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論文摘要:針對先進制造技術的特點及其在當前教學中存在的問題,從激發學生的學習興趣、優化教學內容、改進教學方法、革新考核手段等方面,對提高先進制造技術的教學質量提出了一些建議和探討。
0引言
先進制造技術fAdvancedManufacturingTech—nique,縮-~AMT)是制造業不斷吸收信息技術和現代管理技術的成果,并將其綜合應用于產品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程。以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產。提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。資料表明,由于一些企業缺乏先進制造技術等產品開發與制造手段,產品開發周期長、成本高,難以適應多變的市場需求,從而嚴重影響了企業的核心競爭力。
先進制造技術已成為當前高校機械類專業的關鍵課程之一。本課程是對以前的專業基礎知識和專業知識的擴展,主要圍繞先進制造技術的各主題,系統介紹各種先進制造技術的理念與裝備技術。旨在使學生了解國內外先進制造技術的前沿技術,開闊思維拓寬知識面,掌握先進制造技術的理念與方法,培養學生創新思維與工程實踐能力。文中針對先進制造技術的特點及當前教學中存在的一些問題,就如何提高先進制造技術教學質量進行一些探討…。
1先進制造技術的特點
1.1先進制造技術是一個發展的概念
事物的先進性具有明顯的相對性.先進制造技術是相對于傳統制造技術而言的。某種現階段先進的技術若干年后可能會顯得落后,甚至被淘汰。尤其隨著計算機科學和電子科學的發展及滲入融合到現代制造系統中,反映現代科學理論的系統論、信息論、控制論和智能理論與控制技術有機融合為一體,導致先進制造技術具有明顯的時效性。因此,先進制造技術體系只有不斷補充新技術、淘汰落后技術,才能永遠保持其先進性。
1.2多學科集成的特性
先進制造技術并不是指某一項具體技術,而是機械、材料、電子、信息、自動化、管理、環保等多門學科的理論和技術相互滲透。共同發展而形成的技術綜合體。先進制造技術在性質上跨越自然科學、環境科學社會科學。特另是經濟學和管理科學;同時又與技術科學和眾多門類的工程技術相聯系,是多種學科的集成。先進制造技術特別強調人、技術、管理三者的有機結合。
1.3包含的信息量很大
先進制造技術是一個龐大的科學技術體系。所有本課程包含的信息量很大。如在管理方面,先進制造技術包含準時生產(JI、敏捷制造(AM)、精益生產(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術;制造工藝方面包括高精密加工、精細加工、微型機械和微納米技術、激光加工等;自動化技術方面包括柔性制造單~(FMC)、柔性制造系統(FMS)、計算機集成制造系統(CIMS)。而且不同方向之間的聯系不是太緊密,系統性不太強。
2提高先進制造技術教學質量的建議
1)激發學生的學習興趣。學習興趣是推動學生努力學習的內車動力,如學生對先進制造技術有了濃厚的興趣,學習就會事半功倍。但當前很多學生由于缺少壓力,對先進制造技術的認識不足.甚至有些學生認為學習先進制造技術只是為了通過考試和畢業。為此,首先需要從先進制造技術的重要性、用途等方面對學生加強引導。通過事實說明,讓學生充分認識到先進制造技術的重要性,從而在思想上重視起來。其次在進行教學設計時.應充分挖掘課程中令學生感興趣的內容。如果有條件可以讓學生實地參觀,接觸先進制造技術的實際應用.從而使理論與實踐相結合.激發學生的學習熱情。
2)精心準備教學內容。正如前面所講述的,先進制造技術是一個發展的概念。但實際教學中出現一些教案很長時間不更新等現象。要想提高本課程的教學質量需要保持教學內容的前沿性,教師應密切關注先進制造技術領域的最新發展;并將相關技術特別是應用性和市場潛力巨大的那些先進技術及時融合到教學內容中.從而讓學生以發展的眼光來學習這門課,并從中得到終身學習的啟示。當前獲取相關資料的途徑很多:可以通過網絡、雜志或電視其它媒體很方便了解到制造業中前沿技術:有條件的教師也可以多參加一些大型的相關技術及產品展覽會、學術會議以拓寬視野和積攢素材。這樣才可能開闊學生的視野,很好地培養他們以動態的思維看待事物的習慣。
先進制造技術包含的信息量很大,而且各個方向的聯系不是太緊密。因此,在收集教學素材的基礎上需要加以整理.注意前后知識的銜接,增強授課內容的系統性。在計劃教學內容時,盡量從學生在現實生活中熟悉的產品或能接觸知識人手,逐漸過渡到所要講授的某項先進制造技術,并盡量多地利用相關的錄像、視頻、動畫、圖片和CAI課件來吸引學生的眼球,激發學生的好奇心。
3)豐富教學方法。增強師生互動。在教學中貫徹“以學生為中心”和“發揮教師的主導作用”的教學思想。教師應從教學中的主體地位轉變為主導作用,而學生則應由被動接受知識變為學習的主體。只有這樣才能充分調動教與學雙方的主動性和潛能,最大限度地實現教學目標。
在實際教學中可以采用課堂討論的形式進行。事先告訴學生下一次課的主題,布置任務讓學生通過網絡、期刊去收集資料并整理;上課時先讓學生自己針對該項先進制造技術的優勢、技術特點、應用條件、加工成本、加工質量及效率等各個方面進行討論;碰到問題時再由教師進行補充和總結。通過課堂討論這種積極活潑的學習方式,不僅使學生們學到更多的知識,而且增強了他們之間進行學術交流的動力。這種教學方法在一定程度可改變傳統的那種教師教得乏味,學生學得無趣的現狀,從而提高本課程的教學質量和效果。
4)采取靈活多樣的考核方法??己朔椒ㄖ饕憩F在考核內容和考核形式兩個方面??荚嚨男问讲扇¢_卷考試、上課討論、演講、大作業、平時查閱文獻等多種形式,根據實際情況按照一定比例分別權重來決定本課程的最終成績,這樣可以改變過去“一張試卷定終身”的局面??己说膬热輵M量多涉及到先進制造技術的各個方面,知識覆蓋面更寬??己说膬热莞?。另外,可以采用合適的方式讓學生對本課程進行評價,一方面對教師的教學方法、教學效果提出一些建設性的意見,以便教師根據反饋意見進行改進;同時可以根據課程評價內容反映該學生對本課程的參與程度,將其當做考核學生的一種輔助方式。
Abstract: Aiming at profound changes in manufacturing industry made by the rapid development of the human science and technology, on the goal to improve the disposition of the students of the Mechanical Manufacturing and Automation,the paper firstly discuses the way to cultivate the modern manufacturing concept with the core concept of Information Manufacturing,then research the teaching ideal and methods based on the course of Advanced Manufacturing Technology.
關鍵詞: 先進制造技術;信息制造;制造觀;教學方法
Key words: Advanced Manufacturing Technology;Information Manufacturing;Manufacturing Concept;Teaching Methods
中圖分類號:G642.4 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)18-0176-02
0引言
上世紀末以來,伴隨以信息技術、自動化技術等為代表的人類科技的快速發展,制造已由傳統機械制造升華為集機械、液壓、光電、信息、材料、檢測、通訊、自控等領域最新知識成果為一體的嶄新學科,并對應演化形成了“精益生產、敏捷制造、虛擬制造、綠色制造”等一系列以優質、高效、低耗、靈活、清潔生產為原則,以取得理想經濟、社會效益為目標的系列先進制造技術。這在有力推動人類社會經濟發展同時,也對制造領域人才素質的培養提出更高要求。為此,在機械制造及其自動化等專業的教學中如何依據人類制造技術的發展歷程和演變規律實現對學生現代制造觀的培養顯然意義明顯,這對于目前正處于工業化發展轉型關鍵階段的中國民族工業更加意義重大。
1現代制造觀的培養思路和入手點
自人類以造物區別于其他生物開始,制造作為人類所從事的一項基本活動便伴隨著人類科技的發展和社會進步也處于不斷發展之中。人類在通過自身制造活動有目的地提高改善自身生產、生活方式的同時,其對自身制造活動的認識也伴隨科技的發展逐步深入,與之對應形成了制造觀。雖然,目前對于制造觀在概念上仍然沒有形成明確一致的定義,但從人類認知外部客觀世界的基本規律出發可明顯看出:制造觀顯然是人類在自身制造活動的不斷實踐中,基于所認知形成的核心制造要素、屬性來刻畫制造活動規律而形成的。人類關于自身制造活動基本屬性、規律的認知顯然是制造觀的基本內涵。因此,對于現代制造觀的培養應在產品零部件的加工、裝配這一傳統制造認知的基礎上,進一步從現代制造的概念、屬性特征以及基本規律三個層次入手,自上而下地逐步開展。首先應在概念層次上,從制造是什么和做什么的角度為學生明確現代制造的概念和內涵,使學生建立對于現代制造的基本認知。其次,可進一步結合當前主流先進制造技術特點及其應用情況,通過對現代制造所共同遵循目標、原則和方法的分析,從制造如何實現角度培養學生關于現代制造屬性、特征的基本認知。最后可依據所分析的現代制造基本屬性、特征,進一步通過對現代制造核心要素和實施開展本質規律的總結,從現代制造的過程、組織、控制管理和人的作用等層次進一步明確關于現代制造的基本認知。根據上面所分析的現代制造觀的培養思路及入手點,下面就針對所提出的三個層次具體討論現代制造觀的培養問題。
2現代制造的大制造概念
針對制造的概念,在依據國際生產工程學會(CIRP)的定義闡明制造是一個涉及“產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務”的一系列相關活動和工作的總稱的同時,還應結合制造業當前發展現狀,進一步從如下所述的“寬領域、多學科、全過程、多目標”等幾個層面深入解釋現代制造的內涵。
2.1 現代制造的行業領域現代制造已不再僅僅是機械制造,在人類不斷提高自身的生產、生活水平這一目標的作用下,制造已演變為人類所從事的一項基本社會經濟活動,它涵蓋了機械、電子、化工、輕紡、食品等國民經濟的廣闊行業領域。
2.2 現代制造的學科領域現代制造在涵蓋國民經濟廣闊行業領域同時,通過對各學科知識、方法的綜合應用,必然會打破傳統的行業、學科領域界線,轉變為集機械、電子、材料、能源、信息、管理、生命科學、材料科學等為一體的綜合學科。
2.3 現代制造的基本過程現代制造已不再僅僅是單一的機械加工、裝配過程,其在內容上涵蓋了“市場需求分析、產品規劃、產品設計、工藝設計、加工裝配、銷售服務及報廢產品回收處理”等產品生命周期全過程中的所有環節和活動。
2.4 現代制造的目標現代制造打破了傳統機械制造以經濟效益為最終目標的束縛,在創造良好社會、經濟效益促進人類社會可持續發展的宏觀原則下,現代制造以產品的功能全面、造得快、造得好、造得省、造得準等作為制造活動實施開展所共同遵循基本目標。實際中,制造的優劣就是基于這些目標,從技術、經濟和社會學角度綜合開展評價做出的。
針對上述內容,如果可以同時結合以汽車為代表的某機電產品的制造發展歷程對其加以解釋說明和驗證,就可以更生動地從概念上深化學生對于現代制造的基本認知,幫助他們樹立現代制造的大制造概念[1][2]。
3現代制造的屬性特征
毋庸置疑,現代制造的屬性、特征與制造技術的發展密切相關。實際中,制造的特征和屬性是制造活動實施開展所共同遵循的目標、原則、策略和方式的體現。它們是伴隨人類社會和經濟的發展,科技的進步以及人類對其自身制造活動的不斷深入認知而逐步積累形成的[3]。制造的屬性特征和制造技術之間存在緊密聯系,一方面人類制造活動可以基于制造技術的發展不斷形成新的屬性特征,另一方面,新屬性、特征為制造活動所帶來的變化也為制造技術的進一步改進發展提供契機。鑒于此,實際教學中,在講述先進制造技術各自優勢特點和機理的基礎上,可進一步針對所講述的各項先進制造技術,通過對表1中對應內容的講述說明人類制造活動因制造技術,特別是先進制造技術的發展應用所發生的改變,從而可闡明現代制造屬性和特征的技術誘因。
如表1所示,伴隨先進制造技術的實施發展,現代制造在產品研發周期、質量、加工手段、組織方式等方面發生了顯著的提升轉變。這在提高人類生產能力的同時也必然會引發人類制造活動開展方式、方法的改變,形成如表2所示的全新屬性和特征[5][6]。
關鍵詞:先進制造技術 車輛工程 教學改革 課程內容
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)06(c)-0152-02
1 先進制造技術課程背景
20世紀80年代末,美國為了應對其制造業所遭遇的挑戰,達到促進經濟持續健康發展和增加就業的目的,提出了發展先進制造技術(Advanced Manufacturing Technology,AMT)以增強其制造業在國際上的競爭力,由國家科學工程技術委員會(FCCSET)主持開始實施先進制造技術計劃。隨后,歐美日等國家紛紛跟進。
先進制造技術是現代制造技術的總稱,涵蓋了制造的各方面,包括工程設計、制造工藝、管理技術、物流技術和相關學科的支撐技術和支撐環境。
國際生產工程學會(International Institution for Production Engineering Researeh,CIRP)統計表明,當前先進制造系統和先進制造模式多達30余種[1]。特別是我國近十年來制造業迅猛發展,越來越多的先進制造技術應用到生產中。
汽車制造是先進制造技術最主要的應用領域之一。近年來,我國汽車制造業發展迅速。根據國家工業和信息化部的汽車工業數據顯示,2014年我國汽車總產量為2372.29萬輛,同比增長了7.3%,同時汽車銷量為2349.19萬輛,同比增長了6.9%,產銷量均位列世界第一。其中,前六強為上汽、東風、一汽、長安、北汽和廣汽,其銷量分別為558.37萬輛、380.25萬輛、308.61萬輛、254.78萬輛、240.09萬輛和117.23萬,占2014年全國汽車銷售總量的79.2%。然而,我國自主品牌轎車的銷量為277.44萬輛,僅占轎車銷售市場的22.4%,同比反而下降了17.4%。因此,國產汽車的自主知識產權的設計制造技術亟待提高和加強。相應地,作為培養創新人才的高校這方面的課程需要加強。
2 先進制造技術課程現狀
為了讓學生能夠了解和掌握相關的技術,從20世紀90年代起,許多高校就開始面向本科教學相繼開設了《先進制造技術》課程,來滿足工業企業生產的要求。
一直以來,先進制造技術教材的特點是內容全面,但是重點不突出。大多數教材都是把先進制造技術分為幾個主題技術群,即現代設計技術、先進制造工藝和制造自動化技術。該分類方法是1994年由美國工業技術委員會提出的[2]。然而,時至今日,先進制造技術發展了20年,許多新涌現出的技術尚未吸納進現行的教材中。
先進制造技術之所以謂之先進,是因為它指的是動態的技術,是在不斷吸收其它學科新技術的基礎上體現其先進性,所以先進制造技術課程內容也應該是動態的,其教學內容應該隨著相關技術的發展而不斷更新[3]。
另一方面,現有先進制造技術的教材內容廣泛,但沒有考慮到行業特點,缺乏對應的案例,因此就成了泛泛而談的一些基本概念介紹,造成學生感覺枯燥乏味的狀況。
3 課程改革
3.1 教學內容改革
針對目前的課程現狀與本校的行業特點,重慶交通大學機電學院著重強調交通裝備行業特色,對先進制造技術課程內容進行改革,以車輛制造(汽車、摩托車和軌道車輛)為導向,引入近年來車輛制造企業逐漸采用的新技術。
機械產品的制造分為三種方式:去除成形,整體成形和添加成形,對應的典型工藝分別為切削加工,材料成形(鑄造、沖壓等)和快速成形。當前幾乎所有的先進制造技術教材都包含了去除成形和添加成形的內容,例如高速加工、精密加工和快速成形,但是現有教材卻始終忽略了材料成形技術。然而,汽車、軌道車輛等制造企業已經在開始使用這些新技術。因此,非常有必要對學生增加這方面的知識。
近年來,出現了許多先進材料成形技術,如漸進成形技術、多點成形技術、熱沖壓成形等[4]。因此,在教學內容中增加先進板料成形技術內容。
另外,近年來,隨著節能環保日益受到重視,汽車輕量化成為當前的熱點,研究內容之一就是輕量化材料的使用。而鋁合金等輕量化材料的焊接完全不同于傳統的鋼質車身,因此例如攪拌摩擦焊等一些新的材料連接技術被應用于車身的焊裝生產[5]。因此,在教學內容中增加先進連接技術內容。
3.2 流程教學法
現行教材內容組織在章節上基本上分為先進設計技術、先進制造工藝、制造自動化、先進生產管理技術和制造模式幾部分[6],然而企業生產實踐中,各種技術的應用并沒有明確的界限。為了讓學生對這些技術的使用有一個完整的了解,在課堂教學中,打亂教材的組織順序,以生產實際中制造流程來講授相關技術。實踐表明,流程教學法類似于案例教學法,更能激發學生的興趣和學習主動性。
(1)產品開發階段。從汽車概念設計開始,在車身造型階段引入逆向工程技術和CAD建模技術,在車身結構設計時引入CAE技術,在樣車制造階段引入快速成型技術。
(2)生產準備階段。針對工裝夾具設計講解成組技術和計算機輔助工藝設計CAPP,針對模具設計制造講解CAM編程和數控技術。
(3)批量生產階段。針對汽車三大部件:發動機、車身和底盤,以發動機為對象,講解高速加工技術、超精密加工技術和特種加工技術。以車身沖壓為例,講解先進板料成形技術;以白車身焊接為例,講解攪拌摩擦焊等先進焊接技術;結合焊接機器人講解機器人技術。結合沖壓生產線和總裝生產線,講解先進生產管理技術和先進制造模式。
通過上述教學內容和教學模式的改革,極大地調動了學生的興趣,激發了學生的學習主動性,收到了很好的效果。
參考文獻
[1] 劉喜雙,姚健.先進制造系統課程教學改革的研究與實踐[J].教育探索,2010,8(230):62-63.
[2] 盧晨光,范久臣.改革先進制造技術課程教學體系學生實踐創新能力[J].長春教育學院學報,2009,3:124-125.
[3] 黃中華,謝雅.先進制造技術課程教學改革[J].湖南工程學院學報,2011,12:112-115.
[4] 李光耀,王琥,楊旭靜,等.板料沖壓成形工藝與模具設計制造中的若干前沿技術[J].機械工程學報,2010,5:31-39.