数字孪生技术...
主讲教师:罗丽华
教师团队:共8位
一、课程定位
《智能生产线数字化设计与仿真》课程是智能控制技术的专业核心课,它是一门技术性和工程性较强的课程,《智能生产线数字化设计与仿真》课程是基于AR虚拟仿真设备开设的。为了保证学生在线学习的质量,确定了合适的在线教学模式。《智能生产线数字化设计与仿真》课程旨在培养学生建立机电一体化的概念,对典型的机电设备的组成有一个总体的了解。培养学生控制系统的基术理论、过程控制的基本规律以及典型控制系统的基本应用能力,掌握机电控制系统的常用分析方法及其调试方法和控制器的类型和特点,学习典型机电设备控制的应用实例。本课程可作为高职高专院校智能控制技术、电气自动化技术和机电一体化技术等相关专业的教材,也可供从事工业生产数字化应用开发、调试与现场维护的工程技术人员参考。
(一)课程性质
本课程是培养机电一体化专业有关工程设计、智能制造和设备维护的应用性人才,培养学生机电应用技术方面的专业知识,其核心能力为工业机器人的生产、销售、使用、维护和保养及智能制造等能力构建。机电一体化技术专业的学生在完本课程后,能获得具有生产一线和运行人员所必须掌握的工业机器技术应用基本知识技能,并通过实训能灵活应用所学知识,为后续课程的学习,以及为将来走上社会成为应用人才和技能人才奠定基础。
(二)课程作用
本课程是智能控制技术专业的专业核心课程,主要作用是通过本门课程的讲述,达到培养学生知识目标、能力目标、素质目标。为今后的专业课学习打好基础;通过本课程的学习,使学生掌握构建机器人工作站元器件模型,对三维模型进行运动设置,使用三维模型软件构建自动线与机器人工作站系统的能力;具备软件仿真技术实现电气与机械的接口, PLC和自动线与机器人工作站的仿真控制系统的能力。初步具有数字化设计应用的分析与设计能力,为毕业设计和今后从事专业工作打下良好基础。培养学生控制系统的基术理论、过程控制的基本规律以及典型控制系统的基本应用能力。
(三)前导、后续课程
前导课程:《MES系统应用》、《单片机应用技术》、《传感器与检测技术》、《电气控制与PLC技术》等课程。
后续课程:《机器视觉识别技术》、《人工智能控制技术》等课程。
采用“项目导向、任务驱动”的教学方式,以智能控制技术专业加工岗位工作任务为驱动,结合企业真实产品的典型工作岗位过程规划教学内容,以实际工作过程为主线,将智能生产线数字化设计化的理论知识,融于生产线的实际加工过程中,在实际工作需要时引入相关的知识。即有针对性的选择若干个典型简单生产线,进行产线加工。通过这些项目的实施与完成。让学生掌握生产线运动过程技能。在教学实施过程中,以大量与工作过程相关的典型任务作为实例,引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”。
在课程组织方面,以“任务驱动、项目导向”组织实施教学。教学过程中紧密结合专业先修课程的教学内容,相互穿插,互为提高,强化学生的实际动手能力、PLC控制技术的应用能力和传感器与检测技术的操作能力;革新教学方法和课程组织实施形式,课程在课堂与实训基地一体化的学习场所进行,实现现场教学、边讲边练。
在实践教学中采用生产一线通用的设备,通过典型零件的加工,特别是在综合加工训练时,利用来自企业真实产品,创造了较为真实的职业环境,促进了学生职业素养的提高;针对学生在实训过程中出现的问题,教师面对面引导解决,增强了学生的自信心、解决问题的能力和成就感,激发了学生的学习热情。
教学模式(项目引领、任务驱动):工作过程六步法

1.学校一贯高度重视精品在线开放课程建设,承诺负责项目建设资金的筹措和相应资源的配置等。
2.学校现有深圳得实公司提供的网络课程建设平台,在线资源丰富、初具规模,类型多样、分布合理,教学设计、教学实施、过程跟踪、教学评价、自主学习等功能基本完备。
3.本项目团队校企融合、优势互补,且分工明确、协作有序,执行力强。课程负责人为智控技术教研室专任教师兼骨干,从教经验丰富,不但具有独立开发网站的能力,拥有成功慕课平台以及教学资源共建共享平台的经历,而且对数控统和与操作有一定的研究,此外更具备了制作多媒体课件、动画与视频的能力。
4.本项目建设标准和评价机制日趋完善,项目建设资金的使用将严格按相关规定,努力做到具体、量化,预算合理,措施得力。经费投入、团队管理、资源审核、资源更新及共建共享机制能基本保障精品在线开放课程的持续建设与应用。具体教学条件如下:
1、软硬件条件
本门课程的实训条件要求有教学做一体化的综合实训室,融教学与实训为一体,以及与课程相应的软件作支持。校外要求有与学校长期合作的企业做实训基地,满足学生顶岗实习的需要。
2、师资条件
要求任课教师必须具有丰富的智控技术知识(包括理论知识和实践知识)、课程开发能力、基于学生能力培养的教学能力、为社会提供科技服务的能力等,以利于教学和课程的改革。
(1)整合教学内容,优化课程体系
我系于2019年开设智能控制技术专业,2023年,我们根据智能控制技术专业的培养目标和职业岗位群的能力要求,将过去开设的三门课程进行整合,开设了《智能生产线数字化设计与仿真》课程。课程整合后将理论教学和实践教学于一体,更加注重了理论知识的实用性,在更好的培养学生职业技能的同时提高了学生的知识应用能力和解决实际问题的能力,在教学内容上涵盖了国家职业标准中相关应知、应会内容。在教学模式上遵循“以人为本,全面发展”的原则,以核心职业能力培养为主线,实施“教、学、做”一体化和“任务驱动,项目导向”等行动导向的教学模式,注重学生专业能力、方法能力和社会能力等全方面能力的培养。
(2)运用现代教学手段
在理论教学中,广泛采用直播录屏、电子教案、PPT课件、西门子仿真软件等多种方式,使抽象的理论知识变得生动形象,易于理解;在实践教学中,采用仿真、多媒体软件等手段,通过虚拟工厂、虚拟仿真等方式来强化实践能力。总之,把图像、二维和三维动画、音频、视频等表现形式集为一体,使理论教学形象化、实践教学仿真化。
近几年来,在现代化教学手段运用方面,该课程教学全部采用在机房教学,院系拥有1个智能生产线数字化仿真设计与仿真实训室,完全满足了本课程的现代教育教学的要求。
(3)课程及教学模式的改革
将《智能生产线数字化设计与仿真》课程,我们以智能控制技术专业的培养目标和岗位群的知识、素质、能力要求和相关职业资格标准为依据,对本课程的知识结构体系进行了重新构建。在教学实施过程中,注重学生专业能力、方法能力和社会能力等全方面能力的培养,实施“教、学、做”一体化和“任务驱动、项目导向”等行动导向的教学模式,让学生在完成任务的过程中,掌握相关的理论知识和操作技能,任务驱动的教学模式不仅体现了教学过程中“教师为主导、学生为主体”学习情景,激发了学生参与教学过程的主动性,同时也体现了“以人为本,全面发展”的教育目标的要求。
(4)改革考核模式
教学评价是教学过程的重要环节之一,也是检验教学目标是否实现的重要途径。目前,采用较为普遍的“以期末考试为准”的教学评价手段,容易导致学生出现“平时不努力,考前抱佛脚”的现象,教学质量难以保证。为有效克服以上弊端,保证学生掌握相关知识和能力,我们采用过程性考核和结果性考核相结合的考核模式,其中过程性考核占较大比重,期末考核与职业资格鉴定并轨,充分调动了学生学习的积极性和主动性,对于提高学生的职业能力素质水平,具有很好的促进作用。
(5)工学结合
在课程标准和教学计划的制定和执行过程中,我们充分汲取企业一线技术工人和管理人员的意见,保证培养出符合企业需求的高技能人才。为了充分实现这一目标,第一,我们设立的课程建设指导委员会,吸收了相关企业的骨干技术人员,并且与企业建立了长期合作关系,让企业参与到教学过程中来;第二,建立了高水平的校内生产性实训基地,满足了学生校内实训、实习的需要;第三,实行工学交替,在学生掌握一定的基本技能后,安排学生到一线企业或在校内生产性实训基地从事实际生产,全面培养学生的职业素质;第四,学校利用教学资源为企业进行职工培训,承担企业的技术革新等。总之,在工学结合这条道路上,我们勇于探索,开辟了自己的一片天空。
(6)教学效果
在《智能生产线数字化设计与仿真》这门课程在教学过程中,通过实践与理论的“教、学、做”一体化和“任务驱动,项目导向”等行动导向的教学模式,充分调动了学生学习的积极性和主动性;通过工学结合的形式,让学生有更多的机会接触生产实际,提高了他们的理论知识综合应用能力、加工操作能力和适应社会能力。近几年毕业生的就业率都在98%以上。
本课程选用的教程为《生产线数字化设计与仿真》,主编:孟庆波,本书简要阐诉了基于西门子机电一体化概念设计模块的生产线数字孪生制作与调试技术,是符合高职教育特点的教材。本课程的教学资料包括:教案、大纲、课件、实训指导书。
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