制造系统技术教育范文

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同济大学职业技术教育学院从1997年起承担了中德两国政府签署的职教师资培养的合作项目，项目合作期限共八年，分三个阶段执行。现设有机械工程及其自动化、电子与信息工程、土木工程、工商管理四个职教师资本科专业，生源主要是职校和大专的优秀应届毕业生。学院同时还是上海市和全国中、高等职业教育师资重点培训基地以及中德职业教育师资培训中心。

根据中德合作项目要求，学院按中德双方共同开发、制定的培养模式、教学计划与大纲，培养集专业知识和技能及师范教学能力于一身的复合型职业教育高级人才。在职教师资培养过程中，学院借鉴和引进德国职教师资培养的教育思想与教学方法，特别注重对学生专业技能的培养与训练，大力加强专业实验室的建设。

一、现代化教学设备的引进

传统的工程学科教学中，通常做法是各门课程单独传授，学生很少有机会了解各种技术在实际工程中是如何被综合性应用的。学生在学习专业课程时，每门课程虽然都有相应的实验，但这些实验都是各自独立进行的。在很多情况下，实验中所使用的设备和器件很多都是实验室专用的，与工业生产中所使用的实际设备和器件有着较大的差异。自动化技术是一门融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。与其他工程领域相比，在自动化生产中所使用的生产设备都是资金密集型的。因此，一方面，一般教学或培训单位是没有经济实力专门为教学购置真实的、昂贵的自动化生产系统的；另一方面，拥有自动化生产系统的企业，因经济原因而不愿将其作为实训设备给学生使用。这样，学校在传授自动化技术时，只能用模型或采用计算机仿真作为一种弥补的手段，但采用模型或计算机仿真的手段，学生无法学到真实生产系统所需的知识。从某种意义上说，这样培养出来的学生是“半成品”，学生走上工作岗位后，面对实际的工业生产设备、器件仍然感到陌生，需要经过较长的工作岗位适应期。

同济大学职教学院在职教师资培养过程中，充分地认识到了上述问题。为使机械工程及其自动化专业方向的职教师范生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上教学岗位后应用这种新的教学理念打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，正在筹建一个开放式自动化综合实验室。在这个综合实验室中，将开发一套完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统，由同济大学和德国技术合作公司(GTZ)共同投资。实验室的开放性主要体现在两个方面：一是系统组成具有开放性，系统中不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展；二是实验室资源具有开放性，实验室可面向校内外各种层次的学生或培训学员，做到资源共享，扩大受益面，使得高投资的设备取得尽可能大的社会效益。

二、模块化柔性制造系统的配置

建成后的模块化柔性制造系统，应该能够完成不同形状和结构尺寸零件的加工。现计划在该系统中加工制造东方明珠电视塔模型、国际象棋等，从毛坯进来直到成品制成的所有工序都要在该系统中完成。为了达到这些工艺要求，系统集成了下列主要功能模块：

(一)切削加工工位

该工位由一台数控车床和一台数控铣床组成，能完成车、铣、钻的切削加工任务。数控装置采用的是具有开放性和兼容性的通用PC机，操作键盘为标准的PC机键盘，操作系统为WIN95／98／2000／ME／NT4.0／XP，采用图形操作界面，具有人机对话编程功能。在这两台机床上可以选用手动、半自动、全自动数控加工方式，学生在工位上可以学习编制数控程序、操作和调整数控机床。

(二)上、下料工位

在该工位上配置一台Eshed公司的五轴机器人，通过在线模块，可以将PC机上编好的程序直接传送到机器人控制器中。学生在该工位上可以学习机器人编程语言，并学习如何操作使用机器人。

(三)仓储系统

仓储系统采用的是一个四层28个库位的立体高架仓库，共分三个区域，分别用于存放毛坯、半成品和成品零件，同时配备一个物料搬运机械手。

(四)柔性物料输送系统

在各个工位之间零件的传输，是由一个环形的可按需拼装的传送带和有轨输送小车完成的，该传送系统具有零件的传送、交换等功能。

(五)监控系统

每个自动工位都配备一个可编程控制器，各自动工位之间是通过工业局域网络(如Profibus)相连接的，由一台PC机实现系统的协调控制。为了实时监控系统中每个自动工位的工况，在这台PC机上还可实时显示各自动工位的工况信息。

三、模块化柔性制造系统的特性

在综合性的专业实验室里，主要传授与实践有关的教学内容和实际的操作技能，在建立综合性的专业实验室时，必须考虑到使学习的内容与劳动过程紧密相关。因此，所要建立的模块化柔性制造系统具备了下述重要特性：

(一)工业标准化特性

在系统中绝大部分的设备和器件都符合工业标准，尽可能不使用过分简化了的教学设备与器件，使学生可以在一个能反映真实生产过程的系统中学到专业知识与操作技能。

(二)模块化特性

系统被设计成具有模块化的特性，也就是系统中的每个功能部件都能独立运行，重要的功能部件应该是分布式控制的。在学习过程中，学生不仅可以对各个功能部件进行操作，而且还可以根据不同的教学内容增减功能部件，功能部件的增减同时又不影响系统中其他功能部件的运行。

(三)结构的开放性和兼容性

由于电子技术、信息技术和自动化技术的快速发展，所建系统必须与变化了的技术要求相匹配。在设计该系统时，我们充分考虑了其硬件结构与软件系统的开放性和兼容性，使得组成该系统的设备不仅能与当今其他设备相组合和匹配，而且还具有进一步开发的可能性，为将来技术更新留有余地。

(四)学习的实践特性

学生在综合性的专业实验室中学习时应该具有创造性劳动的可能性，也就是允许学生对某些设备进行拆装、更改，以使他们能够真正学到生产实际所需的专业技能。在该系统中采用的元器件虽然是工业用的，但是，在设计这些元器件时已经充分考虑到了拆装的方便性。所以，学生能较容易地把建好的系统重新拆开，然后再组装起来，而且还可以通过增减器件来对系统的配置进行重构。

(五)现代教学特性

在现代职业劳动中，劳动组织形式是以小组劳动为特征的，在职业技术教育中，学生在学校就应该了解并习惯于这种劳动组织形式。模块化柔性制造实验系统为学生提供了这种可能性，这是因为每个功能部件都能独立运行，各功能部件又通过局域网络相连接，通过协调控制连成一个系统。当学生在该系统中学习时，可以将“构建系统”作为一个学习课题，先构思出整个系统的方案，然后各小组分别对各功能部件进行设计、安装、编程和调试。在各功能部件调试通过之后，将组合系统进行整体调试。在整体调试通过之后，再对系统进行评价，最后，整个学习课题才算完成。

学习的任务是以课题的形式出现的，学生参与了从整体构思、设计直至安装、编程、调试、评价的所有学习过程，这样的学习过程符合行为导向和创造导向的教学思想。学生在这样的系统中学习，除了能学到有关专业知识和技能外，还能培养包括独立工作能力、决策和判断能力在内的个人能力，以及包括协作能力、交往能力以及强烈的责任心在内的社会能力。

四、模块化柔性制造系统的适用范围

(一)学习内容

在该模块化柔性制造系统中，可以进行下列单项或多项内容组合式的教学与培训：

数控机床操作、编程和加工功能扩展重构以及数控机床精度检查及调整

机器人的操作、调整、编程和保养

数控机床和机器人的联机

仓储管理

传送带调整、重构和编程

传送带与仓库以及各工位之间的联机

工件检验和质量管理

计算机网络

电子、电气、气动等的安装

复杂系统的调试、维护、保养和故障查找

编制教学软件并制作新的教学媒体

(二)适用对象

由于该系统与一般的实验设备相比价格较昂贵，而且从技术的角度看系统比较复杂，所以如何充分、合理地使用好该系统是非常重要的。建成的综合性的自动化专业实验室将成为开放性实验室，主要面对下列学习对象：

1．本学院的学生。主要是已经学过专业基础课的机械工程及自动化、电子与信息工程等专业不同竿级的学生。

2．同济大学其他院系的学生。为了实现资源共事，可以让本校其他院系需要做机电一体化实验的学生共同使用该实验室。这样不仅可以提高设备的利用率，而且可以增进院系之间的合作交流。

3．参加进修与继续教育的职教教师或工程技术人员。本学院是上海市和全国的职教师资培训基地，承担着大量的职教教师的进修与继续教育的任务。将该综合性的专业实验室用于对外培训，不仅可以进一步提高实验室的利用率，而且可以为学院带来一定的经济效益，并将其中的一部分资金用于设备的日常维护，为实验室的正常运行提供了相应的经济保障。

同济大学职业技术教育学院在建立模块化柔性制造系统时，不仅考虑了技术方面的问题，还充分地考虑了教育学和方法学方面的问题。在今后的教学过程中，学院将针对不同的教学内容和教学对象，采取不同形式的教学模式，并将与中外职教研究机构共同开发实验大纲与实验内容，编制实验教材。