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)高素質技術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)質平臺，同時也是學校高素質技術技能人才培養(yǎng)成果集中展現(xiàn)的舞臺。課題組以徐州工業(yè)職業(yè)技術學院為例，介紹了職業(yè)院校技能大賽數(shù)控機床裝調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。教學實踐表明，將職業(yè)院校技能大賽相關內容融入專業(yè)課程，對教學理念和內容的更新，線上+線下的探索導向的教學模式，課程教學內容的調整和完善，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)質量的提升。
關鍵詞：機電基礎；技能大賽；教學改革
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)院校技能大賽是學校培養(yǎng)高素質技術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)質平臺，同時也是學院高素質技術技能人才培養(yǎng)成果集中展現(xiàn)的舞臺。通過大賽引領教育行業(yè)對現(xiàn)有教學模式、教學體現(xiàn)和評價方式進行與時俱進的調整，促進人才培養(yǎng)，實現(xiàn)質量的提升[1-5]。
1賽項簡介
數(shù)控機床裝調維修及智能化改造賽項涉及以下幾方面內容：機械設備的裝調及精度檢驗，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、電機與電氣控制技術、工業(yè)機器人編程與操作、可編程控制器技術及應用、機電設備故障診斷與維修等。基本涵蓋2022年新修訂的高等職業(yè)教育專科專業(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)技術學院為例，該校機電一體化專業(yè)隸屬于機電工程學院工業(yè)機器人專業(yè)群，其培養(yǎng)目標為：掌握本專業(yè)知識和技術技能，面向通用設備制造業(yè)，金屬制品、機械和設備修理業(yè)的設備工程技術人員、機械設備修理人員等職業(yè)群，培養(yǎng)能夠從事機電一體化設備生產與維修、自動生產線運維、工業(yè)機器人應用、機電一體化設備安裝與調試、機電一體化設備銷售和技術支持、機電一體化設備技改等工作的高素質技術技能人才。核心專業(yè)課程包括電氣控制與PLC應用技術（Mitsubishi）、運動控制技術（XINJE）、組態(tài)軟件項目開發(fā)與實踐、自動化生產線安裝與調試、機電系統(tǒng)設計與調試技能訓練等。培養(yǎng)方案每3年進行一次修訂，但技能大賽內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)控機床裝調維修及智能化改造賽項對接智能制造職業(yè)方向，強調的是通過數(shù)控機床調試、故障維修和功能開發(fā)解決實際問題能力，是對專業(yè)知識的綜合應用和能力升級。通過該賽項引領和促進機電一體化、機械設計及其自動化專業(yè)的教學改革，提升培育教學的成果。
3.1促進教學理念和內容的更新
技能大賽的每一個賽項都與該行業(yè)領域緊密對接。因此，其比賽內容和發(fā)展方向，既能反映該領域最新發(fā)展理念，又能體現(xiàn)該行業(yè)技術標準、技能需求和實踐要求。通過參加數(shù)控機床裝調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”這門課的教學內容。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備。比賽內容旨在培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)基礎知識能力，比如梯形圖編程、變頻器正確使用、電工接線等專業(yè)技能，提升學生邏輯思維和動手能力。該環(huán)節(jié)要求完成電路設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主軸的額定轉速、#3799的#1進行相應的設置。參數(shù)調整完成后，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)調整使得與模擬主軸電機的轉速相匹配。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程序和轉速控制程序配合形成，轉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)后轉化為轉速控制CNC，顯示并發(fā)出對應電壓給到變頻器，實現(xiàn)可調轉速控制。該內容涉及變頻器、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。這些知識內容的融入，有利于教育教學理論知識推陳出新。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。這不僅提升了學生的學習興趣，也增強了課程的實用性和技能性。
3.2推行“線上+線下”探索導向教學模式
學生學習主動性不高，課堂教學效果不理想等高職院校在現(xiàn)實教學中所面臨的困境，迫使教育教學的參與者進行教學模式改革和探索。翻轉課堂的教學模式可以實現(xiàn)課堂和課下學習活動的統(tǒng)一。課前，老師可以將軟件工具、微課視頻、PPT、課前作業(yè)等教學資源發(fā)布在網上，學生在課下任何時間都可以進行自主學習。這種學習方式一方面可以擺脫傳統(tǒng)學習方式時間和空間的限制，增強學生的學習興趣；另一方面學生也可以通過先行學習獲得對知識點的初步認識，了解學習目標。可有效提升課程教學效果。課堂教學內容實施過程中，簡單概念性的問題可以通過簡短梳理總結完成，更多的時間用于核心知識點的分析、討論、聯(lián)系和總結。“機電設備故障診斷與維修”作為機電一體化專業(yè)的核心課程，在教學形式上可以引入數(shù)控機床裝調維修及智能化改造賽項中“機器人上下料編程”模塊。該部分任務要求利用FANUCLADDER-III軟件在原有的梯形圖基礎上編寫和修改PMC梯形圖，實現(xiàn)功能開發(fā)，開發(fā)內容包括電動機正反轉與起保停程序、三色燈閃爍程序、機器人上下料虛擬仿真程序。其中，電動機正反轉與起保停程序編寫較為簡單，學生根據(jù)預設的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。該部分內容與“機電設備故障診斷與維修”這門課程在專業(yè)性上高度相關。學生課下可以利用FANUCLADDER-III軟件和機器人仿真軟件，結合老師的教學資源和學習任務考核，完成線上自主學習。教師根據(jù)學生任務學習情況有針對性地進行講解和答疑。
3.3調整和完善課程教學內容
“機床構造及機電設備安修”是一門重要的專業(yè)課，其課程目標是掌握典型機床的基本知識，初步具備基本機床的安裝、調試和維護能力。在以前的課程標準中對于機械設備的拆裝訓練主要針對普通車床，新的課程內容增加了數(shù)控機床主軸部分的拆裝練習，更貼近企業(yè)的實際需求，具體的課程目標如表1所示。數(shù)控機床裝調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內容中去。該模塊考查選手對數(shù)控主軸的拆裝、內部結構、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，軸承內外環(huán)標記對齊，大口朝下，軸承安裝為背對背；裝入內外隔套；裝入第二個前軸承，軸承內外環(huán)標記對齊，軸承外標記對齊，裝入隔套。
（2）裝入前軸承螺母，使用扳手緊固，調整力矩扳手為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，軸承內外環(huán)標記對齊，軸承外順序標記對齊，前后軸承外標記同一方向，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，使用可調節(jié)扳手緊固，調整力矩扳手為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，使用杠桿百分表調整三項異步電機與機械主軸轉動芯軸的同軸度。安裝彈性聯(lián)軸節(jié)、安全防護罩。調節(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容融入到課程教學中，可以有效提升學生動手能力，更加貼近未來崗位的實踐要求。“機電設備故障診斷與維修”課程可以將數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與排故環(huán)節(jié)融入教學內容中去。比賽要求以解除系統(tǒng)報警，準確實現(xiàn)功能動作視為完成任務。選手在進行排故時應根據(jù)要求對數(shù)控系統(tǒng)進行參數(shù)設置。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速、T代碼，是否顯示主軸倍率值，是否顯示用來顯示伺服設定畫面的軟鍵，是否顯示用來顯示主軸設定畫面的軟鍵，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。該部分內容融入可以彌補課程中對數(shù)控系統(tǒng)軟件內容偏少的不足，可有效提升學生崗位競爭力。
3.4加強崗、課、證、賽的融通
數(shù)控機床裝調維修及智能化改造賽項主要檢驗學生機械設備的裝調及精度，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。學校現(xiàn)有教學資源通過有效整合可以很好地實現(xiàn)崗、課、證、賽融通。學校現(xiàn)有教學資源和平臺：省級區(qū)域開放共享——徐州市重大裝備制造技術實訓基地（蘇北唯一），江蘇省重大裝備智能制造技術實訓平臺（蘇北唯一），江蘇省工程裝備智能制造工程技術研究中心（蘇北唯一），徐州市工程裝備智能制造產教深度融合實訓平臺（蘇北唯一）。實現(xiàn)實訓平臺的崗位設定與課程對接，有效提升學生技能水平，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生學習成果，同時這也是對學校教育教學水平的檢測。
4總結
高職院校是培養(yǎng)高素質技術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。將技能大賽相關內容融入專業(yè)課程，對教學理念和內容的更新，“線上+線下”的探索導向的教學模式，課程教學內容調整和完善，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)技術學院
