基于智能制造和产教融合的模具课程教学探索

谢延敏 刘 程李 伟何朝明杨 汉

（1.西南交通大学机械工程学院 四川·成都 610031；2.四川成飞集成科技股份有限公司 四川·成都 610091）

0 前言

国家正在实施创新驱动发展、智能制造和互联网+等重大战略等，迫切需要培养大批新时代人才。智能制造时代要求中国高等教育为其提供创新型与智慧型人才。冯翠云[1]提出基于“虚拟仿真技术”的机械设计基础课程实践改革。吴国兴等[2]阐述了智能制造背景下应用型本科机械类专业人才培养模式改革。方秀梅[3]介绍智能制造未来型人才能力培养探索方向。胡昌军等[4]剖析了智能制造系统对创新型人才提出的新要求。付红等[5]提出有利于智能制造时代中国高等教育创新人才培养模式的建议。

案例教学法是指教师根据教学目标，通过精心挑选并解读典型案例的方式来带动知识点，指导学生在学习过程中对呈现的案例展开分析、讨论和研究，从而培养学生思维能力，调动学生积极性与参与性，实现教学相长的一种新型教学方法。陈伟莲[6]将案例分析法应用到公共关系课程中，起到了一定的效果。沈丽娟等[7]将案例分析法应用到“选矿生产实践案例分析”研讨型课程中，发挥学生在课内外两个课堂中接受学习与自主学习、主动学习和互动学习在教学中的联动作用。刘寒冰[8]结合案例教学法的特点，对基于案例的“软件需求工程”课程教学模式进行了研究，并通过教学实践证明了该教学模式的可行性。黄小梅等[9]将案例分析法应用到“病理学”课程中，提高教学质量。葛云等[10]将研讨型案例教学模式应用到机械制造方向专业课中，取得了较好的效果。柯文场等[11]将“任务驱动”“产教融合”理念引入到综合实训教学中，最大限度将实训教学与企业生产实际相结合，让学生在完成任务的过程中掌握技能。周军超等[12]针对产教融合背景下的车辆工程汽车设计教学的实际情况，以价值成果和创新能力为导向，对汽车设计的教学进行探索与实践，丰富和发展汽车设计的教学内容以及教学方法，完善汽车设计课程教学体系以及实践体系。

“冲压工艺与模具设计”课程是一门理论性很强的课程，教学过程中理论方法与实践脱节的矛盾突出。因此，有必要对该课程传统授课方式和实践环节进行改革，利用成飞集成公司联合项目和西南交大机械学院现代制造技术实验中心试验条件，拟采用基于案例和企业项目的产教融合培养模式，借助数字化仿真技术和人工智能技术，以项目式学习和研究性学习形式，培养复合型人才，适应智能制造新时代的发展。

1 研究方法

基于案例和企业项目的“冲压工艺与模具设计”产教融合教学实践探索，包括理论教学和实践教学两个方面。针对该课程中的典型成形工艺，如弯曲、拉深和胀形等，利用模具设计理论知识对其进行工艺分析，设计相关的模具，并利用专业的仿真软件，对相应的成形和工艺进行数字化仿真。分析不同的模具结构，如正装和倒装，根据不同的工艺设计不同的模具，如单工序模具，复合模具以及级进模具等，分析工艺对质量的影响。对企业中的高强钢和镁铝合金温热成形等模具制造相关问题进行创新性分析。利用相关的人工智能技术，对相关的工艺进行优化设计，实现案例的理论教学。实践教学，包括利用机械学院现代制造技术实验中心进行实验室教学和利用成飞集成的项目进行实践教学，对典型案例进行验证分析。通过基于案例和企业项目的产教融合教学模式，实现项目式学习和研究性学习，让课程内容与一流制造企业相关，以提高智能制造时代背景下复合型人才的素质。

2 产教融合的理论教学

利用分步递进的案例分析方法，系统讲授该课程的冲压知识，针对各个章节安排典型案例分析。如冲裁工艺与模具设计，弯曲工艺与模具设计，拉深工艺与模具设计，胀形工艺与模具设计，其他成形工艺与模具设计。分析不同的模具结构，如复合模具和级进模具等对成形质量的影响。利用相关的专业软件，对相应的模具及成形工艺进行数字化仿真，并利用人工智能技术对相关工艺进行优化，实现课程理论的教学。同时结合一流企业制造生产情况和项目技术，增加相关的理论教学。关于铝合金热成形理论，重点介绍热力耦合有限元理论知识，重构铝合金在加热状态下的本构模型。关于镁合金的差温成形，重点介绍如何通过工艺手段调整材料的流动情况，以及相关的压边圈和拉延筋的设计等。

3 产教融合的实践教学

3.1 学校内的实践教学

利用机械学院现代制造技术实验中心实验设备，对“冲压工艺与模具设计”中相关成形工艺及其模具进行校内实践教学。根据不同工艺的模具，以及不同形式结构的模具，对典型案例进行实验及讨论。让学生自己动手，进行实验，了解模具的结构设计对成形的影响，以及不同工艺的模具对冲压成形的影响。利用实验数据对相关的模具成形数字化仿真，进行验证分析，达到研究性学习的目的。

典型案例：U弯曲变形。

对弯曲变形进行分析，计算相关的工艺参数，进行弯曲模具的设计，以及减少弯曲模具中成形件的回弹措施。U弯曲的模具如图1所示，弯曲试验成形件如图2所示。利用实验数据对有限元软件DYNAFORM数值仿真结果进行验证。

图1：U形件模具

图2：U形成形件

3.2 企业中的实践教学

基于与成飞集成有限公司的联合项目，对相关的模具成形工艺和模具设计，进行校外实践教学。进行高强钢和铝合金等温热成形工艺校外实践教学，验证相关的热力耦合分析结果。通过项目载体进行项目式学习，课程目标清楚，产教融合，课堂接近企业，内容新颖，提升了教学的实效性。

4 产教融合中的关键问题

4.1 相关企业和项目的选择

根据智能制造背景下复合型人才的要求，考虑到冲压模具专业的特殊性，要选择一流的模具企业以及相应的新项目，才能对冲压理论知识进行实践教学。

4.2 数字化仿真软件的选择

数字化仿真是智能制造中很重要的一个环节。为了提升专业教学的实效性、时效性和连续性，高校内的数字化软件要和企业中使用的数字化软件尽量一致。

4.3 研讨型案例的选择

考虑到企业的实际生产和学生的层次，要选择合适的案例进行分析和实验，遵循循序渐进的模式。根据科研项目和生产实际，拟选用高强钢和镁铝合金等温热模具成形案例进行分析，分析不同的温热成形工艺，并利用人工智能技术进行工艺的优化，保证案例内容的实践性和创新性。

5 结论

（1）对“冲压工艺与模具设计”进行了产教融合实践教学，将课堂搬入一流企业，在企业中进行实践教学，实现了“理实一体、教学合一”。增强了课程教学的直观性，实现了教学环境与职业环境、教学过程与工作过程的对接，提升了专业教学的时效性与实效性。

（2）基于一流企业项目和案例，将企业的科研项目引入到实践教学过程中，通过项目载体进行项目式和研究性学习，课程目标清楚，内容创新，方式新颖，强化了智能制造背景下复合型人才能力的培养。