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摘 要：本文利用互联网 + 和虚拟现实技术，结合生产实习内容及先进制造技术发展，基于多模式生产实习体系， 开发了生产实习教学平台，提供多层次的资源与实训。教学平台与校内外真实现场的实习相结合，延伸生产实习教学的时间和空间，拓展生产实习教学内容的深度和广度。同时通过先进技术实现课程的复现和随时在线学习，符合大学生成长新特点、信息化时代教育教学新规律，提高了学生自主学习的积极性，获得了良好的教学效果。
关键词：生产实习教学平台；虚拟实训；校内外实习基地；多模式
本文引用格式： 贺秋伟， 曲兴田， 张富， 等 . 基于多模式生产实习体系的教学平台研制 [J]. 教育现代化 ,2021,8(41):24-27,72.
Development of Teaching Platform Based on Multi Mode Production PracticeSystemHE Qiuwei，QU Xingtian，ZHang Fu，Wang Hongyi，SUn Huichao(School of Mechanical and aerospace Engineering, Jilin University, Changchun Jilin）
Abstract: Taking internet + and virtual reality technique, combined with production practice content and advanced manufacturing technical development, and based on multi mode production practice system, the teaching platform which can provide multi level resources and training is developed. The production practice teaching platform is combined with the real intramural and extramural field practice. The time and space of production practice teaching are extended, the depth and breadth of production practice content are expanded. And the recurrence of courses and online learning at any time can be achieved through advanced technology, which is in line with the characteristics of college students’ growth and rules of education in the information age, increases initiative of students in learning knowledge by themselves, and good teaching results have achieved.
Keywords: production practice teaching platform; virtual training; extramural and intramural practice bases; multi mode
一 引言
生产实习是工科院校实践性教学的重要环节， 对学生工程实践能力培养至关重要。机械类本科生产实习主要内容包括典型零件结构及机械加工工艺过程、典型产品结构及装配工艺过程、工艺装备性能及特点等。生产实习大多在企业进行 [1-2]，而近几年制造技术的快速发展推动着企业不断迭代升级， 使得在企业的实习面临着许多困境，单一的企业实习模式已无法保证生产实习教学质量，急需改革生产实习教学模式 [3-6]。
二 生产实习多模式教学体系建设的必要性
（一） 校外生产实习面临的困境
以企业作为校外生产实习基地能够使学生在现代化大规模生产的实际现场中，巩固和加深所学的理论知识，切实体会到理论知识在实践应用中的复杂性，了解和学习企业的组织结构、生产流程等状况。培养学生建立起鲜明的工程观念和精益求精的工匠精神。
但随着改革的深入和企业生产战略的调整，发生了很多不利于学生实习的变化 [7-8]：原有的实习基地因产品的调整、设备的更新等原因使实习容量不断减少；多数企业考虑生产质量保障、知识产权保护、安全管理等因素，普遍不支持学生到生产现场实习， 导致新的实习基地开发困难；接受实习的企业通常不允许学生进入加工线和装配线生产区域，只允许在生产线远处观看，无法深入了解产品的生产工艺流程；实习阶段有时企业开工不足；而且随着数控机床、加工中心等先进制造装备的大量应用，加工时机床是封闭的，很难看到工件、刀具及设备各部分的运行情况。这种实习模式极大地制约了学生工程实践能力的提高。
（二） 校内生产实习基地的建设
为解决在企业生产实习的种种弊端 [9-10]， 提高生产实习教学质量，我校机械与航空航天工程学院建立了校内生产实习基地，包括三条完整的典型零件机械加工生产线和三种典型部件装配实习场地。加工生产线具有车、铣、钻、镗、磨、插削等多种加工方法所涵盖的机床、刀具、夹具等工艺装备以及零件毛坯、成品、半成品。校内生产实习基地与企业生产实习形成优势互补，使学生能够近距离观察与分析整个零件加工的工艺流程及装备，增强对已学理论知识的理解，提高工程实践能力。
（三） 校内外基地与教学平台相结合的生产实习多模式构建
由于现代制造系统工序高度集中，大多数制造装备高度封闭，生产线布置紧凑，除工作人员以外， 其他人员很难靠近，在生产现场要了解和学习系统内各部分的结构及工作原理十分困难。此外，加工中心、汽车与航空航天发动机等复杂产品无法实际拆装以了解其内部结构。在校内外实习基地，学生主要通过以听、看、记录为主来了解和掌握基本生产知识，印证和巩固已学过的理论知识，而无法实际拆装、亲自操作。此外，先进制造技术及其装备发展很快，理论教学内容的跟踪还相对容易，但校内外实习基地却不能适时跟踪。这些都在很大程度上降低了学生对现代化生产的认识，影响了学生自主学习探索的积极性。
为了使学生能够在生产实习中深度参与，激发学生的学习兴趣和主动学习能力，本文建立了生产实习教学平台，结合校内外真实现场的实习，形成多模式的生产实习教学体系，以提高应对突发事件的能力，保证生产实习教学质量。
三 生产实习教学平台的建设
利用互联网 + 和虚拟现实技术，结合生产实习内容及先进制造技术发展，建立生产实习教学平台。该平台提供多层次的资源与实训，并与时俱进地丰富与完善平台内容。
生产实习教学平台将实习之前相关知识的预先学习、实习过程中的答疑与指导、实习报告提交后的批改、实习教学效果评估和实习过程的管理等环节进行有机集成。教师通过平台发布线上线下实习任务和活动，组织线上研讨和回复提问，在线审阅实习文档等方式对学生实习过程进行指导，提高教学效率与效果。
生产实习教学平台主要内容包括：基地概况、校外实习、校内实习、资源共享、交流天地、在线测试等，如图 1 所示。资源共享模块包括实习动员、实习指导书、实习思考题、生产现场录像、实习基地宣传录像、典型零件工艺分析和典型工序录像、夹具原理三维动画、数控加工相关知识、先进制造技术及装备等内容。校外实习模块主要是实习企业介绍，包括企业规章制度、企业文化、产品特性、企业实习内容及要求等。校内实习模块包括以下两部分内容。
（一） 零件加工工艺模块
零件加工工艺模块用于了解和学习轴、箱体、叉杆类等典型零件功用、结构特点、加工顺序安排、机床及刀具结构特点、夹具结构特点、定位夹紧方式等。
（1）典型零件二维工程图、三维模型库。根据典型零件的二维工程图，利用三维建模软件 ( Computer aided Three-dimensional Interactiveapplication，CaTIa) 建立汽车调整臂壳体、一轴、变速箱壳体等实习零件的三维模型库。
（2）机床及工艺装备三维模型库。利用 CaTIa 三维建模软件建立机床、刀具、夹具、量具的三维模型库。
（3）典型零件可视化三维加工工艺文件。随着数字化、网络化、智能化工厂的日益发展，可视化三维加工工艺因其具有能够直观清楚地表达零件主要特征、尺寸及加工基准等信息，减少工人分析时间及加工失误等优势，逐步被现代化工厂所采用。利用计算机辅助工艺规程设计软件（Computer aided Process Planning，CaPP）设计典型零件的加工工艺规程并建立可视化三维加工工艺卡。图 2 为某汽车调整臂壳体三维加工工艺卡，工艺卡片除了包含切削参数、加工基准、刀具等必要信息外，还包含了机床与夹具模型信息，使工艺卡信息更为完整直观。
（二） 产品装配工艺模块
产品装配工艺模块用于了解和学习典型产品的功用及结构特点、工作原理、装配工艺，并且进行典型产品虚拟装配实训。典型产品三维模型库。利用 CaTIa 三维建模软件建立汽车驱动桥、前桥、变速箱、离合器等典型产品各组成零部件的三维模型库及产品整体三维模型库。
典型产品三维可视化装配工艺文件。传统装配过程是依据二维装配图、二维装配工艺卡进行装配， 装配工人有时可能无法完全理解工艺设计人员的想法，信息传递容易出现断层，导致装配出现问题，而三维装配工艺卡和装配动画能够更直观、准确地表达零部件间的装配关系及装配顺序，提高装配效率。
利用 3DaST 开目三维装配工艺规划软件进行典型产品的装配工艺规程设计，建立三维可视化装配工艺卡，制作虚拟装配动画。图 3 为某汽车驱动桥三维可视化装配工艺卡。
装配工艺卡包含有三维装配工序图、装配工序内容、数量、技术要求、装配设备及工具等完整直观的装配信息。利用 VB（Visual Basic）语言开发了典型产品三维可视化装配工艺系统以实现可视化交互操作。图 4 为汽车驱动桥三维可视化装配工艺系统。
图 5 VR 环境下某汽车驱动桥虚拟拆装驱动桥虚拟拆装。
典型产品虚拟装配实训系统。利用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术软件 VR DO Player 将设计的典型产品融入于虚拟装配过程中，实现典型产品的虚拟拆装、零部件任意方向的剖切、零部件关键尺寸测量等，保证实时交互。学生通过交互方式完成典型产品的装拆过程，此过程有错误提示，教师根据学生完成的情况和提交的实习报告给出评价。基于 VR 的典型产品虚拟装配实训系统能够实现实习内容的全员覆盖实时共享，让学生身临其境、安全自主地进行实训课程学习。
四 结语
生产实习教学平台与真实现场的实习实践相结合，提高了在教师引导下以学生为主体的主动实践能力以及在实习过程中进行独立思考和解决工程实际问题的能力，极大地激发学生主动学习的兴趣， 降低或避免了学生在基于真实物理空间的实习教学过程中存在的盲目性、低效率、危险性以及难以重复等问题，并可较为科学地评价实践教学效果。
同时通过先进技术实现课程的复现和随时在线学习，符合大学生成长新特点、信息化时代教育教学新规律，激发学生学习热情和自主探索精神。近两年， 通过在全校每年四个学院 8 个专业 1000 名学生的生产实习教学中应用，获得了良好的教学效果。特别是突如其来的疫情，使得学生无法去企业实习，而校内现场实习基地也由于容量有限，难以满足广大学生高时长、高密度的实习教学任务需求。生产实习教学平台的应用，为辅助真实现场的实习、保证生产实习教学质量发挥了重要作用。
参考文献
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