机械制造课程体系首先应体现机械制造专业的特点, 并且适应社会进步、经济发展和科学技术发展的要求, 为学生的持续、全面发展奠定基础。一个好的课程体系必须依据社会对机械制造人才的需要和制造技术发展的趋势, 并根据各高校自身专业特色和科研优势等办学实际, 适时地进行革与建设。只有通过不断地开展教学改革的理论研究与实践探索, 才能逐步形成具有特色鲜明、知识结构与时俱进的课程体系[1]。
制造技术的网络化是现代企业发展的必由之路, 制造业走向整体化、有序化, 这同人类社会发展是同步的。制造技术的网络化是由两个因素决定的:一是生产组织变革的需要, 二是生产技术发展的可能。这是因为制造业在市场竞争中, 面临多方的压力:采购成本不断提高, 产品更新速度加快, 市场需求不断变化, 客户定单生产方式迅速发展, 全球制造所带来的冲击日益加强等等;企业要避免传统生产组织所带来的一系列问题, 必须在生产组织上实行某种深刻的变革。这种变革体现在两方面:一方面利用网络, 在产品设计、制造与生产管理等活动乃至企业整个业务流程中充分享用有关资源, 即快速调集、有机整合与高效利用有关制造资源;与此同时, 这必然导致制造过程与组织的分散化、网络化, 使企业必须集中力量在自己最有竞争力的核心业务上。科学技术特别是计算机技术、网络技术的发展, 使得生产技术发展到可以使这种变革的需要成为可能。
如何以社会需求为导向, 将企业实际生产状况及发展趋势与我校现有实验条件相结合, 实现我校培养应用型、复合型人才目标。使机电类专业学生在现代制造技术应用方面具有较强的数控设备操作和计算机应用能力, 能够熟练使用CAD/CAM/CAE/CAPP软件, 并理解、掌握相应的数字化设计、数字化制造、数字化检测相关课程模块及先进制造技术知识体系架构。为此应用网络技术对机械制造专业课程的设计模块、制造模块、管理模块进行集成势在必行。
1 教学模块集成的目的与教学内容的改革
机械制造专业相关的计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助制造 (CAM) 、计算机辅助工艺规划 (CAPP) 、计算机辅助测试 (CAT) 、计算机辅助质量控制 (CAQ) 、数控技术 (CNC) 、快速成形技术 (RP) 等专业课程模块。原来都是“孤立”的, 未能体现“集成”的特点, 数字化设计、数字化制造、数字化检测之间的内在联系不能体现出来。将技术上的各个单项信息处理和制造管理信息系统集成在一起后, 才能将产品生命周期中所有的有关功能, 包括设计、制造、管理、市场等的信息处理全部予以集成, 关键是通过网络集成后建立统一的全局产品数据模型和数据管理及共享的机制, 以保证正确的信息在正确的时刻以正确的方式传到所需的地方。从而实现全局优化并缩短设计时间, 降低产品的成本和价格, 改善产品的质量和服务质量, 以提高产品在市场的竞争力。
网络制造技术的应用及数字化的产品研发设计使得机械制造专业教学模式发生了根本性的变化, 尤其是网络技术的应用使CAD/CAM/CAPP等数字设计模块和数控加工设备的联系变得更为紧密, 使信息传输和利用更为有效, 不仅使教学内容在方式、方法上发生深刻的变换, 尤为重要的是使师生对现代制造理念得到进一步的认识[2]。
通过网络集成, 可使多台联网的数字化制造设备 (数控机床、快速成形、特种加工机床) 共享产品设计信息 (数字化设计) , 可实现同步加工复杂零件, 提高了价格昂贵的数控机床使用效率 (数字化管理) ;应用三坐标测量机, 对被测量零件进行数据采集, 然后通过网络传输到设计中心的大型CAD/CAM/CAE/CAPP系统中, 对采集的数据进行加工仿真、优化, 在生成加工程序后, 再传回到制造中心或快速成形机, 加工或试制产品。使网络制造系统拥有了从数据采集、产品数字开发、先进制造及综合信息管理的能力, 从而为操作者、编程者、管理者提供了一个畅通的信息交流平台, 为高校进行产、学、研活动打下了良好的基础。
2 网络制造系统的组成及其特点
经过多方面调研论证, 南阳理工学院机电工程系选择华中科技大学机械科学与工程学院与北京兰光创新科技有限公司进行合作, 引进了CIMCO DNC数控机床联网系统, CIMCO完全支持Fanuc、Siemens、Mitsubishi、Heidenhain、Mazak及Fagor等控制系统, 具有良好的兼容性, 支持标准的RS232、RS422、485、TCP/IP等通讯协议, 不论是RS232接口还是可连接到Hub的以太网卡, 都可实现通讯;而供管理系统使用的低层数控制造单元的数据采集、处理系统及DNC管理系统与CAD/CAM/CAE/CAPP系统的信息集成软件则由华中科技大学机械科学与工程学院开发。经过努力, 成功地将制造中心所有数控机床及部分数字化设备连入局域网, 网络制造系统架构见图1所示。
2.1 网络整体布局及特性
整个网络分为两层结构:中心管理层与制造加工层。中心管理层由DNC管理服务器、工程数据库、Web服务器组成, 数字开发设备通过中心交换机与中心管理层相连;制造加工层底端制造单元分为三组:第一组由7台华中Ι型数控车床及一台FANUC数控车床组成, 华中Ι型数控车CNC (Computerized Numerical Control) 采用华中Ι型开放式数控系统, FANUC数控车CNC带有RS232串行接口;第二组由6台华中Ι型数控铣床及一台带仿形功能的华中Ⅱ型数控铣床组成;第三组由4台小型数控加工中心及一台中型数控加工中心组成, 4台小型数控加工中心CNC系统为SIEMENS802D系统, 中型数控加工s中心CNC系统为SIEMENS 810D系统, 都带有RS232串行接口。为了便于管理、教学, 每组都配有一台PC机, 每台PC机与每组数控设备之间通过串口MOXA C320相连, PC机上行通过HUB与中心管理层相连。由图1可见, 通过网络技术将专业涉及的设计模块、制造模块、管理模块集成在一起, 实现信息的传输与共享。同时通过外网可实现与外部企业的信息交换与共享, 为校企合作、提高教学质量的同时为高校老师进一步增强科研能力打下了坚实的基础[3,4]。
2.2 系统软件组成及特点
系统操作平台采用Windows2000, 数据库管理系统采用SQL Server2000数据库系统。数控机床联网、通讯、管理系统由CIMCO DNC—Max V5 (DNC机床联网通讯系统) 、CIMCO Edit V5 (数控程序编辑与仿真系统) 、CIMCIO NC Base V5 (数控程序管理系统) 三部分构成, 这三个部分无缝集成为一个整体, 分别负责机床通信、程序编辑和程序管理。CIMCO NC Base V5不仅仅是简单地存储程序, 并可以调用功能强大的CIMCO Edit V5进行程序编辑和加工轨迹的仿真, CIMCIO NC Base V5是在SQL Server基础上开发的, 也可用Oracle作为数据库后台, 同时与CAPP、PDM、MES等系统具有良好的集成性, 该系统完全支持Win98Win200WinXP操作平台, 还能关联存储零件图片或工艺图片, 以便在调用加工程序时, 相关工艺卡片、刀具信息、几何参数可一并传输[5,6]。
3 结语
在计算机技术和网络技术迅猛发展的今天, 现代制造业日益体现出智能化 (Intelligence) 、网络化 (Internet) 、集成化 (Integration) 、创新 (Innovation) 和信息化 (Information) 的特点。数字化的产品研发设计和网络化制造已成为制造企业在21世纪的重要发展方向[7]。高校为了满足现代企业对人才的需求模式, 教学改革是永无止境的, 面对社会转型和科技术的不断进步, 专业课程的建设与改革更应具有时效性。这样才能使学生通过实践的途径获取更多的技术应用能力, 同时引导学生对某一个研究方向进行更深人的研究, 在学习、研究的过程中建立相应的专业知识体系, 为学生将来的进一步发展打下良好的基础。应用网络技术对机械制造专业课程模块进行相应的集成为此目的进行了有益的尝试。
摘要：本文介绍了当前现代制造业发展状况及趋势, 为了满足现代工业企业对高校人才培养模式的需求, 实现高校专业人才培养目标, 指出了网络制造技术在机械制造专业教学中的研究与应用的必要性及迫切性, 论述了网络制造系统的组成及特点, 总结了网络制造系统实现的功能和关键技术, 强调了网络制造技术在机械制造教学模式改革中的现实意义。
关键词：教学改革,网络制造技术,机械制造教学模块,集成
参考文献
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[2] 徐锋, 左敦稳.关于机械制造技术课程改革的探索与实践[J].高校教育管理, 2007, 4.
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[5] 杨叔子, 吴波, 胡春华, 等.网络化制造与企业集成[J].中国机械工程, 2000, 11.
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