利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践

·1·利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践傅水根王坦裴文中左晶钟淑苹高炬（清华大学基础工业训练中心金工教研室北京100084）TEL:[phone]（O）Email:[e-mail]【摘要】随着我国高等理工科教育教学改革的逐步深入，本科的实验教学正逐步向系统性、综合性和创新性的方向发展。本文重点介绍清华大学金工教研室在近四年的实验教学改革探索中，作者借助于技术优化集成方法，优选迅速发展中的网络技术、软件技术、扫描技术和特种加工技术，将原有的普通数控电火花线切割实验集成为一个在局域网络条件下，深受学生欢迎的具有系统性、综合性和创新性的二维创新设计数控电火花线切割工艺实验。【关键词】技术优化集成网络技术扫描技术特种加工技术创新实验随着我国教育教学改革的逐步深入，金属工艺学教研室从1986年开始的普通数控电火花线切割工艺实验经过不断改革，逐步发展到目前在局域网络条件下，深受学生欢迎，具有系统性、综合性和创新性的二维创新设计数控电火花线切割工艺实验。这种转变，不但体现了我国高校实验技术不断发展的时代特征，而且证明了技术优化集成方法在进行实验改革中的优越性。所谓技术优化集成方法，指的是随着科学技术的不断进展，有意识地将当前已趋成熟的相关新技术进行优化选择和引入，加以系统整合，以实现实验教学改革的一种思维方法。借助于国家教委的实验室建设补助基金和211工程的经费投入，这种思维方法的尝试和实验改革的实践，根据所优选的技术和实验本身的主要特征可分为三个阶段：即数控电火花线切割模拟编程与实验演示阶段；二维创新设计扫描输入与计算机辅助制造阶段；在局域网络条件下的二维创新设计数控电火花线切割工艺实验阶段。一、数控电火花线切割模拟编程与实验演示阶段为了拓宽学生在数控加工和特种加工方面的知识视野和提高他们的工程实践能力和创新能力，金工教研室几经努力，于1986年建立了数控电火花线切割工艺实验分室。之所以选择数控电火花线切割作为新的工艺实验的突破口，是因为在当时快速发展的特种加工工艺技术中，电火花线切割不但全部采用了数控技术，而且应用最为广泛。限于当时的经济条件，先后购置了两台数控线切割机床。为了满足学生数控编程的实验要求，教师和实验技术人员克服困难，研制了6台基于Z80单板机的模拟机。第一阶段学生的实验过程如下：1.2—3人一组，利用模拟系统的单板机按指定图形（图1）进行数控编程，并在模拟机上检验所编的程序是否正确；2.程序编好后，用纸带穿孔机将程序转换成穿孔纸带上的带孔代码；·2·利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践3.通过纸带阅读机将纸带上的程序代码传送给机床的数控系统；4.调整好加工参数，数控系统以脉冲的形式向机床的X和Y两个方向发出控制脉冲，控制机床完成切割加工。图1需要完成编程的指定图形当时只有2—3人有机会操作机床，其他学生只能在机床边观看。这一阶段虽然解决了实验的有无问题，但由于要求学生编程的图形完全按教师的指定要求进行，缺乏创意性的自选方式，虽然满足了实验的基本要求，但由于是演示性实验，导致学生的兴趣不大。第一阶段数控电火花线切割实验的模拟系统框图如图2所示：图2数控线切割机床的模拟系统框图二、二维创新设计、扫描输入与计算机辅助制造阶段随着科学技术的进步，扫描仪出现了，自动编程软件出现了，计算机辅助制造技术成熟了。当时我们感到，只要具备一定的经济条件，加上教研室自己拥有的技术，将以上实验向前推进一步的时机到了。正在此时，我们向国家教委申请的18万元实验室建设补助基金到位了。利用这笔经费的一部分，我们购置了1台扫描仪、1台计算机和1套自动编程软件，并将这些软硬件通过接口与数控线切割机床连接在一起。经过一段时间的调试和运行，在扫描条件下的数控线切割计算机辅助制造系统（图3）完成了。由于这个系统具有自动编程软件，因此在保证以往实验内容的基础上，进行了一项新的改革实践，即学生在完成指定实验的同时，可以自主进行二维图形创新设计。并在此基础上，利用以上系统，切割学生自己设计的产品。为了提高学生的动手能力和在实验结束后带走他们自己设计与制造的作品，实验室又增添了一台简易超声波清洗机和一台塑封机。图3扫描条件下的数控线切割二维创新设计计算机辅助制造系统框图改革后的实验，已初步体现出综合性和创新性，学生能够利用数控线切割技术，加工学生创新设计扫描仪计算机数控装置线切割机床超声波清洗零件塑封加工好的零件手工抛光自动编程微机控制装置X．Y向控制电机电脉冲信号绘制图形根据图形手工编程·3·利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践由他们自己设计的二维图形，实验完毕能够带走自己设计和制造的完整作品，同时对计算机辅助制造（CAM）也有了感性认识，因而大大提高了学生的学习兴趣。但由于只有一台计算机，而扫描输入后修改图形所需的时间较多，最后每组只能由学生推选一个最好的设计去加工成成品。到实验结束，只有2个学生能够带走自己设计制作的作品。因此远远不能满足学生希望切割自己所设计图形的要求。看来只有采用网络技术，再适当增添一些数控线切割机床和计算机才能够真正解决这个问题。三、在网络条件下的二维创新设计数控电火花线切割工艺实验阶段由于211工程经费的有效投入和学校有关部门领导的支持，上述改革的进一步设想有了实现的可能。为了节省经费，除了购买了4台数控电火花线切割机床外，学生用的16台计算机均由学校主管部门协助解决。另外，教研室的青年教师解放思想，刻苦钻研，解决了局域网络建设中的一系列技术难题，利用NOWELL公司的Netware网络操作系统，完全靠自己的力量，在较短的时间内建成了在局域网络条件下的二维创新设计数控线切割工艺实验系统（图4）。图4网络条件下的数控线切割二维创新设计计算机辅助制造系统框图学生独立设计和加工完成的部分作品如图5所示。图5二维创新设计的部分作品网络技术引入数控线切割二维创新实验带来的好处是：１）硬件资源共享——服务器硬盘共享。这种共享使得任何一种形式的计算机（包括386机型的计算机）都能高效快速超声波清洗零件塑封加工好的零件手工抛光线切割机床自动编程系统（矢量图文件）学生创新设计（一笔绘图形）扫描仪（TIF格式点位图）网络服务器16台学生修图工作站（矢量图文件）线切割机床数控系统·4·利用技术优化集成方法和网络技术指导本科创新实验教学改革的实践地完成二维创新设计图形的修改、自动编程等工作。２）软件资源共享——二维创新设计中的图形修改软件、线切割自动编程软件共享。这种共享使得整个计算机操作系统便于管理，并且大大地提高了整个系统的可靠性。３）控制机床用的微机在网络条件下只需从服务器上调入相应的文件代码，即可操作机床，加工工件。从而使得加工过程简便、可靠、省时，也提高了四台机床的循环利用率。４）在网络条件下，计算机操作系统便于监控和维护，使用方便、扩充灵活。由于采用了网络技术，同时又保证了每人有一台计算机，因此到实验结束，每个学生都可以满意地带走他们自己设计和制作的心爱作品。在实验过程中，除了由实验技术人员介绍网络系统和有关电加工的内容外，设计图形、修改图形、调整参数、切割、抛光、超声波清洗和塑封全部过程均由学生独立完成。通过技术优化集成方法经过几次演进所完成的实验改革，基本体现了实验的系统性、综合性和创新性，同时也体现了该工艺实验的效率、效益和水平。四、结论经过近4年三个阶段利用技术优化集成方法进行实验改革的初步尝试，我们得出了下列结论：1.为了培养跨世纪的具有综合素质和创新能力的高级科技和管理人才，随着科学技术的长足进步，我国理工科大学提供给学生的实验项目，有必要从目前以验证性和比较单一性为主的倾向逐步向系统性、综合性和创新性的方向发展；2.根据现有的经济和物质条件，实验改革分阶段进行比较合适；3.技术优化集成方法是一种行之有效的推进实验改革的思维方法；4.在实验改革中，选择合适的软件是很重要的。第二阶段采用的自动编程软件和第三阶段采用的Netware网络操作系统软件对实验改革的成功起了关键的作用。5.实验改革能否取得成功，关键之一是对科技进步的关注和进行长远与周密的策划；6.要树立长期自力更生、艰苦奋斗和积极进取的思想，依据现有条件，努力推进实验改革。在整个实验改革中，领导的重视、教师和实验技术人员的聪明才智、高度的责任感和事业心起了非常重要的作用。参考文献1.傅水根李家枢裴文中，将金工实验室建成教学、科研和队伍建设的三结合基地，金工研究，1993年第4期。2.裴文中傅水根钟淑苹，数控电火花线切割二维创新设计实验改革，清华大学实验技术成果论文汇编（5），1998年9月。3.洪亮裴文中傅水根，努力开创金工实验室工作新局面，金工研究，1998年第1期。