基于3D模型演示的物流装备课程教学改革

史太波，王建华，吕金辉，李 秀

（淮南师范学院 经济与管理学院，安徽 淮南 232038）

近年来，我国物流行业高速发展，制造业也逐步由中国制造向中国智造转型升级，智能物流技术与装备得到了快速发展，成为了市场新的推动力。为适应社会发展需要，高校加大了对物流人才的培养，针对物流工程等专业开设了“物流装备及其自动化”等课程，但传统教学方法培养出来的学生缺乏实践应用能力，无法满足企业对物流装备类人才的更高要求。为了有效培养学生的实践应用能力，不断满足智能物流技术快速发展对物流装备人才的需求，以3D模型演示为技术手段，通过科学规划教学体系、合理构建3D模型、及时更新教学内容等措施，积极开展3D模型演示在“物流装备及其自动化”课程教学中的应用研究具有重要意义。

1 背景分析

1.1 课程内容及教学目标

物流行业是我国近年来逐渐发展起来的新兴产业，随着计算机技术、数控、传感器、条形码、机器人等技术的迅速发展及其在物流中的应用，物流技术的发展突飞猛进，物流装备更新迭出。物流装备类人才不仅需要丰富的多学科知识体系和较强的实践应用能力，还要跟得上物流技术快速发展的节奏，国家和社会对物流装备类人才的培养提出了更高要求。

“物流装备及其自动化”是物流工程等专业开设的一门专业必修课程，主要讲述物流作业过程中常见的现代化智能物流装备与技术，对于培养物流装备类人才的实践应用能力具有重要作用，其课程内容体系见表1。

表1 《物流装备及其自动化》课程内容体系

“物流装备及其自动化”课程的教学目标是使学生掌握常见的现代化智能物流装备与技术，了解其构成及工作原理，为今后应用奠定基础。首先要让学生全面了解和认识物流装备的概念以及分类等知识内容，工作中能够合理选择物流装备。其次要让学生重点掌握典型物流装备的结构、特征和具体应用，具有一定的实际工作能力。最后要让学生不断提高现代化智能物流装备与技术知识水平，培养较高的理论素养。

从课程内容体系和培养目标可以看出，“物流装备及其自动化”是一门多学科交叉、实践性较强的课程，要求学生具有丰富的多学科知识，具有较强的实践应用能力，同时还要了解物流装备前沿技术，因此，“物流装备及其自动化”课程教学要求理论与实践必须紧密结合，充分体现国家和社会对物流装备应用型人才培养的需求。

1.2 传统教学存在问题

“物流装备及其自动化”课程在传统教学中存在以下几个问题：

一是课程教材内容不完善。物流装备类课程教材相对较少，目前市场上关于物流装备的教材大约只有50余种，且大部分教材只是泛泛地介绍物流装备的概念、种类以及结构组成等理论知识，没有物流装备选型、配置等实践内容，同时，教材内容更新也不及时，教材中的物流装备与企业物流作业中实际使用的装备不一致，不利于提高学生实际工作能力。

二是学生学习兴趣不浓厚。物流装备类课程教材中对物流装备进行图形标注的地方比较多，但物流工程类专业的学生侧重于物流专业知识的学习，对机械专业知识的学习相对较少，对物流装备图形的理解较为困难，同时大部分学生没有见过物流装备，缺少对物流装备的感性认识，学生在学习过程中普遍反映看不懂机械方面的图形，课堂教学枯燥乏味，缺乏学习兴趣。

三是课程教学方法不合理。物流装备类课程侧重于培养学生的实践应用能力，需要进行实践教学，开展实践教学的途径有两种，一种是在物流装备实验室开展相应的实践教学，另外一种是组织学生到现代化的物流企业参观学习，前者建设内容比较多、投入大，且与实际对接还存在一定差距，后者在实践中有较多困难，很难对接到现代化的大规模物流公司或场所。在传统教学中，物流装备类课程采用理论讲授、图片展示的教学模式，教学方法不合理。

“物流装备及其自动化”课程在传统教学中存在的问题影响了课程教学效果和人才培养质量，需要积极探索课程教学改革方法来激发学生的学习兴趣，不断提高学生实践应用能力和实际工作能力。

1.3 3D模型演示技术

3D模型演示即三维机械动画，是通过三维设计软件构建物流装备并利用动画演示功能模拟其形状材质、内部结构、设计原理和工作流程。3D模型演示技术具有以下特点：一是以3D显示方式展现物流装备结构组成和工作原理；二是用3D技术对物流装备产品的所有功能信息进行生动、形象、直观的模拟，便于修改，大大节省了实物样品的制造和修改成本；三是一种新的展示形式，生动的作业流程和详细的信息展示，给人留下深刻的印象；四是作为可随身携带和传递的电子资源，节省了运输成本。

在“物流装备及其自动化”课程教学中，针对需要学生重点掌握的典型物流装备，可以利用AutoCAD、SolidWorks等三维绘图软件，依据企业物流装备真实情况进行三维建模，便于学生全方位、直观地了解物流装备的构造及其工作原理，同时还可以利用三维绘图软件的动画演示功能进行运动仿真演示，能有效地帮助学生理解物流装备的作业流程。

2 具体措施

2.1 科学规划教学体系

根据“物流装备及其自动化”课程教学大纲要求，参照于英主编的《物流技术装备》、陈军主编的《物流自动化设备》、朱卫锋主编的《物流自动化技术及应用》等教材，选择性地将各教材中的特色内容融合到相关知识单元，同时充分利用互联网技术，广泛收集相关的图片资料、设备视频以及企业案例等，并将这些资料经过整理加工后嵌入到相应单元中，针对教学中的重难点以及广泛使用的物流装备，通过Solid-Works三维绘图软件设计其3D模型及作业动画，科学规划教学体系，见表2。

表2 教学体系

2.2 合理构建3D模型

针对“物流装备及其自动化”课程教学中的重难点以及广泛使用的物流装备，通过SolidWorks三维绘图软件，合理构建典型设备3D模型及作业动画，不仅能让学生直观地全方位了解物流装备的构造及其工作原理，还能有效地帮助学生理解物流装备的作业流程。

图1 链式输送机3D模型

图2 悬挂输送机3D模型

（1）构建连续输送设备3D 模型。连续输送设备是一种启动后就能够连续运行的输送机械，典型设备是链式输送机和悬挂式输送机，其中链式输送机是应用最广泛的输送机械，构建3D模型如图1所示，悬挂输送机是三维空间闭环连续输送设备，用于车间内部或者车间之间成件物品的连续输送，构建3D模型如图2所示。

（2）构建起重搬运设备3D 模型。起重搬运设备是一种能够在某区间做往复运行的间歇式运输机械，重难点内容是堆垛起重机和电梯的构成及作业流程，其中单立柱巷道堆垛起重机是现代化仓库的主要起重搬运设备，在现实中具有广泛应用，构建3D模型如图3所示，电梯是在规定楼层间输送人或货物的固定提升设备，广泛用于宾馆、饭店、办公楼、医院等场所，构建3D模型如图4所示。

（3）构建自动导引小车3D 模型。自动导引小车是现代物流企业中的重要设备，主要在柔性加工装配系统、自动化立体仓库以及其他行业中进行搬运作业，其中电磁导引AGV应用最为广泛，构建3D模型如图5所示。

（4）构建自动分拣设备3D 模型。自动分拣设备如图7所示。

图3 单立柱巷道堆垛机3D模型

图4 电梯3D模型

图5 电磁导引AGV 3D模型

图6 自动分类输送机3D模型

图7 自动化立体仓库3D模型

图8 关节型机器人3D模型

（6）构建工业机器人3D 模型。工业机器人主要指用来从事搬运作业并具有可再编程特点的多功能机械手，其中关节型机器人在企业生产中运用最为广泛，学生理解也较为困难，构建3D模型如图8所示。

2.3 及时更新教学内容

是一种靠自动化装置执行相关指令完成货物从进入分拣装置到送达指定位置的机械装备，其中自动分类输送机的作业流程较难理解，构建3D模型如图6所示。

（5）构建自动化仓储设备3D 模型。自动化立体仓库是一种非常重要的自动化仓储设备，它利用计算机系统、自动控制堆垛机以及运输车对高层立体货架储存的物资进行存取作业的控制管理，构建3D模型

3D模型演示作为“物流装备及其自动化”课程教学改革的一种新方法，在教学设计时难免存在不完善的地方，再加上物流技术发展较快，物流装备不断推陈出新，教师要及时完善和更新教学内容。要多和相关教师以及学生交流沟通，及时发现教学中存在的问题，并逐步完善；要多到大型的物流公司、物流作业现场去了解学习，把新的物流装备和技术及时扩充到教学中来；要利用参观展会以及参加学术会议等途径了解物流装备前沿知识；要根据毕业生在物流企业实习和工作中给予的反馈来检验教学效果。

3 应用效果

3D模型演示在“物流装备及其自动化”课程教学中的具有良好的应用效果，具体体现在以下三个方面：

一是激发了学生学习兴趣。3D模型演示是利用3D模型的表现手法，将抽象的知识形象化，直观地展示了物流装备作业流程，不仅激发了学生浓厚的学习兴趣，还能有效帮助学生对重难点知识的理解，对提高课堂教学效果、培养学生实践应用能力和实际工作能力大有裨益。

二是减少了教学成本投入。物流装备实践教学涉及大量的设施设备，物流装备实验室建设内容较多，成本投入较大，且不可能面面俱到，到物流公司或场所参观实习，实习费用较高，参观的物流设备也不齐全，而采用3D模型演示技术，在教室就可以实现直观教学目的，大大减少了教学成本投入。

三是保障了学生人身安全。3D模型演示可以在校内课堂进行，不必到物流公司或物流作业现场实地参观，避免了学生在交通和参观实习场所出现的安全事故，同时也减轻了外出带队教师以及企业面临的安全压力。

4 结语

“物流装备及其自动化”是一门多学科交叉、实践性较强的课程，传统教学存在课程教材内容不完善、学生学习兴趣不浓厚、课程教学方法不合理等问题，影响了课堂教学效果和学生培养质量。积极开展3D模型演示在“物流装备及其自动化”课程教学中的应用研究，以3D模型演示为技术手段，通过科学规划教学体系、合理构建3D 模型、及时更新教学内容等措施，实现了激发学生学习兴趣、减少教学成本投入、保障学生人身安全的目的，有效培养了学生的实践应用能力和实际工作能力。