新工科背景下工程训练中心建设与实践

卢小海，梅秋燕，罗瑞

（武昌首义学院，湖北武汉 430064）

教育部在2017年提出了新工科建设构想，随后“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等陆续被提出，新工科建设雏形初现[1]，社会对人才的工程素养和专业技术能力提出了更高要求。由此，改革传统的工程训练，建设符合新工科专业发展的智能制造工程训练中心，是推动学生工程技术综合能力提高的重要举措[2]。

工程训练中心是大学素质教育与技能教育实践的综合性平台，随着科技和工业技术的发展、社会需求的新变化等，原有的“工程训练”课程已无法满足新时代的人才培养要求[3]。因此， 需要搭建起面向新时代、新工科、新教学的以数字化、网络化为特色的工程训练教育航线，改革现有工程训练，补充以“智能制造”为核心的工程训练课程[4-5]，构建由现代工业系统认知、专业技能训练、跨学科综合训练和创新实践组成的工程训练能力培养体系；
打造集教育教学、社会服务、“双创”建设为一体的开放性、创新型、现代化的智能制造工程训练中心，培养和提高学生工程素养、实践能力和创新精神[6-7]。

2.1 以智能制造为核心，开展多层次工程实训教学

智能制造工程训练中心在原有的车、铣、钻、刨、焊接、数控车铣、铸造等传统工程训练的基础上，结合虚拟仿真、AM、先进数控加工等前沿技术，运用理实一体化的教学手段，使学生建立智能制造的基本概念[8]，认知智能制造的基本构成与生产流程，掌握制造生产新模式和智能加工产品（个性化定制）智能制造的生产过程，培养学生质量、安全、效益、环境等系统的工程意识[9]。

目前武昌首义学院智能制造工程训练中心的工程实训教学已面向全校学生开展，因不同专业学生的学科基础学况差异，制定了三个层次的工程实训教学课程规划（如图1所示），实现了智能制造工程训练的普适化教育。

图1 多层次工程训练课程规划

2.2 规划建设工程训练资源，开展校企合作、产教融合

中心的实践教学主要由两大实训模块组成（如图2所示），传统的工程训练包括车、铣、磨、钳、数控车铣、线切割等冷加工工种和铸造、焊接等热加工工种，配有龙门铣、车床、铣床、磨床、加工中心、电焊机等设备。在智能制造工程训练中心建设过程中，根据新工科专业人才培养方案的需要，配备了智能高速五轴加工中心、全景三维扫描仪、机器人焊接工作站、智能制造生产线、理实一体化平台、机器人工作站、3D打印机等先进设备。同时，深度开展校企合作，成立了校企合作、产教融合教育学院，利用企业优质工程经验和资源，将智能制造行业的先进技术以工程项目案例的形式转化为工程训练教学，使工程实训教学紧跟智能制造行业发展步伐，持续优化，协同发展[10]。

图2 智能制造工程训练中心实践结构组成

2.3 建设教学团队

良好的工程训练环境离不开优秀的教学团队，中心积极引进社会行业中具有丰富工程实践经验的技术人才，凭借行业人员的专业特长，推动从工程项目案例到工程实训教学项目的转化[11-12]。近年来，陆续引进多名具有中、高级职称的专业技术人才，优化了教学团队结构。从企业引进的教师从事过产品设计、项目管理、技术改造、设备维护等产品全周期的实践工作；
高校专职教师拥有多年教育教学经验，擅长学科技术的教学设计和教学管理。两者融合，形成理论与实践结合的教学团队，有力推动传统工程实训项目到智能制造工程训练的转化（如图3所示）。

图3 推动传统工程实训项目到智能制造工程训练的转化

2.4 优化实践教学模块

传统的工程训练主要开展砂型铸造，车、铣、焊、磨、刨等加工工艺和数控车、铣、加工中心快速成型等训练项目。智能制造实训模块是按照“现代化设备+精细化生产+信息化管理+高效率安全”的构建理念，汇集高速多轴数控加工中心、工业机器人、数据信息采集管控等先进设备，结合数字化设计、智能化控制、高效加工、RFID数字信息等技术的综合运用，开展工业互联网、工业大数据、智能建造、智能制造生产线技术、3D打印快速成型等面向行业未来发展的工程实训项目[13]。

2.4.1 智能制造产线及理实一体化实训单元

智能制造生产线是以工业机器人本体为运载核心，将加工、检测、采集、管控等设备集成为一体的智能硬件系统，直接模拟生产现场硬件环境，搭载高速多轴加工技术、工业物联网技术等软件。理实一体化是集成数字化产品设计和工艺规划、加工过程监控、虚拟自动化等功能的虚拟仿真应用实训平台（如图4所示）。

图4 智能制造产线及理实一体化实训课程

2.4.2 高速五轴数控加工及仿真实训单元

智能高速五轴加工实训开设有高速高精加工、多轴设备维护与维修等实训项目，利用云数控服务平台，让学生掌握数据采集、状态监控、效率分析、程序管理等功能的使用。并搭配虚拟仿真系统，开展产品设计、工艺分析、加工编程及仿真等实训内容，通过虚实结合的教学方式，让学生熟悉数字化产品设计与现代化生产制造流程，助力五轴数控技术方向应用型人才的培养。

2.4.3 工业机器人实操及装调实训单元

工业机器人实操及装调实训单元包括工业机器人基础工作站、焊接工作站、工业机器人装调平台三个模块。基础教学工作站由工业机器人本体、搬运码垛、曲面轨迹、检测输送等典型应用组件组成，开展工业机器人编程环境配置、动作编程、通信及信号处理、码垛等项目的实训。焊接工作站主要与《工业机器人弧焊技术应用》等课程相对应，通过弧焊机器人系统以及焊接外围设备，对目标材料进行焊接；
分析弧焊缺陷，了解弧焊典型应用，使学生掌握弧焊机器人的基本操作、焊接参数调整以及变位机协同等应用技能。工业机器人装调平台包含机械装配与电气装调两部分，包含PLC、继电器控制系统、伺服系统等组件，以机械装配及电气装调、故障排除及维修维护为重点，通过学习工业机器人机械结构和电气系统控制原理，掌握机器人机械及电气装配工艺、机电联调、故障排查等技能；
让学生从基础结构和原理的层面掌握机器人核心部件的装调维护方法[14]。

适应社会行业发展变化的“人才供需”是应用型人才培养的出发点，在新工科背景下，实践教学环境建设需积极应用前沿技术，在注重人才培养的技术价值、权重变化、多样性结构的前提下，改革教学体系与内容，引入企业优质资源，优化工程训练中心师资团队，搭建基础扎实、学科交融、实践重心、特色鲜明的工程实训教学体系，建设以智能制造技术为核心的工程训练中心。同时，按照OBE的教学理念，以学生为中心，以产出为导向，培养高素质工程应用型人才，提高当代大学生工程素养和工程实践能力。