智能制造CAD数字化课程框架建设

赵建平，王 力，杨 敏，马竹樵，费叶琦

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210023）

0 引言

随着人工智能技术的不断发展，制造业已向智能制造转型升级，从《中国制造2025》《制造业人才发展规划指南》文件看出，集专业知识及业务、管理、信息化于一体的复合性技术技能人才供不应求[1-3]。2019年4月至2021年3月，人力资源社会保障部联合市场监管总局、国家统计局先后向社会共发布了56个新职业中，智能制造工程技术人员、大数据工程技术人员以及区块链工程技术人员国家职业技术技能标准的颁布，说明了新工业革命背景下亟须加快智能制造装备发展，加强关键共性技术创新，建设智能制造标准体系，构筑工业互联网基础，推动重点领域智能转型，打造智能制造人才队伍。通过人机智能交互、智能制造、工业机器人及智能物流管理等技术，促进生产过程的智能化、信息化、自动化与智能化发展[4-5]。

目前，国家对智能制造工程的本质、涵义及发展方向已作了明确的阐述，各高校、研究所及社会企业围绕上述内容展开了大量的研究，取得了显著成果，但在智能制造技术框架搭建、课程体系以及数字化课程方面还处在初步研究阶段[2，6]。因此，围绕智能制造人才社会需求，结合学校智能制造工程专业人才培养定位，搭建基于数字化设计与制造的CAD数字化课程群，不断完善智能制造工程专业人才培养方案，为智能制造工程技术人员奠定专业知识基础。

1 智能制造技术框架构建

智能制造需要将各种技术综合运用起来，涉及信息传输与物理生产等多个生产领域，包括研发、制造、服务、管理等，因此从智能制造共性技术出发，建立智能制造技术框架图，如图1所示。

图1 智能制造技术框架

创新研发面向智能产品，设计方法引用了模块化设计、轻量化设计、绿色设计、系统工程等现代设计方法，设计技术包含了CAD/CAM/CAE、三维数字化设计、数字化协同设计及仿真、逆向工程等内容。智能设计是提高创新研发核心竞争力，是智能制造工程的重要组成部分。

卓越制造面向制造顶端，是智能制造工程前沿主流制造技术的集合，是将研发、工艺、生产的横向集成和企业、车间、设计的纵向集成，包含了增材制造技术、工业机器人、数控加工及先进装备装配技术等。引用了模块化工艺、定制化大批量生产、并行工程等先进制造方法，采用了数字化、虚拟化、物联网等技术，构建工艺规划、工厂规划等集成管控环境，实现高效快速生产，并降低运营成本。智能制造技术是智能制造工程的直接推动者与智能技术的体现。

敏捷服务面向智能产品运营，引用信息物理系统、传感器与检测、智能物流技术，采用数字化、物联网、大数据等技术，构建敏捷服务规划及运营环境，形成规划、运营、优化的互联闭环服务体系。智能信息是车间物流与现场生产信息的承载者与推送者。

智慧管理面向企业战略运营及管理层，主要包括全生命周期管理、PDM/ERP/MRP/MES系统，采用数字化、大数据等技术，构建企业大数据互联及分析中心，以此为基础，支持战略运营管理及技术管理，提高企业管理的精细化、智能化水平。制造管理技术是企业组织生产、调度生产资源的重要依据和工具[4]。

智能制造是机械工程自动化、生产管理及物流技术、计算机科学及信息通信技术等多技术交叉融合形成的技术体系，这对智能制造新型复合人才的培养提出了具体的培养目标及方向。

2 智能制造技术课程体系建设

根据智能制造技术框架，结合当今社会企业发展需求，确定智能制造工程培养目标：培养具有宽厚的数学、自然科学基础理论，具有较强的社会责任感、端正的职业道德、良好的人文素养，掌握机械、智能控制、信息等多学科交叉融合专业知识，具备智能制造系统设计与应用、管理和创新能力，以及获取信息、分析解决工程技术问题的能力，在智能制造工程领域从事智能产品和装备设计，生产线的研发，智能系统运行管理，智能装备装调、制造、运营维护和技术服务管理的高素质应用型工程技术人才。

基于人才培养目标，智能制造需要工程人员具备多个制造领域的先进知识与维护运营智能制造系统的综合管理能力。结合应用型本科院校的特点，从智能设计、智能制造、智能信息及智能管理4个方面的技术要素，提出智能制造应用型本科课程内容[7]。

智能设计培养目标：能够具备一定的设计能力，包括设计软件的使用与主流设计方法的了解与运用；同时能采用科学方法对智能工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。主干课程：工程图形学、机械制图、工程力学、数字化设计、机械设计、现代设计方法、机械结构创新设计、数字化仿真、有限元分析方法与应用及逆向工程。

智能制造培养目标：能够掌握高端工艺装备的基本原理与操作方法。能够综合考虑材料成本、机械加工可行性和实际应用场合，提质增效，提高运营及生产效率。主干课程：机械工程材料、智能制造技术、智能检测与传感技术、工业机器人技术与应用、智能机电传动控制、数字化制造（数控加工等）。

智能信息培养目标：能够掌握生产车间或生产区域内的物料物流信息的传递、表达与监控等信息技术，以便快速响应客户需求。主干课程：通信原理、人工智能、机器视觉、物联网技术与应用、智能检测与传感技术。

智能管理培养目标：能够掌握企业管理、生产计划调度、物资需求计划、产品及生产数据的存储与查询等方面的知识与技术能。从工业大数据中对运营过程进行分析，帮助管理者从已知现象分析问题本质，发现未来可能出现结果，从而实现从已知推断未知的智慧决策。主干课程：质量与可靠性工程、大数据系统分析、智能制造生产管理（ERP/MRP/PDM/MES系统）。

技能实践是对理论习的进一步巩固，在理论课的基础上配套一些课内实习或集中实践加强对智能制造的认知及动手能力。若干实践课程：机器视觉技术及应用、智能机器人控制及应用、智能控制课程设计、数字信号处理、数字化制造与仿真、3D打印技术、系统建模仿真（车间采购、下料计划、规划生产等）。

3 智能制造CAD数字化课程建设

在课程设置的同时，为提高课程的数字化程度，在课程里融入了相应的CAD设计软件及仿真分析软件，如图2所示。

图2 CAD数字化课程

从CAD数字化课程可以看出，智能设计课程的数字化课程较多，且大部分基于CAXA软件平台。CAXA 3D实体设计是集创新设计、工程设计、协同设计于一体的新一代3D CAD平台解决方案。具有完全自主知识产权，易学易用，稳定高效，性能优越。它提供三维数字化方案设计、详细设计、分析验证、专业工程图等完整功能，可以满足产品开发和定义流程中各个方面的需求。

4 结语

在制造业向智能制造方向转型发展的历史条件下，使智能制造工程呈现多学科交叉和融合，在设计、制造、信息及管理各方面都提出了更高的要求。通过分析智能制造需要的各种技术，建立了智能制造技术框架。根据该框架和当今社会企业的需求，确定了智能制造工程培养目标以及智能制造应用型人才需掌握的基础技术，并构建了课程体系。在课程设置同时融入了相应的CAD数字化设计软件，形成了相应的课程群，在一定程度上提高了学生应用和创新能力，为智能制造工程专业人才培养，更好地适应现代化社会需求打下了坚实的专业基础。