适应工业4.0背景下的金工实习教学改革

盛光英　徐玉荣　张红

[关    键   词]  工业4.0;金工实习;教学改革

[中图分类号]  G642              [文献标志码]  A                [文章编号]  2096-0603（2019）35-0218-02

一、工业4.0背景下金工实习教学存在的不足

大部分高校传统金工实习是对学生讲授冷加工如：车、铣、刨、磨、钻、数控加工，热加工如：铸、锻、焊和热处理等的制造方法并培养相关的实践能力，通过相关的实习，学生在各个阶段掌握相应的知识。训练结束后，由于还是缺乏对真正实际零件的制造过程、工艺编制、各种加工精度和检测方法等实践环节的训练，并没有激发起学生对专业的兴趣，学生在后续的创新设计制作、相应的专业课的学习兴趣没有真正得到启发。

二、工业4.0背景下的工程训练的需求与思路

针对上述问题和不足，在工业4.0背景下进一步提高学生的工程素养，不局限于在各工种课堂学习的延伸，而要真正使学生获得相应的知识与技能，更需要提供新时代、新技术背景下综合教学环节来有效提高学生的识图、机械制造工艺编制、综合制造实践能力和创新能力。我们在实习教学环节中开设“任务驱动+项目实施+创新竞赛+现场教学”的多元化、多课程、多项能力、多个层次的工程实践综合训练。这也是我校教学改革的重要内容，曾获得我校教学改革的重点立项项目。我们的项目分如下几部分：

任务驱动是技能培养的基础层次，又分三个模块，即金工实习模块、创新能力训练模块和智能化实训模块，金工实习模块包括铸、锻、焊、车、钳、铣、刨、磨、钻加工技能和机床拆装训练，旨在培养学生的基本操作技能和动手能力。

项目实施是技能培养的加强层次，是在技能培养全部结束后，为了充分挖掘学生的个人爱好，学生可根据创新基本要求每人选择1个专项题目作为强化项目，完成自主选题、设计、制作、组装、评价工作，让学生发挥自由想象，使学生在遇到问题能够独立解决问题，并在处理问题的过程中培养创新意识。

创新竞赛是工程训练的提高层次，在每个技能培养和强化项目完成后，组织学生开展创新设计、操作技能竞赛，最后评选出优秀作品，作为学生学业特长项目予以加分，极大地调动了学生的学习积极性，同时为山东省各种大赛做准备工作。

现场教学是技能培养的实战层次，就是在毕业之前安排2周时间到企业进行现场教学，完成学生从学校到企业的过渡，帮助学生树立起市场、信息、质量、成本、效益、安全、环保等大工程的意识。

三、工业4.0背景下工程训练能使学生在以下几个方面得到锻炼

（一）提高学生的机械制图识图能力和CAD的造型能力

传统的金工实习中每个学生实习的零件相对简单，制造工艺涉及的内容也比较单一，而最后的制造综合训练的零件又比较复杂，图纸要求的制造信息较多，期间跨度较大，读懂整套图纸需要有较强的机械制图识图能力。训练过程中，学生还要利用CAD软件来对零件造型和装配。多数学生这一阶段不能很好的适应，疲于应付。

（二）强化学生对《公差与配合》在零件设计制造过程中的作用和认识

加深了公差与配合理论知识的理解和在实际中的应用，根据零部件的装配图，使学生分析每个零件在部件中的作用，掌握每个零件公差的含义。每个公差的不同获得方法和相关的经济成本，特别是形位公差的意义，进而思考为什么采用这样的精度，对机器零部件的装配和使用带来不同的结果，编制工艺规程怎样做到更加符合实际，便于操作。

（三）提高了对机械制造过程中精度和粗糙度的知识的理解和掌握

通过这种新的训练模式，不同工种和工序的体验，让学生真实地认识到各工序能够达到的零件精度和表面粗糙度的范围和意义以及相关的经济成本。

（四）使学生真切地体会到编制工艺规程方法和步骤，深刻认识到工艺编制的重要性

不同的工艺规程规定了不同的工艺路线进而产生不同的加工结果和付出不同的经济成本。不同的零件形状、不同的表面质量，需要考虑不同的工序进而组合加工产生不同的零件。同一个零件的内容可采用多种加工方法完成，来体会工程问题的多种方法产生不同的经济成本。新的工程综合训练中更加注重引导学生结合特定的制造环境与加工对象的要求达到制造的优质、高效、低耗的目标。

（五）提高学生的动手能力

工业4.0背景下的工程训练，最后的自主设计制作环节，每个零件不同的设计，不同的工序，编制不同的工艺，真刀真枪的实践锻炼，把传统的制造方法与现代的制造工艺相结合，使学生真切地感受到零件设计制造的全过程，为将来的就业打下良好的基础。

（六）加深学生对热处理与表面处理知识的理解

新模式的工程训练涉及常用热处理和表面处理内容，加深对书本知识的理解。

（7）提高学生的团队协作能力，培养集体的工程意识和集体主义精神

四、工业4.0背景下的工程训练的教学组织与实践模式

工业4.0背景下的工程训练目的是培养学生的综合能力和创新能力，每位学生都要亲身经历零件的设计、绘图编制工艺规程及不同工种、不同材料的制造實践、质量检验、实物装配、工艺交流和讨论的全过程。新的工程训练以学生为本，营造一个制造氛围浓厚的实践环境，通过实习了解加工设备的性能、型号、功能特点，了解材料选择，切削刀具等物质的使用、维护等方面的知识。

工业4.0背景下工程训练各个模块的联系如下：

整个教学体系体现长链条、螺旋型结构特征、大工程意识：

在循序渐进的基础上，学生在各个年级、相应的理论学习和实践学习之间搭建起环环相扣的长链条结构，在时间和空间上促成理论与实践的有机融合，循序渐进，螺旋型上升，较好地体现了“工程训练贯穿学生四年（或三年）”的培养全过程，兼顾规模化工程训练教学和个性化人才培养，突出新工科创新型人才培养”教学新理念。长链条化体现在，我们把工程训练贯穿于学生的整个大学学习过程（如上图所示）。在工业4.0下的工程训练，是对以前金工实习的改进，教师在讲授传统知识的同时，尽可能多地追踪新设备，新工艺、新方法。只有让学生及时了解新设备，掌握新工艺、新方法，才能使学生适应未来世界发展的需要。例如在讲授传统的车削工艺时，可以引入精密与超精密加工机床。让学生在掌握传统加工方法的基础上，领略现代加工的魅力，并从机床、刀具、夹具等方面了解现代材料的发展趋势，掌握现代机械加工发展的脉搏。在讲授快速成形制造技术时，引入3D打印和人工智能的新技术，并让学生基本了解现代的机械加工是一个集自动控制、计算机技术、网络信息技术的综合制造技术。让学生对机械加工有全新的认识。在最后的创新竞赛中，根据学生自己的兴趣爱好去申报不同竞赛项目，由竞赛协调员根据各零件工艺内容协调制造设备进行相应的制造实践，每完成一个工序的加工内容，由小组质量检验员检测工件的加工内容，对不合格的内容进行标记，并根据情况确定返工或者报废，对优秀作品从小组中胜出，参加大组竞赛，就這样经过层层选拔，不但极大地触发了学生的学习积极性，同时也培育出一些优秀的竞赛项目，参加省级或国家级竞赛，许多的竞赛创意都来源于学生自己的灵感，老师在此过程中仅仅是辅助指导作用。

五、结论与展望

工业4.0背景下的工程训练是对基础理论知识的综合应用与提升，通过2016年、2017年在金工实习教学中对学生开展的综合训练，已经证明，这种实践教学新体系、新模式，在促进教学内容、教学方法、教学手段和教学管理等方面均有明显提升。对学生分阶段、分层次、有重点、有针对性和系统性地进行工程素质、工程实践能力和创新能力的培养。能够有效地提高学生的综合工程素质和创新能力，学生在机械制造工程领域内的工艺规程的编制能力、制造实践动手能力、制造协调组织能力都有了很大的提高，为其后续的理论课的学习、毕业设计等环节奠定了扎实的基础，特别是在学生的自信心和精益求精的作风培养、质量意识、专业课程衔接等方面产生积极而深远的影响，强化了学生综合创新的实践基础。

◎编辑 曾彦慧