基于数字化设计与智能制造的创新型人才培养模式构建分析

　　【摘 要】如今在智能发展的创新时代背景下，将数字化设计与智能制造模式提出，提高学生的设计创新能力，将机械学科的瓶颈打破，通过数字化设计与智能制造的两者之间进行相互融合，形成另一种单元课程体系，以培养学生的创造能力。适应智能制造的专业发展特色人才，这是最新型的培养创新人才方案。

　　1 引言

　　现阶段我国科学技术发展速度不断加快，而机械制造的生产水平也出现了较大的转变，目前越来越多的企业使用智能化技术来进一步提高生产效率，以降低企业的制造成本，提高企业的经济效益，这便是当前我国智能制造的发展状况。在近些年经济发展速度不断加快，机械制造行业在现代化的背景下，不断加强智能化、数字化的发展，以便更好地适应当前的时代特征。我国提出“中国制造 2025”的口号，转变传统的机械制造方式，实现数字化设计，将制造工期缩短，从而使企业产品制造的效益及质量得到提升。

　　2 数字化设计与智能制造的意义

　　现阶段我国所谓的数字化设计技术，其实质是指对于产品进行数据管理，而目前我国最先进的机械设计技术主要有以下四种，即CAM、CAD、CAE 以及CAPP。在实现无纸化设计的基础上，数字化技术对于企业来说，使产品协调开发状态更加便利，可以实现数字化的管理模式，对于目前零件的加工工艺进行较好的控制，另外还可以做好优化产品研发的装备。在当前“中国制造2025”规划开始实施之后，这个发展项目需要将智能化普遍发展下去，满足现代科技的高效运转模式和目的。

　　3 课程体系的构建

　　3.1 基础模块

　　学校应该开设数字化设计与智能制造的课程，培养学生自身创新能力以及动手操作能力，开设相关课程，加强学生对机械相关知识的重视，例如机械制图专业课程、机械设计专业课程以及工程力学专业课程等，同时给学生开设机械拆卸组装以及测绘课程，让学生认知这些机械类零件，教师可以在课程上指导学生，主要以齿轮泵和减速器为例子进行教学指导，指导学生认识这两种零件的部分组织，空间结构，对之前所学的机械课程进行巩固复习，使学生对于零件的作用及其具体的使用功能的认识得到加深，为之后完成数字化设计打下良好的基础。

　　3.2 计算机辅助设计模块

　　学校当前为了使学生对于基础零件的认知有所加强，可以选择开设CATIA 相关课程，该课程还可以使学生对产品项目的设计认知有所加深，教师在给学生上这种科目时，会有配套的教学课程配备项目。这种项目教学的基本目的就是教导学生认知齿轮泵以及减速器的基础认知，而作为重点的内容，则是需要保障学生对于CATIA 参数设计化的内容有更加深入的认知以及了解。现阶段进行参数化设计最大的一个特点便是能够实现产品的修改以及优化，其可以直接修改零件的大小尺寸，一般情况下一个参数化设计的模型，便可以产生多种的参数化的零件。因此如果需要学生对于零件进行参数化设计时，例如齿轮、多段轴或者多联齿轮等零件，学生可以根据教材内容，按照相应的步骤，依据实际的需求产生各类尺寸的零件。之后学生便可以通过CATIA，实现数字化装配，对于关键性部位的零件进行探究，剖切进行放大，观察是否存在问题以调节零件的平整。完成配置后进行运动与力学分析。学校还可以开设3d 打印技术，将三维的设计模型打印出来进行装配，教师对学生进行指导之后，学生需要加强自主学习，在对于该模式较为了解的情况下，可以自己进行尝试，完成参数化设计。

　　3.3 智能制造模块

　　建立智能工厂的成本非常高，学校可以通过仿造智能工厂技术建造出仿真训练的工厂，让学生对课堂所学的整体内容进行实训，从而了解到智能制造的设备和工作相互配合的关系，了解工厂里面零件生产的基本操作流程，让学生通过自身尝试深刻认知到智能性制造单元调试的系统集成重要意义[2]。虚拟的智能工厂是由MES 控制的，AGV 小车则是通过连接wi-fi由MES控制运行：机器人末端执行器、机床液压工具以及传感器、传送带等这些都是由PLC 根据MES 的指令直接控制。

　　而且虚拟的智能工厂还包括：智能仓储、数字化工艺、刀具、夹具以及机械加工、三坐标测量仪等虚拟的智能工厂用具。

　　3.4 实训与校企合作模块

　　实训与校企合作模块主要包括以下内容：第一，金工实习；第二，创新创业训练；第三，工程测绘；第四，工匠实际操作训练等。由于学生在刚接触到相关的专业知识时，其基础水平较低，对于一些专业知识学习理解较为困难，例如学习机械类知识。其中最难的一点是需要在学生脑中浮现出抽象的三维立体概念，以至于学习效率较低，效果比较差。这个实训与校企合作的模块可以让学生借助实物模型、虚拟现实的仿真设备和实际操作技术来帮助学生掌握学习内容和试验理解。从而可以让学生感到，自己在现场进行相应的实际操作，让学生可以亲自感受到产品生产的具体流程以及研发的实际过程。加深学生对于课本知识内容的吸收以及理解，提高学生的专业水平。

　　目前学校和企业进行合作，最主要的目的是培养出更多创新型的技术人才。因此当前校企合作主要是针对于大三以及大四的学生。学生在大一和大二期间，可以学习相应专业知识，提高自身的基础专业水准，从而在参与校企合作的实训之时，可以完成数字化设计和智能制造的实际操作，将理论和实际操作进行融合，提高自己的实践创新能力。在学生有了一定的提高后，企业会发布相应的生产和设计任务，之后会派遣专门的工作人员，与教师共同对学生的技术进行指导，使得学生能在数学化设计与智能制造产业上充分发挥才能。

　　企业本身定制的试验是在与学校合作中为了提高学生相互之间的能力竞争而准备的，可以为学校设置培训班来培养企业创新人才，这些培训班级需要企业指导人员负责培训，制定出一套完整的实施方案，学校与企业共同制定培训计划和教学内容。实验班级的培训需要企业在培训教室针对性教学，需要督促学生完成岗前练习，使学生在毕业之后，可以立刻就业，不需要学生自身选择培训机构，或者企业再次进行岗前培训，从而解决毕业生就业困难问题，实现互利共赢。

　　4 教学体系构建策略

　　目前在进行教学体系构建时，最主要的目的便是培养数字化设计和智能制造的创新型人才，因此其需要加强对于学生基础知识学习的重视，对于学生专业课程体系进行再一次的强化，使学生自身的专业水准得到提高。因此目前项目教学最主要的任务，是需要对学生进行教学的模式需要任务为主，而在进行教课的过程之中，则需要将学生作为中心进行授课，教师要组织好学生教课内容。

　　数字化项目的建设，将最为简单的基础项目引入到了基础的课程当中，让学生在基础的课程中熟悉这些项目的知识、为后期操作以及认知做好准备工作，注重学生能力和操作方面综合提升[3]。项目难度性的增加，使得学生从基础操作技能上得到了部分提升。教师要根据学生自身实际学习的状况建立数字化设计的项目教学资源，帮助学生在实际操作上能顺利完成项目。

　　教师培养学生创新能力方面，可以开设一些科技经济比赛培养学生的同手操作能力以及创新能力，使得学生能够意识到团队的重要性，建立完善的教学、创新创业训练项目，比如设计全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力大赛等，培养学生动手操作水平，提高教学质量。

　　5 课程体系建设

　　教师要以理论作为教学基础，以实践教学为主要的课堂教学内容，以实践创新为课程导向，在教授学生基础知识之外，还应该加强对于学生科技能力的培养。教师可以把课堂教学作为核心，通过第一课堂，提高学生的实践动手的意识，之后，将课外活动作为辅助，结合第二课堂，提高学生的科学技术意识，合理利用校外工程，从而使学生的潜力得到提高。

　　目前教师只有将理论知识和实践动手能力相融合，才可以有效改变重理论轻实践的问题。教师在教学过程中将重点放在理论学习上，忽视了实践的重要性。导致学生虽然有用理论性能力，但学生在企业的岗位上，难以适应公司的环境，对于工作的难度和数量较难控制。而新的数字化设计体系，其除了重视学生的理论专业知识，还重视学生的实践动手能力，其在利用软件建模的过程之中，需要学生对软件建模拥有较高操作能力水平。

　　教师应该指导学生参加创新设计比赛，申请国家设计专利，教师还可以参与到学生科研项目，教师可以运用课堂知识辅助学生建模活动，为学生未来的科技活动打好基础。

　　6 结语

　　机械相关类的有关项目教学课程中数字化设计是一门重要性非常强的实践课程，对学生的三维组建模型能力有着重要性教学意义。教师应该以实践创新为教学方向，对课程进行制定方案，积极实施教学建设，重点培养学生创新能力为主。