基于CAXA PLM 的数字化教学平台建设的方法分析

　在金融危机频发和企业需要不断升级换代的背景下，人才的竞争更为激烈，对人才的要求更高，主要表现在：希望新招聘的人员能够直接上岗，不需要过多的培训，同时能够以一当十，熟悉企业各个岗位的工作，为企业带来更高的工作效率和效益。此外，对人员的素质要求也更高，需要有较强的团队意识和协调合作能力。为此，各个职业院校开展了多种“工学结合”“校企合作”的人才培养模式，大力推行“工作过程为导向”的课程教学模式以及“主体多元化”的实训基地建设模式。
　　以我国自主研发的CAXA PLM为基础，建立起研发、设计、工艺、生产为一体的数字化协同设计制造教学平台，实现了基于工作过程的岗位角色模拟教学训练模式，利用实施的CAXA 网络DNC系统，结合一体化软件模拟企业真实的协同设计制造过程，以及信息集成和数控车间集成化的控制与管理方式，对现有的数控设备、教学实训过程等实现统一协调管理，形成软硬结合、虚实结合的全方位数字化教学环境。
　　1 基于CAXA PLM的数字化协同设计制造教学平台的建设
　　基于CAXA PLM的数字化协同设计制造教学平台建设主要包括两方面：一是网络与硬件架构建设，二是系统架构建设。图1所示是该教学平台的网络与硬件架构，以校园主干网络为底部通信层，将技术中心（主要包括订单和任务接纳、产品造型与结构设计、工艺规划、数控编程与仿真等功能部分）和实训中心（主要包括数控铣床、数控车床、加工中心等数控生产设备）连接起来，为实现一体化平台建立了硬件基础。在实训中心（即数控车间）现场安装触摸屏，通过该触摸屏可以查看存于运程服务器中的产品技术资料和图纸，以及编辑和调用数控NC代码，并能监控数控设备的加工。数控设备上安装有监测仪和监控摄像头，可以实时监测机床的运行状况，并通过安装在技术中心的监控显示荧屏，使技术中心的人员能随时掌握实训中心和数控设备的情况，同时可以进行加工操作的远程教学。
　　数字化教学平台的系统架构如图2所示，系统平台以CAXA网络DNC管理模块为基础，集成了CAXA实体设计、CAXA电子图板、CAXA分析软件等二维和三维设计工具；CAXA工艺图表、CAXA工艺汇总等工艺软件；CAXA制造工程师、CAXA数控车、CAXA线切割等自动编程工具；协同管理模块，构建成设计、工艺、生产一体化的数字化平台。该平台采用标准、开放的体系架构，可以兼容大量国外的CAD/CAM软件，如UG，Pro/e，AutoCAD等，实现了多方数据和信息系统的拓展，可以进行数据变更处理，大大提高了系统平台的柔性化，极大地方便了企业和院校的科研教学工作。
　　2 基于数字化教学平台的工作岗位角色训练
　　基于CAXA PLM的数字化教学平台覆盖了接受订单、概念设计、技术设计、工艺设计到生产制造管理和售后服务的各个环节，贯穿了产品的整个生命周期（如图3所示），因此利用该平台可以固化典型制造企业的业务运行模式，模拟企业真实的产品协同开发流程。学生可以作为一名“员工”进入这个“企业”的各个岗位，通过真实的工作来训练职业能力，在实际岗位的角色实践中锻炼成长，同时也提供了一种真实而快乐的氛围，有利于培养高标准的技能型人才和创新型人才。
　　3 岗位角色训练实例
　　以某涡旋式空气压缩机的动静盘设计与制造为例，作为企业的真实项目，该产品的整个生产流程如图4所示，主要涉及的部门和工作岗位包括设计部、工艺部、生产车间、质管部、销售部、计划部和采购部等，图中粗线箭头代表了产品生产的主要过程。
　　动静盘是涡旋式空气压缩机中的2个主要零件，依靠动盘和静盘上的圆渐开线型齿相互啮合，形成具有相位差的多组月牙形压缩空腔，从而在1个周期内完成吸气、压缩和排气的工作过程。动静盘在设计与制造中的关键是正确完成圆渐开线型齿的建模和数控加工，保证齿形的位置和形状精度，动盘需作动平衡测试。
　　整个项目的难度在于产品结构工艺设计与编程加工，尤其是对于从没有接触过该零件的学生而言，他们在设计、工艺规划和数控加工中都遇到了很多问题。借助CAXA PLM的数字化协同设计制造教学平台，以项目团队合作的方式，有效快速地解决了诸多问题，提前顺利完成了项目。项目实施过程的要点如下：
　　（1）以团队方式接收和完成项目，团队中有1名负责人，负责接收任务、建立项目计划、做任务分解、进行人员分配、做工作监督与产品交付等。接收项目后，将在系统平台统一产品数据库的项目树上建立新的项目节点，项目节点内输入项目名称、项目描述、项目负责人、项目人员、任务分配等信息。
　　（2）项目负责人通过项目管理模块制定“作业计划”，并通过信封的方式将计划下发给各相关部门（项目成员）。各项目成员接收到任务后，根据需要进行产品的设计、工装、模具、工艺设计及数控编程。值得说明的是，各环节在操作过程中可以通过网络DNC系统进行并行协同设计，允许方案更改，提高了工作效率，增加了产品设计的协调性。
　　（3）该数字化教学平台具有“统一产品数据电子仓库”，在该“电子仓库”中，按产品类型分类放置了具有典型结构的产品（零部件）以及以前做过的产品。所存放产品零部件的数据包含“设计图纸”“工艺文档”“3D文档”等，以方便设计者参照已有的设计经验进行改良或变通设计。在本例中，设计员可以调用“电子仓库”中的类似产品，如“涡轮压缩机”的设计图纸和工艺文档进行产品二维和三维结构设计，以及进行工艺工装设计和数控加工编程。
　　（4）在准备数控加工阶段，首先需要选择适合的加工设备，这里不仅指加工设备的类型，而且还要根据设备的需求数量、使用状态（在用或不在用）、机床参数、运行状况（良好或不良好等）进行综合评价后选定。机床所有的数据通过系统平台的“机床监控采集系统”得到信号，并反馈给“机床统计分析”模块进行分析，得出综合评价数据，由用户根据评价数据选择机床（系统可以给出推荐机床）。
　　a 加工的视频监控画面 b 机床运行状态分析
　　图5 机床的加工信号采集分析与视频监控
　　（5）在数控生产阶段，机床操作员在接收到任务后，一方面可以在车间 内通过网络DNC系统查询需加工零件的图纸、技术要求等，一方面可以按照要求对刀后直接调用远程通信系统传输过来的NC代码进行加工。整个加工过程通过机床监控采集系统进行信号实时采集、分析和监测，与视频监控信号一同传输到监控室和技术中心，进行实时跟踪和监控。图5所示是视频监控画面和机床监控采集系统采集信号后分析得出的机床运行状态分析图。
　　（6）系统平台实施角色管理方式，不同的用户角色具有不同的使用权限。在这个项目实施过程中，教师作为最高的“场外”监督人员，具有最高的使用和审批权限。项目实施中产生的各种数据都可以通过网络DNC系统传输给教师，教师可以远程查看所有数据和审批所有环节，如果认为哪一个环节有问题，会造成较大的错误，可以当即发出中断指令，提出合理建议，要求学生重新思考和完成。这样保证了项目实施的正确性、安全性与可行性。
　　4 结束语
　　通过基于CAXA PLM的数字化协同设计制造教学平台，实现了3个转变：（1）从以前的课堂化训练状态转变为真实工作过程的岗位实际训练；（2）从某种单一技能的培训转变为层次更深、范围更宽、素质能力要求更强的技术训练；（3）从一种学生式的教学方式转变为对“企业员工”的训练方式。适应了当前“校企合作”培养人才的需求，实现了项目实施下的“校企合一”，真正形成了高技能型的人才培养模式。
　　参考文献
　　[1] 沈建新，周儒荣.产品全生命周期管理系统框架及关键技术研究[J].南京航空航天大学学报，2003，35（5）：565-571.
　　[2] 陈斌. CAXA PLM 构建型号研制设计工艺生产一体化数字平台[J].航空制造技术，2009（11）：71-73.