職業(yè)教育論文-模塊化柔性制造系統(tǒng)在現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)教育中的應(yīng)用 .doc

職業(yè)教育論文-模塊化柔性制造系統(tǒng)在現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)教育中的應(yīng)用摘要：借鑒德國職教師資培養(yǎng)的教育理念和教學(xué)方法，籌建開放式的自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)模塊化柔性制造系統(tǒng)，有助于改變傳統(tǒng)工科教學(xué)存在的弊端，提高教育教學(xué)質(zhì)量。本文總結(jié)了同濟(jì)大學(xué)職教學(xué)院引進(jìn)德國現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，開發(fā)模塊化柔性制造系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)這一系統(tǒng)的特征及適用范圍作一闡述。關(guān)鍵詞：模塊化；柔性制造系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)室；方案；特征；范圍同濟(jì)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院從1997年起承擔(dān)了中德兩國政府簽署的職教師資培養(yǎng)的合作項(xiàng)目，項(xiàng)目合作期限共八年，分三個(gè)階段執(zhí)行?，F(xiàn)設(shè)有機(jī)械工程及其自動(dòng)化、電子與信息工程、土木工程、工商管理四個(gè)職教師資本科專業(yè)，生源主要是職校和大專的優(yōu)秀應(yīng)屆畢業(yè)生。學(xué)院同時(shí)還是上海市和全國中、高等職業(yè)教育師資重點(diǎn)培訓(xùn)基地以及中德職業(yè)教育師資培訓(xùn)中心。根據(jù)中德合作項(xiàng)目要求，學(xué)院按中德雙方共同開發(fā)、制定的培養(yǎng)模式、教學(xué)計(jì)劃與大綱，培養(yǎng)集專業(yè)知識(shí)和技能及師范教學(xué)能力于一身的復(fù)合型職業(yè)教育高級(jí)人才。在職教師資培養(yǎng)過程中，學(xué)院借鑒和引進(jìn)德國職教師資培養(yǎng)的教育思想與教學(xué)方法，特別注重對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)與訓(xùn)練，大力加強(qiáng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。一、現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備的引進(jìn)傳統(tǒng)的工程學(xué)科教學(xué)中，通常做法是各門課程單獨(dú)傳授，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)了解各種技術(shù)在實(shí)際工程中是如何被綜合性應(yīng)用的。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時(shí)，每門課程雖然都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)都是各自獨(dú)立進(jìn)行的。在很多情況下，實(shí)驗(yàn)中所使用的設(shè)備和器件很多都是實(shí)驗(yàn)室專用的，與工業(yè)生產(chǎn)中所使用的實(shí)際設(shè)備和器件有著較大的差異。自動(dòng)化技術(shù)是一門融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。與其他工程領(lǐng)域相比，在自動(dòng)化生產(chǎn)中所使用的生產(chǎn)設(shè)備都是資金密集型的。因此，一方面，一般教學(xué)或培訓(xùn)單位是沒有經(jīng)濟(jì)實(shí)力專門為教學(xué)購置真實(shí)的、昂貴的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的；另一方面，擁有自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的企業(yè)，因經(jīng)濟(jì)原因而不愿將其作為實(shí)訓(xùn)設(shè)備給學(xué)生使用。這樣，學(xué)校在傳授自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，只能用模型或采用計(jì)算機(jī)仿真作為一種彌補(bǔ)的手段，但采用模型或計(jì)算機(jī)仿真的手段，學(xué)生無法學(xué)到真實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)所需的知識(shí)。從某種意義上說，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生是“半成品”，學(xué)生走上工作崗位后，面對(duì)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、器件仍然感到陌生，需要經(jīng)過較長的工作崗位適應(yīng)期。同濟(jì)大學(xué)職教學(xué)院在職教師資培養(yǎng)過程中，充分地認(rèn)識(shí)到了上述問題。為使機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)方向的職教師范生在學(xué)習(xí)過程中，有機(jī)會(huì)將所學(xué)到的各門專業(yè)課的知識(shí)綜合性地應(yīng)用到接近于生產(chǎn)實(shí)際的過程中，為他們走上教學(xué)崗位后應(yīng)用這種新的教學(xué)理念打下基礎(chǔ)，學(xué)院除了建立適合于現(xiàn)代教學(xué)法模式的幾個(gè)獨(dú)立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室外，正在籌建一個(gè)開放式自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室。在這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室中，將開發(fā)一套完全接近于生產(chǎn)實(shí)際的模塊化柔性制造系統(tǒng)，由同濟(jì)大學(xué)和德國技術(shù)合作公司(GTZ)共同投資。實(shí)驗(yàn)室的開放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)組成具有開放性，系統(tǒng)中不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備可相互兼容，便于以后擴(kuò)展；二是實(shí)驗(yàn)室資源具有開放性，實(shí)驗(yàn)室可面向校內(nèi)外各種層次的學(xué)生或培訓(xùn)學(xué)員，做到資源共享，擴(kuò)大受益面，使得高投資的設(shè)備取得盡可能大的社會(huì)效益。二、模塊化柔性制造系統(tǒng)的配置建成后的模塊化柔性制造系統(tǒng)，應(yīng)該能夠完成不同形狀和結(jié)構(gòu)尺寸零件的加工?，F(xiàn)計(jì)劃在該系統(tǒng)中加工制造東方明珠電視塔模型、國際象棋等，從毛坯進(jìn)來直到成品制成的所有工序都要在該系統(tǒng)中完成。為了達(dá)到這些工藝要求，系統(tǒng)集成了下列主要功能模塊：(一)切削加工工位該工位由一臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)數(shù)控銑床組成，能完成車、銑、鉆的切削加工任務(wù)。數(shù)控裝置采用的是具有開放性和兼容性的通用PC機(jī)，操作鍵盤為標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)鍵盤，操作系統(tǒng)為WIN95982000MENT4.0XP，采用圖形操作界面，具有人機(jī)對(duì)話編程功能。在這兩臺(tái)機(jī)床上可以選用手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)數(shù)控加工方式，學(xué)生在工位上可以學(xué)習(xí)編制數(shù)控程序、操作和調(diào)整數(shù)控機(jī)床。(二)上、下料工位在該工位上配置一臺(tái)Eshed公司的五軸機(jī)器人，通過在線模塊，可以將PC機(jī)上編好的程序直接傳送到機(jī)器人控制器中。學(xué)生在該工位上可以學(xué)習(xí)機(jī)器人編程語言，并學(xué)習(xí)如何操作使用機(jī)器人。(三)倉儲(chǔ)系統(tǒng)倉儲(chǔ)系統(tǒng)采用的是一個(gè)四層28個(gè)庫位的立體高架倉庫，共分三個(gè)區(qū)域，分別用于存放毛坯、半成品和成品零件，同時(shí)配備一個(gè)物料搬運(yùn)機(jī)械手。(四)柔性物料輸送系統(tǒng)在各個(gè)工位之間零件的傳輸，是由一個(gè)環(huán)形的可按需拼裝的傳送帶和有軌輸送小車完成的，該傳送系統(tǒng)具有零件的傳送、交換等功能。(五)監(jiān)控系統(tǒng)每個(gè)自動(dòng)工位都配備一個(gè)可編程控制器，各自動(dòng)工位之間是通過工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)(如Profibus)相連接的，由一臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)自動(dòng)工位的工況，在這臺(tái)PC機(jī)上還可實(shí)時(shí)顯示各自動(dòng)工位的工況信息。三、模塊化柔性制造系統(tǒng)的特性在綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里，主要傳授與實(shí)踐有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際的操作技能，在建立綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，必須考慮到使學(xué)習(xí)的內(nèi)容與勞動(dòng)過程緊密相關(guān)。因此，所要建立的模塊化柔性制造系統(tǒng)具備了下述重要特性：(一)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化特性在系統(tǒng)中絕大部分的設(shè)備和器件都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能不使用過分簡化了的教學(xué)設(shè)備與器件，使學(xué)生可以在一個(gè)能反映真實(shí)生產(chǎn)過程的系統(tǒng)中學(xué)到專業(yè)知識(shí)與操作技能。(二)模塊化特性系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成具有模塊化的特性，也就是系統(tǒng)中的每個(gè)功能部件都能獨(dú)立運(yùn)行，重要的功能部件應(yīng)該是分布式控制的。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅可以對(duì)各個(gè)功能部件進(jìn)行操作，而且還可以根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容增減功能部件，功能部件的增減同時(shí)又不影響系統(tǒng)中其他功能部件的運(yùn)行。(三)結(jié)構(gòu)的開放性和兼容性由于電子技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，所建系統(tǒng)必須與變化了的技術(shù)要求相匹配。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，我們充分考慮了其硬件結(jié)構(gòu)與軟件系統(tǒng)的開放性和兼容性，使得組成該系統(tǒng)的設(shè)備不僅能與當(dāng)今其他設(shè)備相組合和匹配，而且還具有進(jìn)一步開發(fā)的可能性，為將來技術(shù)更新留有余地。(四)學(xué)習(xí)的實(shí)踐特性學(xué)生在綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該具有創(chuàng)造性勞動(dòng)的可能性，也就是允許學(xué)生對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行拆裝、更改，以使他們能夠真正學(xué)到生產(chǎn)實(shí)際所需的專業(yè)技能。在該系統(tǒng)中采用的元器件雖然是工業(yè)用的，但是，在設(shè)計(jì)這些元器件時(shí)已經(jīng)充分考慮到了拆裝的方便性。所以，學(xué)生能較容易地把建好的系統(tǒng)重新拆開，然后再組裝起來，而且還可以通過增減器件來對(duì)系統(tǒng)的配置進(jìn)行重構(gòu)。(五)現(xiàn)代教學(xué)特性在現(xiàn)代職業(yè)勞動(dòng)中，勞動(dòng)組織形式是以小組勞動(dòng)為特征的，在職業(yè)技術(shù)教育中，學(xué)生在學(xué)校就應(yīng)該了解并習(xí)慣于這種勞動(dòng)組織形式。模塊化柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為學(xué)生提供了這種可能性，這是因?yàn)槊總€(gè)功能部件都能獨(dú)立運(yùn)行，各功能部件又通過局域網(wǎng)絡(luò)相連接，通過協(xié)調(diào)控制連成一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生在該系統(tǒng)中學(xué)習(xí)時(shí)，可以將“構(gòu)建系統(tǒng)”作為一個(gè)學(xué)習(xí)課題，先構(gòu)思出整個(gè)系統(tǒng)的方案，然后各小組分別對(duì)各功能部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試。在各功能部件調(diào)試通過之后，將組合系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試。在整體調(diào)試通過之后，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后，整個(gè)學(xué)習(xí)課題才算完成。學(xué)習(xí)的任務(wù)是以課題的形式出現(xiàn)的，學(xué)生參與了從整體構(gòu)思、設(shè)計(jì)直至安裝、編程、調(diào)試、評(píng)價(jià)的所有學(xué)習(xí)過程，這樣的學(xué)習(xí)過程符合行為導(dǎo)向和創(chuàng)造導(dǎo)向的教學(xué)思想。學(xué)生在這樣的系統(tǒng)中學(xué)習(xí)，除了能學(xué)到有關(guān)專業(yè)知識(shí)和技能外，還能培養(yǎng)包括獨(dú)立工作能力、決策和判斷能力在內(nèi)的個(gè)人能力，以及包括協(xié)作能力、交往能力以及強(qiáng)烈的責(zé)任心在內(nèi)的社會(huì)能力。四、模塊化柔性制造系統(tǒng)的適用范圍(一)學(xué)習(xí)內(nèi)容在該模塊化柔性制造系統(tǒng)中，可以進(jìn)行下列單項(xiàng)或多項(xiàng)內(nèi)容組合式的教學(xué)與培訓(xùn)：數(shù)控機(jī)床操作、編程和加工功能擴(kuò)展重構(gòu)以及數(shù)控機(jī)床精度檢查及調(diào)整機(jī)器人的操作、調(diào)整、編程和保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的聯(lián)機(jī)倉儲(chǔ)管理傳送帶調(diào)整、重構(gòu)和編程傳送帶與倉庫以及各工位之間的聯(lián)機(jī)工件檢驗(yàn)和質(zhì)量管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)電子、電氣、氣動(dòng)等的安裝復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)、保養(yǎng)和故障查找編制教學(xué)軟件并制作新的教學(xué)媒體(二)適用對(duì)象由于該系統(tǒng)與一般的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相比價(jià)格較昂貴，而且從技術(shù)的角度看系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以如何充分、合理地使用好該系統(tǒng)是非常重要的。建成的綜合性的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室將成為開放性實(shí)驗(yàn)室，主要面對(duì)下列學(xué)習(xí)對(duì)象：1本學(xué)院的學(xué)生。主要是已經(jīng)學(xué)過專業(yè)基礎(chǔ)課的機(jī)械工程及自動(dòng)化、電子與信息工程等專業(yè)不同竿級(jí)的學(xué)生。2同濟(jì)大學(xué)其他院系的學(xué)生。為了實(shí)現(xiàn)資源共事，可以讓本校其他院系需要做機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)的學(xué)生共同使用該實(shí)驗(yàn)室。這樣不僅可以提高設(shè)備的利用率，而且可以增進(jìn)院系之間的合作交流。3參加進(jìn)修與繼續(xù)教育的職教教師或工程技術(shù)人員。本學(xué)院是上海市和全國的職教師資培訓(xùn)基地，承擔(dān)著大量的職教教師的進(jìn)修與繼續(xù)教育的任務(wù)。將該綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室用于對(duì)外培訓(xùn)，不僅可以進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)室的利用率