應用型本科省級工程訓練示范中心建設探究

顏 建， 段海峰， 韓 偉， 童 洲

（華南理工大學廣州學院工程訓練中心，廣州510800）

0 引 言

華南理工大學廣州學院是一所以工科為主，經濟、管理、文學、理學、藝術協調發展的本科應用型人才培養大學?，F有本科專業38個，其中每年有5 000余學生學習工程訓練綜合實驗實踐課程。而工程訓練綜合實驗實踐課程在應用型本科院校人才培養具有非常重要的作用。工程訓練中心成立于2006年，是一個設備先進、管理健全，具有一定特色的培養應用型人才的實踐教學基地。2014年工程訓練中心按照廣東省教育廳頒發的《關于開展高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作的通知》，開展了省級實驗教學示范中心的申報和評審工作，開始啟動相關建設工作，進一步加強工程訓練實驗室建設，目標為建設教育理念先進、實驗設備完善、隊伍結構合理、管理一流、特色鮮明的工程訓練中心［1-2］。項目工作開展后，中心就實訓教學體系及內容、實驗教學方法與手段、師資隊伍建設、實驗教學中心隊伍科研技術提升、儀器設備配置等多方面進行改革建設［2］。中心順利通過廣東省教育廳省級實驗教學示范中心驗收，并被認定為省級實驗教學示范中心。

1 中心建設任務及目標

中心每年承擔全校8個學院，26個本科專業5 000多學生金工實習和機械學院技能培訓與考證，同時為學生的各類比賽的創新制作提供服務。省級示范中心建設目標為：以機械制造訓練為基礎，以培養基本工程實踐能力為目標，堅持注重能力培養、提高學生素質和綜合能力；以培養強能力的應用型人才為理念，構建多方位、多層面工程訓練基地，培養學生有工程素質和創新意識、強工程能力的應用型人才；以創新能力培養為核心，堅持知識傳授、能力培養、素質提高協調發展，推進學生自主學習和提高學生創新意識與創新能力。將工程訓練中心建設為教育理念先進，實驗設備完善，隊伍結構合理，管理一流，特色鮮明的的實驗教學示范中心［3］。

2 中心建設方案及實施

2.1 規劃實驗室資源配置，購置設備和軟件，設計新課程

傳統工程訓練主要包含常規金屬切削（車、銑、磨、鑄、沖、焊、模具）、先進加工（數控車、數控銑、加工中心、數控沖、快速成型、PLC）、特種加工（線切割、電火花）和熱加工（焊接、熱處理）4大類，在省級示范中心建設過程中，根據中心建設目標及任務，在此基礎上，先后建設了GSK工業機器人柔性系統數控車實訓室、五軸數控虛擬仿真實訓室、材料成型虛擬仿真實訓室、機械手氣動夾具實訓室、機械手智能注塑自動化實訓室。配套增購了五軸數控模擬訓練機1臺、四軸加工中心1臺、3D打印機4臺、德國凱勒數控仿真軟件、無紙化考試軟件；優化資源配置實現從課內實訓擴展到課外實踐、競賽和其他創新實踐訓練。中心面向學生開放，為學生提供具有不同特色、不同教學要求和較大發展空間的實踐性教學內容。培養學生基本技能和工程創新能力［4］。

2.2 建設實驗室教師團隊，優化實驗室師資隊伍結構

中心進一步明確實訓教學隊伍的崗位職責；注重引進，促進流動，建立靈活高效的用人機制，在示范中心建設過程中，注重引進具有高級技師的教師和企業中具有工程實踐經驗的人員。6年來，共引進副高級職稱、全國技術能手人員1名，高級技師4人，富有工程經驗的3人，優化了隊伍結構；建立激勵機制，完善考核體系，充分調動實訓教學隊伍的工作積極性，建設期內鼓勵教師提升職稱，晉升了中級職稱5人，新增工程碩士3人，新增高級技師1人，考評員5名；組織教師外出參加實驗室管理課程培訓及智能制造技術培訓，拓寬培養渠道，提高實訓教學隊伍的綜合素質；支持和鼓勵教師申報并承擔教改課題以及工程課題，提高隊伍素質，促進教學水平的提升，提升教學質量。通過對實訓教學隊伍在職稱結構、學歷結構、年齡結構等方面的合理規劃，逐步建立起了一支教學、科研、技術兼容，核心骨干穩定，勇于創新的實訓教學隊伍［5］，建設前后中心師資結構對比如圖1所示。

圖1 建設前后中心師資結構對比圖

2.3 圍繞金工實習開展專業教學改革

2.3.1 更新傳統實訓模式，構建柔性可變的交叉學科

引入智能制造技術發展，突破傳統教學模式，更新訓練模式，豐富訓練內容，適應市場企業人才需求。以智能制造技術為驅動，將單一工種實訓轉變為多學科多工種交叉融合，建構柔性可變的交叉學科融合能力培養課程體系（見圖2），以任務目標為驅動，將一般的工科工程訓練課程任務，轉變為多學科、多技術能力結合的任務目標，在短時間內以工作目標驅動學生進行輪轉課程實訓。將機械加工、智能控制和虛擬仿真制造等多個學科的實訓項目輪轉進行，使學生在學習本專業工程知識的基礎上，迅速將各種交叉學科知識相互融合，內化為交叉柔性工程能力，快速提升學生對于智能制造技術的認知，培養學生應用型人才交叉融合柔性能力［5-6］。

圖2 應用型人才交叉融合柔性能力培養體系

中心現有機械制造工程基礎訓練教學平臺、機械專業技能訓練教學平臺、虛擬仿真訓練拓展平臺和綜合創新能力訓練平臺4個實訓教學課程體系（見圖3）。制造工程基礎訓練教學平臺包括傳統加工、先進加工、特種加工和材料成型加工4部分共計14個工種，具有綜合性、設計性、創新性的實訓項目占全部學習項目的50%；專業技能訓練教學平臺以就業為導向，突出提高學生的就業技能與實踐能力，開展計算機輔助設計與制造和智能制造技術的技能訓練［7］；虛擬仿真訓練拓展平臺通過虛擬仿真實操訓練和虛擬仿真分析拓展訓練，利用虛擬仿真技術，將工藝流程具象化，提升學生對專業技術的認知程度，進一步加強學生的智能制造技術應用能力；綜合創新能力訓練平臺通過指導學生參加“學生研究計劃”“大學生創新創業項目”及“互聯網+”大學生創新創業訓練大賽的創新設計與制作，促進學生參與產學研訓練項目，提升學生創新意識和能力。

圖3 工程訓練中心實訓課程體系

2.3.2 開發訓練課程項目新模式

（1）五軸數控虛擬仿真實訓課程。中心在已有金工實習內容的基礎上，根據行業發展動態，改革現有實訓內容，積極開發虛擬仿真實訓教學新模式，提高教學質量。在原有的三軸數控車、銑、加工中心實訓內容基礎上，為進一步拓展優化先進加工實訓內容，與企業合作共同開發了五軸數控實訓模擬機，并以此為基礎，申報了教學教改項目《協同育人的五軸數控加工實訓課程體系一體化設計與實施研究》，增加了五軸數控虛擬仿真訓練實訓項目，五軸數控虛擬仿真實訓課程任務如圖4所示［8］。

圖4 五軸數控虛擬仿真實訓課程任務表

（2）模具虛擬仿真實訓課程。進一步開展虛擬仿真實訓教學項目，啟動校級教學教改項目“以智能模流分析軟件應用為導向的模具實訓課程改革實踐與探索”。以項目為基礎，增置智能模流分析（CAE）仿真實訓室1間，建設以Moldflow模流智能分析軟件為核心的虛擬仿真模具訓練項目，將傳統的模具教學體系進行信息化改革，凝練出了模具實訓課程新模式，進一步規劃課程的教學重點［9-10］。改革后的新模具實訓課程，以典型模具結構類型為案例，規劃制定了虛擬仿真模具實訓課程規劃表，指導學生完成模具型腔結構、澆注系統和冷卻系統等設計任務，采用智能模流分析軟件完成模擬注塑仿真分析［10］，幫助學生驗證設計過程中的參數設置并對設計結果進行分析比較，提高了學生實訓積極性，建立學生的實踐技能獲取感，提升該門實訓課程的訓練深度及訓練效果。

（3）數控車機器人自動上下料實訓課程。以機器人應用技術為驅動，引進了機器人柔性制造系統的概念，將數控車床與機器人技術相結合，開展數控車機器人自動上下料教學課程新模式，如圖5所示。該課程在傳統的數控車床加工實訓內容中加入了智能制造技術的應用，增加了實訓課程的先進性和新穎性，大大提升了學生學習該課程的興趣，提高了學生對智能制造技術的認知程度。

根據數控車機器人自動上下料工藝，結合課程所授知識點，編制了如圖5（右圖）所示的數控車機器人自動上下料實訓課程規劃表，學生在實訓過程中通過學習數控車機器人自動上下料工藝知識、數控車加工工藝知識及操作方法和機器人編程控制方法，最終實現控制機器人完成加工零件自動上、下料任務［11-12］，從而掌握機器人編程控制技能。該實訓課程不但增強了學生對數控車加工工藝的認知，更給學生提供了機器人上下料編程控制實訓機會，直觀的給學生展示了機器人在制造領域的應用場景［11］。

圖5 數控車機器人自動上下料實訓課程

（4）機械手氣動夾具實訓課程。在傳統鉗工實訓項目基礎上，拓展以夾具為主體的實訓教學內容。如圖6所示，項目主要通過講授機械手的組成及機械手的控制系統原理，使得學生熟悉機械手的機械結構，提升機械設計能力；熟悉機械手控制系統，加深對自動化設備的理解；學習機械手氣動夾具裝配工藝過程，增強裝配精度與裝配尺寸鏈意識。通過機械手氣動夾具實訓項目培養學生的氣動機械機構安裝與調試、氣動控制和應用等技術，在培訓學生鉗工工位裝夾技術的同時，還可以進行氣動回路運用培訓，提高學生自己機械夾具零件制作和電氣裝配調試的動手能力［13］。

圖6 機械手氣動夾具實訓課程

以上教學改革新模式訓練項目現已全面投入教學，服務于全校約4 500人/每年的金工實習，為我校學生提供了訓練項目新模式，提升了學生對智能制造先進加工的認知水平和掌握能力。

3 服務于周邊企業，推進產教融合，提升中心教師科研能力

不斷推進產教融合，促進教師產學研項目申報，通過縱向橫向項目的實施，提高教師的科教研能力，進一步增強中心師資隊伍水平。在此期間，教師共主持高等學校教學教改項目23項，廣東省自然科學基金青年人才項目3項；服務于周邊企業，解決企業技術難點，與周邊汽車行業企業共建“合順·華廣創新中心”，與企業共同申報科技廳科技項目，共立項橫向產學研項目6項；教師參與并指導了學生參加大學生創新創業項目59項；指導學生參加了國家、省、區級競賽獲獎45項，期間指導了學生發表論文20余篇，共同研究獲取了專利46項。

通過產學研項目驅動，在完成項目預定成果的同時，教師也發表了相關論文72篇，其中SCI刊物2篇，核心期刊論文25篇；申請專利75項。通過產學研課題實施、指導學生創新創新創業項目、指導學生科技類創新競賽項目等，極大地提升了教師科教研能力，進一步提高了教師教學水平及實訓質量［14-15］。

4 結 語

在省級示范中心項目建設過程中，通過對實驗室場地進行升級改造，購置了新的設備和軟件，規劃了實驗室資源配置，設計了新課程，增加了與行業發展動態緊密聯系的相關創新實訓訓練新模式、新項目；加大了中心師資隊伍建設，優化了師資隊伍結構，拓寬了人才培養渠道，促進了教師科研能力提升，進一步加強了師資隊伍能力與水平；與此同時，對現有的教學培訓項目進行了優化改革，完善了現有實訓教學體系與內容，豐富拓展了實驗教學方法與手段，從而提高了教學質量與水平，提升了學生就業競爭力，最終，工程訓練中心順利通過了省級示范中心建設項目驗收。