码生成及校验；机床实际操作主要完成数控设备的简介及基本操作、NC代码的DNC传输、零件成型、机床保养及维护等内容的教学与实践；逆向工程主要给学生讲解逆向工程的原理、实现逆向的设备简介及操作过程。

图1 数字化设计制造综合实训课程内容流程图

（三）考核方式

数字化设计制造综合实训考核方式注重过程考核、能力考核以及结果考核。因此数字化设计制造综合实训成绩包含形成性的考核和终结性考核两部分，具体考核内容及占比见表1。

表1 数字化设计制造综合实训考核内容及占比

三 改革的创新点

在教学中注重了从“设计——工艺——制造”的完整周期，让学生有一个完整的体验和认识；CAD和CAM通过DNC来连接，实现了整个CAD/CAM的集成过程，数字化设计制造技术得到了很好的诠释和展现；实训过程中采用单独和协作共存的模式，既锻炼了学生个人的动手能力，又让他们认识到团队合作的重要性，锻炼了团度合作协调能力；教学过程中突出学生自身的主观能动性，允许学生自主设计，并将所设计的产品制造出来，既让学生在实践过程中学习了知识，又增强了学生的自信心。

参考文献

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