邢曉紅 郭明森 竇小麗 傅寶根 殷英

摘 要：依據(jù)機械制造技術課程教學改革要求，對教學內(nèi)容、教學方法、教學設計等進行了優(yōu)化和重構。針對課程現(xiàn)狀存在的問題，對教學內(nèi)容進行重新設計；融合線上線下混合式教學模式；改進課程考核方案等。教學效果表明，該項教學改革提高了學生的面向先進制造的實踐能力，提升了師資的教學水平。

關鍵詞：先進制造 加工工藝 教學改革

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。繼德國2013年提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略后，我國于2015年推出《中國制造2025》，強調(diào)信息技術與先進制造技術深度融合，將為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來深刻變革[1-2]。同時包括南京在內(nèi)的蘇南5個城市成為中國制造2025試點示范城市。2021年十三屆全國人大四次會議通過了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，《綱要》第八章明確指出：要深入實施制造強國戰(zhàn)略。堅持自主可控、安全高效，推進產(chǎn)業(yè)基礎高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化，保持制造業(yè)比重基本穩(wěn)定，增強制造業(yè)競爭優(yōu)勢，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。新知識、新概念的不斷涌現(xiàn)和新產(chǎn)品、新工藝的迅速更新加速了市場的變化，企業(yè)面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。企業(yè)不僅需要有對市場變化的快速反應能力，還需要通過技術創(chuàng)新和產(chǎn)品更新來不斷開拓市場、引導市場能力。作為應用型工科院校培養(yǎng)先進制造技術的技能型人才責無旁貸。

1 課程現(xiàn)狀

我?！稒C械制造技術》課程為機械工程專業(yè)必修課，在第六學期進行，要求學生掌握機床結構、刀具、夾具及機械加工工藝過程等，是一門包括《工程制圖》、《工程材料學》、《互換性與技術測量》等多門學科交叉的綜合性課程；《機械制造技術課程設計》為實踐類課程，2學分，共2周，停課進行，根據(jù)給定的零件圖，制定工藝路線、制定工序卡片、繪制某道工序的夾具裝配圖及零件圖、撰寫設計說明書等。這也是學生在走上工作崗位前，進行生產(chǎn)實踐的一次歷練。生產(chǎn)企業(yè)為了適應市場單件、小批量生產(chǎn)，大多采用更高效、柔性的先進制造技術。而國內(nèi)、國外各大高校在機械制造教學中仍然以普通機床加工的工藝為主，主要存在以下問題：

（1）加工工藝設計方法陳舊。目前機械制造技術課程的實踐課程部分-機械加工工藝設計，著重強調(diào)零件的實際加工過程，先給出某一零件的零件圖，分析其工藝路線、劃分加工階段、繪制工藝卡片、夾具裝配圖、夾具零件圖等，還在采用手工繪圖，未能采用先進的CAD/CAM/CAPP技術，也未給出零件的設計要求與工藝過程的聯(lián)系。例如零件的尺寸精度、幾何公差、表面粗糙度等要求與加工基準的選擇、加工順序等之間的關系等；同樣的毛坯在不同精度的機床、相同的零件精度要求下，加工效果有何不同[3-6]。所選擇的加工機床為普通機床，而實際制造企業(yè)已大多采用數(shù)控機床，掌握數(shù)控機床的機械加工工藝過程也尤為關鍵?，F(xiàn)代制造業(yè)從產(chǎn)品的設計到最后完工，每一步都要靠制造技術和加工工藝完成，只有最先進的加工工藝和制造技術，才能使生產(chǎn)出來的機械產(chǎn)品有市場競爭力。

（2）課程體系不完善。原有實踐課程中以機械制造課程為主，與機床數(shù)控技術、計算機技術、信息技術等關聯(lián)較少，沒有形成面向先進制造技術的完整課程體系。在教學中引入先進制造技術，將機械、電子、能源、材料、信息等技術成果，實現(xiàn)多學科交叉和跨界融合，知識體系更加系統(tǒng)化，綜合應用于產(chǎn)品設計、工藝設計、制造、檢驗、管理等生產(chǎn)周期的過程，以實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔”的生產(chǎn)技術模式，取得理想的經(jīng)濟效果。此創(chuàng)新教學方法是基于制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，按照先進制造企業(yè)思維，理解零件的技術要求決定零件的加工工藝，讓同學們感受到實際企業(yè)工作中的思維過程，鍛煉學生團結協(xié)作、自學進取，精益求精的學習態(tài)度和工作品格[7]。

（3）課程考核方法不合理。課程考查中，以學生對專業(yè)課知識的掌握情況為主，忽視了對先進裝備、企業(yè)生產(chǎn)方式的掌握。先進制造技術更加注重制造技術與管理方法的結合，運用先進制造模式或管理技術來提升制造系統(tǒng)的績效水平。通過流程再造提升效率，減少浪費；采用先進的協(xié)同生產(chǎn)計劃方法來提升對隨機動態(tài)的市場需求的相應能力。

2 研究思路和方法

2.1 教學內(nèi)容的設計

對教學內(nèi)容重新進行系統(tǒng)設計，包括理論教學、實踐教學、線上教學和考試考核四部分，如圖1所示，強調(diào)學科交叉和跨界融合。在理論教學環(huán)節(jié)，增加車、銑、鉆、鏜、磨等不同類型的普通機床及數(shù)控機床的結構、工藝及傳動的教學學時，尤其是機床與夾具、刀具、工件間的位置關系，解決原有機械制造課程的重理論輕應用的問題。在實踐教學環(huán)節(jié)，通過工程訓練、實驗室參觀等實地學習，發(fā)布任務書及實施方案，采用CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM軟件，將機械、電子、能源、材料、信息等技術成果，應用于產(chǎn)品設計、工藝設計、制造、檢驗、管理、服務等全生命周期，進行工藝路線的制定、工序卡片的繪制及裝配圖、零件圖的設計等，知識體系更加系統(tǒng)化。在線上教學環(huán)節(jié)，建立了《機械制造技術》、《工程訓練》、《機床數(shù)控技術》等線上資源，如圖2所示。電子資源和教學課件可以反復觀看，配合動畫更直觀，通過練習及習題，了解學生對知識點的掌握情況。在課程考核環(huán)節(jié)，注重理論聯(lián)系實踐，分為理論教學考核部分和實踐教學考核部分；對先進裝備、企業(yè)生產(chǎn)方式的掌握。先進制造技術更加注重制造技術與管理方法的結合，運用先進制造模式或管理技術來提升制造系統(tǒng)的績效水平。通過流程再造提升效率，減少浪費；采用先進的協(xié)同生產(chǎn)計劃方法來提升對隨機動態(tài)的市場需求的相應能力。

重新設計的教學內(nèi)容將機械制造技術、工程訓練、機床數(shù)控技術等理論及實踐課程內(nèi)容交叉進行，課程結束后學生可熟練掌握機械加工工藝過程，至少掌握2種軟件并熟練操作，畢業(yè)后可直接勝任機械加工工藝方面的工作。

2.2 教學方法的創(chuàng)新

改革后的教學內(nèi)容在于能適應機械工業(yè)發(fā)展的需求，用科技創(chuàng)新帶動先進制造技術，用先進制造企業(yè)的思維模式指導學生動手操作。根據(jù)不同的機械加工工藝方案， 采用智能裝備-3D打印機將零件加工出來，通過對精度、粗糙度的測量進行比較，得出最優(yōu)的機械加工工藝方法。培養(yǎng)學生的機械行業(yè)相關的思維能力，為畢業(yè)后工作打下堅實的基礎。

新教學方法通過對同一個零件設置不同的材料、精度等技術要求，讓學生思考分別采用怎樣的加工工藝。同一個零件，分別放在普通機床和數(shù)控機床上加工，工藝路線有何變化？使學生認識到細微的差別產(chǎn)生巨大的工藝路線變化，開拓思維，認識到“精雕細琢方為器”，成為具有創(chuàng)新、精益求精的“大國工匠”，為社會主義發(fā)展做貢獻。

新教學方法采用線上線下結合的方式，線上以學生自主學習，通過各種平臺了解先進制造系統(tǒng)的關鍵技術，包括成組技術、敏捷制造、并行工程、快速成形技術、虛擬制造技術、智能制造技術。掌握機械加工的一般流程，如何確定工藝路線，如何制定工藝路線等，并將先進制造技術用于工藝設計中。教師以線下指導為主，將容易出錯的問題進行分析講解，并讓學生提出改正方案，使得理論在工程訓練實踐操作中“學以致用”。也可利用下廠實習等實踐課程，通過學生去先進制造企業(yè)的參觀學習等加深課程理解。

3 案例實施

以常見的連桿零件為例，材料為45鋼，模鍛件，生產(chǎn)批量為500件，如圖3所示。通過對連桿零件分析，制定其工藝路線，繪制工序卡片。

本實施案例旨在培養(yǎng)學生獨立解決機械加工工藝問題的能力，使學生熟悉和能夠運用標準、國標等技術資料，指導學生分析零件加工的技術要求和企業(yè)具備的工藝條件，掌握從事工藝設計的方法和步驟。提出“精雕細琢方為器”的思政要點，培養(yǎng)學生創(chuàng)新、精益求精的“大國工匠”精神。

具體實施中，由教師采用講授式、啟發(fā)式、自主探究式教學方法，先提出本次課程要完成的任務，讓學生主動思考如何完成本任務。接下來通過案例式教學，對連桿零件進行精度與批量分析、確定定位方案、確定夾緊方案、繪制工序簡圖等，在問題中一步步得到答案，完成工藝卡片的設計，如圖4所示。學生邊學邊思考邊擴充，課程效果良好。

通過案例式教學，學生感興趣、接受程度高；通過對定位的講解，糾正工藝卡片設計中容易犯的錯誤；繪制工藝卡片的4點注意，嚴格按照國標進行，使學生在技術上做到“精雕細琢”。

4 總結

構建“面向先進制造”的機械加工工藝教學方法，教學中采用CAD/CAM軟件，增加數(shù)控機床的機械加工工藝；強調(diào)“學科交叉”和“跨界融合”，將機械、電子、能源、材料、信息等技術成果，應用于產(chǎn)品設計、工藝設計、制造、檢驗、管理、服務等全生命周期，知識體系更加系統(tǒng)化；采用“線上線下”結合的多元化教學方式，搭建線上教學平臺供學生自主學習，線下教師指導為主，線上線下結合使學生在工程實踐操作中做到“學以致用”。

基金項目：全國金工與工訓青年教師教學方法創(chuàng)新研究項目，項目名稱：面向先進制造的機械加工工藝教學改革研究，項目編號：2022JJGX-WKJY-23。

參考文獻：

[1]余和軍.從德國工業(yè)4.0看科技智庫重要作用[N].中國科學報，2020（3）.

[2]孫燕妮，白曉軍.《中國制造2025》：中國特色的強國戰(zhàn)略[J].智能制造，2020（10）：43–45.

[3]彭宏.階梯軸的車削振紋分析[J].設備管理與維修，2022（1）：151-152.

[4]吳清雨，姚素嫻，楊洪平，等. 某型定子軸加工工藝研究[J].航空精密制造技術，2021，57（6）：50-53.

[5]宋惠珍.農(nóng)業(yè)機械中基軸制孔系零件數(shù)控加工與應用研究[J].南方農(nóng)機，2021，52（21）：42-43.

[6] 賈云飛，張顯程.用知識串聯(lián)方法提升機械制造基礎課程教學質(zhì)量[J].化工高等教育，2022，39（1）：143-147.

[7]張國梁，黃秋嫻，邢義虎.“數(shù)控編程與加工”課程教學改革探索與實踐.實驗技術與管理，2021（12）：192-196．