技能大賽的機電一體化專業(yè)課程改革

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摘要：職業(yè)院校技能大賽是高職院校培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的重要途徑，是專業(yè)知識深化和實踐技能提升的優(yōu)質(zhì)平臺，同時也是學(xué)校高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)成果集中展現(xiàn)的舞臺。課題組以徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，介紹了職業(yè)院校技能大賽數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項的基本情況，分析了該院機電一體化專業(yè)的課程情況并提出了改進的方向。教學(xué)實踐表明，將職業(yè)院校技能大賽相關(guān)內(nèi)容融入專業(yè)課程，對教學(xué)理念和內(nèi)容的更新，線上+線下的探索導(dǎo)向的教學(xué)模式，課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和完善，崗、課、證、賽的融通有明顯的促進作用，有助于機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：機電基礎(chǔ)；技能大賽；教學(xué)改革

0引言

《中華人民共和國職業(yè)教育法》已于2022年4月20日修訂通過，自2022年5月1日起正式施行。該法律文件最大的亮點在于明確職業(yè)教育是與普通教育具有同等重要地位的教育類型，明確了職業(yè)教育的地位和不可替代的重要性，提升了職業(yè)教育在人們心目中的認可度。該法案同時提出要深化產(chǎn)教融合、校企合作，完善職業(yè)教育保障制度和措施。這是職業(yè)教育法實施以來最大的一次修訂，也是今后職業(yè)教育發(fā)展最為重要的保證和推動力，極大地鼓舞了廣大職教生和職業(yè)教育從業(yè)人員的士氣。由教育部和各省級教育主管部門發(fā)起的職業(yè)院校技能大賽是學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的重要途徑，是專業(yè)知識深化和實踐技能提升的優(yōu)質(zhì)平臺，同時也是學(xué)院高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)成果集中展現(xiàn)的舞臺。通過大賽引領(lǐng)教育行業(yè)對現(xiàn)有教學(xué)模式、教學(xué)體現(xiàn)和評價方式進行與時俱進的調(diào)整，促進人才培養(yǎng)，實現(xiàn)質(zhì)量的提升[1-5]。

1賽項簡介

數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項涉及以下幾方面內(nèi)容：機械設(shè)備的裝調(diào)及精度檢驗，數(shù)控系統(tǒng)故障排除，電氣線路的施工，典型工件的編程與加工測量，機器人仿真軟件調(diào)試等專業(yè)技能。比賽涉及的課程有：機械制圖與計算機繪圖、電工電子技術(shù)、電機與電氣控制技術(shù)、工業(yè)機器人編程與操作、可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用、機電設(shè)備故障診斷與維修等。基本涵蓋2022年新修訂的高等職業(yè)教育?？茖I(yè)介紹中機電一體化專業(yè)的大部分專業(yè)課程。

2機電一體化專業(yè)現(xiàn)狀

以徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，該校機電一體化專業(yè)隸屬于機電工程學(xué)院工業(yè)機器人專業(yè)群，其培養(yǎng)目標(biāo)為：掌握本專業(yè)知識和技術(shù)技能，面向通用設(shè)備制造業(yè)，金屬制品、機械和設(shè)備修理業(yè)的設(shè)備工程技術(shù)人員、機械設(shè)備修理人員等職業(yè)群，培養(yǎng)能夠從事機電一體化設(shè)備生產(chǎn)與維修、自動生產(chǎn)線運維、工業(yè)機器人應(yīng)用、機電一體化設(shè)備安裝與調(diào)試、機電一體化設(shè)備銷售和技術(shù)支持、機電一體化設(shè)備技改等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。核心專業(yè)課程包括電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)（Mitsubishi）、運動控制技術(shù)（XINJE）、組態(tài)軟件項目開發(fā)與實踐、自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試、機電系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試技能訓(xùn)練等。培養(yǎng)方案每3年進行一次修訂，但技能大賽內(nèi)容每年都有不同程度的變化，尤其是2021年和2022年向智能制造方向發(fā)展的趨勢愈發(fā)明顯，增加了數(shù)控機床與機器人上下料等內(nèi)容，MES系統(tǒng)的綜合運用也是今后發(fā)展的方向。因此，在技能大賽的引領(lǐng)下，勢必要對機電一體化專業(yè)的培養(yǎng)方案與課程進行修訂[6-7]。

3技能大賽數(shù)控維修賽項的變革和啟示

數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項對接智能制造職業(yè)方向，強調(diào)的是通過數(shù)控機床調(diào)試、故障維修和功能開發(fā)解決實際問題能力，是對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用和能力升級。通過該賽項引領(lǐng)和促進機電一體化、機械設(shè)計及其自動化專業(yè)的教學(xué)改革，提升培育教學(xué)的成果。

3.1促進教學(xué)理念和內(nèi)容的更新

技能大賽的每一個賽項都與該行業(yè)領(lǐng)域緊密對接。因此，其比賽內(nèi)容和發(fā)展方向，既能反映該領(lǐng)域最新發(fā)展理念，又能體現(xiàn)該行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技能需求和實踐要求。通過參加數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項，教師可將數(shù)控機床功能開發(fā)模塊融入“運動控制”這門課的教學(xué)內(nèi)容。數(shù)控機床功能開發(fā)主要是通過FANUC0iMF數(shù)控系統(tǒng)提供的模擬主軸控制完成特定功能的開發(fā)。該賽項采用FANUC0iMF數(shù)控系統(tǒng)、編程軟件、歐姆龍變頻器等軟硬件設(shè)備。比賽內(nèi)容旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識能力，比如梯形圖編程、變頻器正確使用、電工接線等專業(yè)技能，提升學(xué)生邏輯思維和動手能力。該環(huán)節(jié)要求完成電路設(shè)計元器件安裝和功能開發(fā)后根據(jù)要求自行驗證，在此之前機床首先需要通過把參數(shù)#3716的#1改為0，實現(xiàn)串行主軸到模擬主軸的切換，然后對#3730模擬主軸電壓增益、#3741主軸的額定轉(zhuǎn)速、#3799的#1進行相應(yīng)的設(shè)置。參數(shù)調(diào)整完成后，系統(tǒng)斷電進行主、副柜電源和通信系統(tǒng)的連接，通過變頻器參數(shù)調(diào)整使得與模擬主軸電機的轉(zhuǎn)速相匹配。模擬主軸程序時要注意編寫的程序與原有的程序是否有沖突，變頻器控制端子排連接點位與PMC信號是否吻合。主體程序是由正反轉(zhuǎn)程序和轉(zhuǎn)速控制程序配合形成，轉(zhuǎn)速程序通過機床面板輸入信號，計數(shù)器或者加減法計數(shù)器計數(shù)后轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速控制CNC，顯示并發(fā)出對應(yīng)電壓給到變頻器，實現(xiàn)可調(diào)轉(zhuǎn)速控制。該內(nèi)容涉及變頻器、梯形圖編程、變頻器控制、三相異步電動機的接線控制等專業(yè)知識點。這些知識內(nèi)容的融入，有利于教育教學(xué)理論知識推陳出新。與此同時，將實踐中實用性的知識帶入課堂，是高職院校培養(yǎng)技能型人才的重要途徑。這不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也增強了課程的實用性和技能性。

3.2推行“線上+線下”探索導(dǎo)向教學(xué)模式

學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高，課堂教學(xué)效果不理想等高職院校在現(xiàn)實教學(xué)中所面臨的困境，迫使教育教學(xué)的參與者進行教學(xué)模式改革和探索。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式可以實現(xiàn)課堂和課下學(xué)習(xí)活動的統(tǒng)一。課前，老師可以將軟件工具、微課視頻、PPT、課前作業(yè)等教學(xué)資源發(fā)布在網(wǎng)上，學(xué)生在課下任何時間都可以進行自主學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方式一方面可以擺脫傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式時間和空間的限制，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面學(xué)生也可以通過先行學(xué)習(xí)獲得對知識點的初步認識，了解學(xué)習(xí)目標(biāo)?？捎行嵘n程教學(xué)效果。課堂教學(xué)內(nèi)容實施過程中，簡單概念性的問題可以通過簡短梳理總結(jié)完成，更多的時間用于核心知識點的分析、討論、聯(lián)系和總結(jié)?！皺C電設(shè)備故障診斷與維修”作為機電一體化專業(yè)的核心課程，在教學(xué)形式上可以引入數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項中“機器人上下料編程”模塊。該部分任務(wù)要求利用FANUCLADDER-III軟件在原有的梯形圖基礎(chǔ)上編寫和修改PMC梯形圖，實現(xiàn)功能開發(fā)，開發(fā)內(nèi)容包括電動機正反轉(zhuǎn)與起保停程序、三色燈閃爍程序、機器人上下料虛擬仿真程序。其中，電動機正反轉(zhuǎn)與起保停程序編寫較為簡單，學(xué)生根據(jù)預(yù)設(shè)的I/O地址分配表編寫即可，控制方式上可以選擇自動與手動兩種模式。機器人上下料程序是由PMC發(fā)出信號與連接在機床I/O面板上的仿真模塊實現(xiàn)可視化模擬，模擬畫面可通過PC安裝的仿真軟件查看，通過預(yù)先約定的點位進行邏輯控制，邏輯控制順序為PMC接收到機器人到位信號后發(fā)出下一步運行指令對機器人進行控制。與實際機械手的區(qū)別在于點位較少，便于理解，后續(xù)也可以外接機器人實物實現(xiàn)全自動上下料加工。程序編寫時要做到邏輯正確思路清晰，保護功能要設(shè)計齊全。例如，安全門未打開的情況下機械手無法進入機床，加工過程中機器人不會干擾機床等。該部分內(nèi)容與“機電設(shè)備故障診斷與維修”這門課程在專業(yè)性上高度相關(guān)。學(xué)生課下可以利用FANUCLADDER-III軟件和機器人仿真軟件，結(jié)合老師的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)任務(wù)考核，完成線上自主學(xué)習(xí)。教師根據(jù)學(xué)生任務(wù)學(xué)習(xí)情況有針對性地進行講解和答疑。

3.3調(diào)整和完善課程教學(xué)內(nèi)容

“機床構(gòu)造及機電設(shè)備安修”是一門重要的專業(yè)課，其課程目標(biāo)是掌握典型機床的基本知識，初步具備基本機床的安裝、調(diào)試和維護能力。在以前的課程標(biāo)準(zhǔn)中對于機械設(shè)備的拆裝訓(xùn)練主要針對普通車床，新的課程內(nèi)容增加了數(shù)控機床主軸部分的拆裝練習(xí)，更貼近企業(yè)的實際需求，具體的課程目標(biāo)如表1所示。數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項的主軸拆裝模塊可以融入課程教學(xué)內(nèi)容中去。該模塊考查選手對數(shù)控主軸的拆裝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主軸裝配的工藝要求、精度要求、主軸傳動原理的理解及動手能力。該模塊的主要考核內(nèi)容如下：

（1）進行前軸承的安裝，主軸前端面朝下豎立在工作臺上，將配合好的迷宮圈裝入主軸，裝入第一個前軸承，軸承內(nèi)外環(huán)標(biāo)記對齊，大口朝下，軸承安裝為背對背；裝入內(nèi)外隔套；裝入第二個前軸承，軸承內(nèi)外環(huán)標(biāo)記對齊，軸承外標(biāo)記對齊，裝入隔套。

（2）裝入前軸承螺母，使用扳手緊固，調(diào)整力矩扳手為80N?m。

（3）使用杠桿千分表測量，前軸承外環(huán)與主軸后軸承徑接觸圓之間會裝跳動?r，前軸承外環(huán)端面裝跳動?a。

（4）裝入后軸承隔套，裝入兩后軸承，軸承內(nèi)外環(huán)標(biāo)記對齊，軸承外順序標(biāo)記對齊，前后軸承外標(biāo)記同一方向，裝入主軸套筒，將后蓋板與皮帶輪組裝。

（5）裝入平鍵，將皮帶輪裝入，裝入后軸承螺母，使用可調(diào)節(jié)扳手緊固，調(diào)整力矩扳手為60N?m。

（6）裝入前法蘭盤，裝入防水環(huán)，裝入定位鍵。將組裝好的主軸固定在主軸安裝架，安裝三項異步電機于電機座，使用杠桿百分表調(diào)整三項異步電機與機械主軸轉(zhuǎn)動芯軸的同軸度。安裝彈性聯(lián)軸節(jié)、安全防護罩。調(diào)節(jié)歐姆龍變頻器參數(shù)，為后續(xù)主軸上電檢查。通過把上述大賽的內(nèi)容融入到課程教學(xué)中，可以有效提升學(xué)生動手能力，更加貼近未來崗位的實踐要求?！皺C電設(shè)備故障診斷與維修”課程可以將數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與排故環(huán)節(jié)融入教學(xué)內(nèi)容中去。比賽要求以解除系統(tǒng)報警，準(zhǔn)確實現(xiàn)功能動作視為完成任務(wù)。選手在進行排故時應(yīng)根據(jù)要求對數(shù)控系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置。故障排除的步驟如下：排除故障時先確定I/Olink分配正確，機床X、Y信號正確，不沖突。再檢查機床顯示功能是否完整，是否顯示實際速度，是否顯示實際主軸轉(zhuǎn)速、T代碼，是否顯示主軸倍率值，是否顯示用來顯示伺服設(shè)定畫面的軟鍵，是否顯示用來顯示主軸設(shè)定畫面的軟鍵，是否進行操作監(jiān)視顯示、機床語言的切換、機床單位的設(shè)定等等，在完成這一系列的顯示問題后，根據(jù)報警頁面顯示排除機床報警。該部分內(nèi)容融入可以彌補課程中對數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)容偏少的不足，可有效提升學(xué)生崗位競爭力。

3.4加強崗、課、證、賽的融通

數(shù)控機床裝調(diào)維修及智能化改造賽項主要檢驗學(xué)生機械設(shè)備的裝調(diào)及精度，數(shù)控系統(tǒng)故障排除、電氣線路的施工，典型工件的編程與加工測量，機器人仿真軟件調(diào)試等方面的專業(yè)技能。技能的培養(yǎng)離不開長期的現(xiàn)場動手操作。學(xué)校現(xiàn)有教學(xué)資源通過有效整合可以很好地實現(xiàn)崗、課、證、賽融通。學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)資源和平臺：省級區(qū)域開放共享——徐州市重大裝備制造技術(shù)實訓(xùn)基地（蘇北唯一），江蘇省重大裝備智能制造技術(shù)實訓(xùn)平臺（蘇北唯一），江蘇省工程裝備智能制造工程技術(shù)研究中心（蘇北唯一），徐州市工程裝備智能制造產(chǎn)教深度融合實訓(xùn)平臺（蘇北唯一）。實現(xiàn)實訓(xùn)平臺的崗位設(shè)定與課程對接，有效提升學(xué)生技能水平，通過考取職業(yè)資格技能證書和參加技能比賽的形式檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果，同時這也是對學(xué)校教育教學(xué)水平的檢測。

4總結(jié)

高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的重要陣地，而職業(yè)院校技能大賽不但可以指引專業(yè)和課程體系發(fā)展，而且可以為學(xué)校人才培養(yǎng)提供一個檢驗和充分展示的平臺。技能大賽重點在綜合知識的運用和實踐操作能力，符合專業(yè)人才培養(yǎng)方案的需求。將技能大賽相關(guān)內(nèi)容融入專業(yè)課程，對教學(xué)理念和內(nèi)容的更新，“線上+線下”的探索導(dǎo)向的教學(xué)模式，課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整和完善，崗、課、證、賽的融通有明顯促進作用，有助于機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升[8-10]。

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作者:卓自明 徐大根 孟宋坤 張熙臻 單位:徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院