理实一体化教室方案v.docx
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理实一体化教室方案v
数控机床理实一体化教室
建设方案
1数控机床理实一体化教室建设背景及总体思路
我国教育事业随着改革开放、产业升级获得空前的发展。
越来越多的企业对于学生的全面素质和综合能力提出了越来越高的要求。
由于传统课堂教学固有的灌输式教学方法已经越来越不适应教育的发展要求，教育部从2006年开始分别对高、中职教育进行改革，建立示范校，也于2014年提出本科转型职业教育。
国家教育部对职业教育的重视不难看出，如今的职业教育必须加以改革，否则，提高学生的全面素质和综合能力就是一句空话。
华中数控作为国内一流的数控系统企业，依托华中科技大学，拥有一流的专家资源、制造资源、项目资源、教材资源等，且长期致力于数控实训设备的开发和制造，对于数控教学当中存在的问题有着更深刻的认识，对机电数控类专业的教学、实训及课程改革有较为深入的研究。
公司为配合支持国家提出的大力推进中高等职业教育改革创新，全面提高办学质量，满足数控技术职业教育市场的迫切需求，开发出全新理念的“数控机床理实一体化教室”，该方案是专门配合各类工科院校进行数控加工职业教育的教学和实训环境，皆在帮助各院校培养符合现代制造业需要的高级技能型职业技术人才。
“数控机床理实一体化教室”利用网络技术帮助学校建立理实一体化的教学环境，解决《数控车削编程与操作》和《数控铣削编程与操作》这两门核心课程的理论教学，将理论学习和实践学习合而为一，加强教学过程中的体验感和互动感，全程构建素质和技能培养构架，从而实现理论、实践一体化，教、学、做一体化；时间、地点、内容、教师一体化；理论、实践紧密结合，相互支持，相互促进，为教学过程最优化提供了保障。
数控机床理实一体化教室效果图
2数控机床理实一体化教室建设方案
2.1理实一体创新型教学环境的建设
数控机床理实一体化教室标准配置包括20台多系统学生机（HNC-35N），1台多系统教师机（HNC-33N），1台一机多模小型台式数控车床（HNC-210T），1台一机多模小型台式数控铣床（HNC-150M），智能控制中心（多媒体教学软件、多媒体讲台、中央控制器、监控电脑），交互式演示系统（投影仪、电子白板），视觉处理核心器（网络高清摄像头、千兆以太网交换机、网络硬盘录像机），听觉处理核心器（功放、无线麦克风、音箱），其他配套设施（网络交换机、单相高精度稳压器）等。
整个教室通过网络连接成为一个整体，实现数据传输、远程控制等功能，使理论知识和实际教学相互融合、无缝衔接。
数控机床理实一体化教室布局图
数控机床理实一体化教室运作图
多系统学生机/教师机
概述：
多系统学生机/教师机采取体积小型化，外观工业化，功能全面化的设计理念，机器的整体尺寸与教室中的课桌大小相近，方便在教室中摆放，也便于教师组织课堂教学。
装有HNC-35多模数控系统的教师机用于教师操作演示，演示过程可同步显示在投影仪上。
产品图：
参数：
名称
参数
CPU
英特尔第三代酷睿i3-3220@
内存
2GB（金士顿DDR31333MHz）
显示器
19英寸工业液晶显示器
长宽比例
16:
10
触摸屏
具有钢化玻璃的红外触摸屏
硬盘
320G（可选配）
接口
RS232，多USB接口，以太网接口
控制电机轴数
3轴联动+主轴调速
控制面板
标准车床/铣床/车铣一体化控制面板
系统机箱
工业设计师专门设计，可灵活放置，显示器可旋转
外形尺寸（CM）
74*62*130
一机多模小型台式数控机床
相对于大型工业机床，小型台式数控机床更便于按照教室不同的布局进行不同的布置，无需对教室进行改造及另外布置电源线；开放式的布局更便于摄像头进行拍摄；多系统数控机床可实际加工操作，与监控电脑相连，可随时上传加工程序，同时也可随教学内容的变化，切换不同的系统进行教学。
本方案中，小型台式数控机床相对于大型工业机床的优势主要体现在以下几个方面：
小型台式数控机床
大型工业机床
占地、体积
占地面积小、体积小
可按照教室布局随意布置
占地面积大、体积大
限制大，不好摆放
电压要求
220V民用电压，功率小
380V工业电压，功率大
外观
保证安全操作的前提下，采用专业的开放式外观设计
全封闭或者半封闭式设计
系统
采用HNC-35数控系统，可使用4个系统
单独一个系统
机床参数：
车床（HNC-210T）
铣床（HNC-150M）
车床参数：
1）最大工件回转直径：
210mm
2）X轴行程：
80mm
3）Z轴行程：
200mm
4）主轴转速范围：
50-2000r/min
5）主轴电机功率：
≥500w
6）X轴最大扭矩：
7）Z轴最大扭矩：
8）主轴锥度：
MT3#
9）尾架锥度：
MT2#
10）刀位个数：
4个
11）电源：
AC220V/50HZ
12）数控系统：
华中世纪星HNC-21T
多模数控系统：
（含F、S、M数控系统操作模式）
铣床参数：
1）最大立铣直径：
Φ12mm
2）最大钻孔直径：
Φ15mm
3）X轴行程：
180mm
4）Y轴行程：
110mm
5）Z轴行程：
145mm
6）主轴转速范围：
100-3000r/min
7）主轴电机功率：
≥500w
8）X轴、Y轴、Z轴最大扭矩：
、、
9）工作台尺寸：
240*120mm
10）主轴锥度：
MT2#
11）电源：
AC220V/50HZ
12）数控系统：
华中世纪星HNC-21M
多模数控系统：
（含F、S、M数控系统操作模式）
智能控制中心
概述：
智能控制中心主要由多媒体教学软件、多媒体讲台、中央控制器、监控电脑等组成，智能控制中心的核心是教师监控电脑，多媒体教学软件的主机端软件安装在教师监控电脑中，客户端安装在全部的学生机上，教师可通过监控电脑控制及管理整个一体化教室的教学进程，实时控制教学数据及资源分配，从而让整个教室连为整体，相互之间可以实现数据传输、远程控制等功能；同时监控电脑中安装有交互式电子白板应用软件，可方便教师实现课件播放、加工视频播放及白板教学；中央控制器是整个教室中音频、视频控制枢纽，教师可通过中央控制器控制及切换各种多媒体教学资源。
产品图：
（1）多媒体教学软件：
兼容WindowsXP/Vista/Windows7的广播教学软件，并支持32/64位系统；具备以下功能：
教师演示、学生示范、黑屏肃静、屏幕监视、遥控辅导、文件传输、提交作业等。
（2）多媒体讲台：
讲台内可放置电脑主机（或手提电脑）、键盘鼠标、中控系统、音频功放等。
（3）中央控制器：
内置高保真无级音量调节，1路可编程RS-232控制接口，三路电源管理，可控制幕布、投影仪电源、电脑电源，操作面板具有便捷的网络口、USB口、电脑信号输入口、电脑音频输入口、外接备用AV输入口、话筒输入口、220V电源输入口等。
（4）监控电脑：
CPU酷睿I7，内存2G，硬盘500G，液晶显示器19寸，安装多媒体教学软件、摄像头视频数据采集传输软件、交互式电子白板应用软件。
交互式演示系统
概述：
交互式演示系统由投影仪、电子白板等组成；交互式演示系统从实际教学出发，将黑板、粉笔、投影、图文、音视频等整合为一体，打造全新的授课方式，同时不改变教室的任何授课习惯，操作简单易用。
教室前端由一套集电子白板和投影仪功能为一体的屏幕来进行显示，充分发挥了两者的特点。
电子白板主要用于理论教学，在播放教学PPT、电子教材和点评学生程序时，教师可使用触控笔在上面直接圈点勾画，能带来更为直观的教学视觉效果；投影仪则直接与摄像头连接，播放教师的操作与机床的运动加工，同时与电子白板上的理论教学内容相匹配，学生更容易掌握当前所学的知识。
（效果图）（实体图）
电子白板参数：
1）电磁感应式书写笔
2）长宽比例：
16：
10
3）产品外形（mm）：
≥2025*1258
4）板体厚度（mm）：
55
5）有效书写区域（mm）：
≥1870*1168
6）定位方式：
六点定位/九点定位/十二点定位
7）含交互式电子白板应用软件
8）安装方式：
壁挂式
投影仪参数：
1）亮度≥3000流明
2）3LCD液晶显示技术
3）分辨率≥1024*768
4）对比度≥2000：
1
5）灯泡功率≥200W
6）灯泡寿命≥5000小时
7）具有断电保护功能
视觉处理器
概述：
视觉处理器由网络高清摄像头、千兆以太网交换机、网络硬盘录像机等组成。
机床实际操作、加工及教师机的操作视频由分布在机床周围及教师机上方的高清网络监控摄像头录入，实时录入的视频通过千兆以太网交换机输入到网络硬盘录像机中录制，网络硬盘录像机的输出视频可通过多媒体中控传输给投影仪在白板上播放。
在机床上面会配置2个摄像头，一个采用微距拍摄，主要记录工件加工时刀具的轨迹和加工的情况；另外一个拍摄整台机床的情况。
在HNC-33N教师机上会配置1个摄像头，主要拍摄教师示范操作时的情况。
产品图：
（1）网络高清摄像头：
清晰度≥700线
（2）网络硬盘录像机：
主处理器：
工业级嵌入式微控制器；操作系统：
嵌入式LINUX操作系统；视频输入：
4路高清输入（8路可选）；视频格式：
；图像质量：
1080P/UXGA/720P
（3）千兆以太网交换机：
传输速率：
10/100/1000Mbps；背板带宽：
16Gbps；包转发率：
10Mbps:
14800pps，100Mbps:
148800pps，1000Mbps:
1488000pps；端口数量：
8个
听觉处理器
概述：
听觉处理器由功放、无线麦克风、音箱等组成，音频控制的音源输入主要由监控电脑音频输出和无线麦克风的音频录入组成，音频经过功放的音频放大，通过多媒体中控的音频切换，最后由音箱输出，形成完善的音频播放系统。
（效果图）
（1）功放：
输出功率：
50W*2，失真：
≤%，频响：
20HZ－20KHZ，信噪比：
≥80DB；
（2）无线麦克风：
频率响应范围：
60Hz-16KHz±3dB，偏移度：
±25KHz,具有音量过荷限制，谐波干扰比：
>80dB，射频稳定度：
±%以内，S/N比：
>80dB以上；
（3）音箱：
频率响应：
80HZ－18KHZ，阻抗：
8欧姆，灵敏度：
86DB＋/－2，功率：
50W。
其他配套设施
概述：
其他配套设施由网络交换机和单相高精度稳压器等组成；网络交换机是整个一体化教室的基础，可以将整个教室的学生机、教师机、数控系统等通过网络连接起来，保障基于网络的软件、数据、视频等正常运行；高精度稳压电源保障了整个一体化教室设备的安全、稳定运行。
（效果图）
网络交换机参数：
1）传输速率：
10/100/1000M；
2）端口：
24+2个RJ45端口；
3）背板带宽：
；
4）包转发率：
；
5）接入控制，外网过滤，地址过滤。
单相高精度稳压器参数：
1）输入电压范围：
160-250V
2）输出电压：
220V±3V
3）稳压精度：
±3%
4）满载温升：
<60℃
5）相对湿度：
<95%
6）功能保护：
具有过压、欠压保护、过载、短路和延时供电功能。
2.2理实一体创新型教学资源的建设
教材
华中数控响应国家任务式教学教材编写要求，整合优质专家资源，围绕理实一体化创新教学环境，针对数控专业核心课程编写《数控车削编程与操作》和《数控铣削编程与操作》两本专业教材。
课程设计建议书
为帮助教师在理实一体化教学环境中更好地教学，华中数控专家团队针对《数控车削编程与操作》和《数控铣削编程与操作》两本专业教材配套编写了《课程设计建议书》。
建议书涵盖了课时分配表、课前准备、教学目的及要求、教学过程等课堂组织内容。
PPT电子课件
根据《数控车削编程与操作》和《数控铣削编程与操作》教材与《教学设计建议书》，编制了相对应的PPT电子课件。
习题库
编制了相对应的理论考核题目。
其考核题目可以通过理实一体化管理软件的“网络考试”分发试卷给学员考试，做到无纸化考试，并且还可以自动评分。
教师也可以自己创建新的试卷，操作简单方便，考试成绩可以查询和统计。
2.3理实一体双师型教师队伍的建设
双师型教师培训
“理实一体化”的教学方式对教师的能力提出更高的要求，模糊了传统教学中理论课教师与实训教师之间的界线，只有既懂理论又懂操作的“双师型教师”才能适应“理实一体化”的教学。
对此，华中数控专门针对传统理论教学的教师制定了专业的“双师型教师”培训计划以提高教师的动手实践水平。
（1）培训课程：
1、数控车床操作与加工工艺（高级工水平）
2、数控铣床操作与加工工艺（高级工水平）
（2）参训教师应具备的条件：
项目
掌握内容
读图与绘图
1.能看懂复杂的零件图和部件装配图，能绘制一般的零件图
基础知识
1.数控原理与机床基本知识（组成结构、插补原理、控制原理、伺服原理等）。
机床介绍
1.熟悉常用数控车床的型号、规格、性能、结构及组成。
2.理解机床坐标系和工件坐标系及机床参考点、机床原点、刀架原点及工件零点的意义和相互关系
手工编程
1.懂得程序格式、指令代码、子程序、固定循环、宏程序等
（前提必须会操作一个系统：
华中、F、S、M）
2.能够运用固定循环、子程序进行零件的加工程序编制
（3）培训目标：
1、知道数控机床各个部分，并熟练的操作机床懂调整和维护保养机床。
2、至少会使用两个数控系统操作加工高级工零件图（包括确定零件的工艺路线；切削用量与夹具的使用、刀具的选择；填写工艺卡、工序卡）
3、懂得使用常用量具测量零件。
（注：
以操作机床和加工零件为主，提高数控教师实践动手能力）
（四）培训人数及周期：
1、数控车床双师型教师：
2人/8天
2、数控铣床双师型教师：
2人/8天
（五）培训内容：
序号
项目
掌握内容
1
制定加
工工艺
1 能根据工件的技术要求，确定一般零件的工艺路线，能使用数控机床的全部功能编制中等复杂程序零件的程序，并进行加工；
2 对一般零件能进行工艺和编程的优化，以保证精度和加工效率；
3 切削工艺、切削用量、夹具的使用、刀具的选择等；
4 填写一些工艺卡、工序卡。
2
刀具
准备
1 熟悉常用刀具的名称、规格、构造、使用调整和维护保养方法；
2 熟悉刀具的切削用量的选择和计算方法；
3 熟悉掌握试切对刀法操作，并能根据工件的尺寸变化修改刀具偏置。
3
工件定位与夹紧
1 熟悉常用夹具的名称、规格、构造、使用调整和维护保养方法；
2 熟悉工件定位、夹紧的基本原理和方法以及防止工件变形的方法。
4
数控
系统
1掌握加工程序的输入、输出、调用、修改及工件参数的输入、修改等基本操作（选择一个）；
注：
前提是必须会操作一个系统：
华中、F、S、M。
5
精度
检验
1 熟悉常用量具的名称、规格、构造、使用调整和维护保养方法；
2 掌握测量零件的方法。
6
机床
维护
1 熟悉常用数控机床与数控系统、润滑系统的使用规则、维护保养方法，能在加工前对机床的机、电、气液开关进行常规检查及保养；
2 掌握常用数控机床的操作、调整和维护保养，阅读数控机床各类报警信息，能处理一般的报警故障。
教室使用及课堂组织培训
因为“理实一体化”的教学方式与传统的数控教学方式存在很大的不同，在教师技能、课堂组织等方面都需要提高和学习，因此华中数控针对这一块专门安排了一个短期培训，对教师“理实一体化”教学的能力做一个全面的提高。
（1）培训具体内容
整个培训主要分为两个部分：
一部分是“理实一体化”设备使用及教学培训；另一部分是多系统操作培训。
（二）培训人数及周期：
2～4人/4天
（三）培训内容：
序号
项目
掌握内容
1
软件方面
1 多媒体教学软件
2 其他相关配套软件的使用
2
硬件方面
1 交互式电子白板
2 多媒体讲台
3 中控及其他相关配套硬件的使用
3
小型数控机床
1 基本操作与基本维护保养
2 常见故障的判断及处理
4
教学组织
1 “理实一体化”课堂组织
2 “理实一体化”课程设计
5
数控系统
根据学校的选择，选择其中两个以下（包括两个）数控系统进行基本培训（前提必须会操作一个系统：
华中、F系统、S系统、M系统）
培训内容包括：
1 数控系统编辑面板；
2 数控系统的基本操作；
3 数控数据设置；
4 数控系统自动运行；
5 数控系统程序编辑。
3创新特色
（1）创新教学环境，提高教学质量
可实现多系统教学：
由于职业院校的数控教学普遍只采用一种数控系统来进行教学，但是实际工厂中的数控机床采用的数控系统多种多样，学生刚到工厂工作的时候不能很快的上手操作。
针对这种情况，华中数控多系统数控教学软件将实际工厂中主要使用的F系统、M系统和S系统三种数控系统，另外再加上学校中主流的华中数控HNC-21数控系统集成在HNC-35N学生机上，从而让学生在一个教室内就能学会4种数控系统的操作与编程，提高学生的技术水平和就业优势。
虚拟机床验证加工：
在学生进行完编程学习后，会有一个综合任务供学生当堂进行编程练习，当学生完成任务后，教师会收集学生所编写的程序中不合理的地方进行点评修改，然后将程序发送到教室中的数控机床上进行演示加工。
在提交给教师之前，学生自己就可以在各自的HNC-35N学生机上使用虚拟机床验证自己所编写的程序，通过虚拟机床的模拟加工，学生就可以发现程序中存在的一些初级错误并加以修正。
远程控制机床运动：
在数控机床理实一体化教室中，每一台HNC-35N学生机通过网络都能远程与教室中配置的多系统小型台式数控车/铣床相连。
首先由教师决定哪一台HNC-35N学生机来连接机床，然后授权给这台HNC-35N学生机与机床远程连接，连接成功后，学生在自己的座位上通过HNC-35N学生机就能控制机床的运动，整个运动过程会通过机床里面的摄像头实时的传输在电子白板上，使得教室里所有学生都能够观察学习，避免了传统教学中学生围着机床无法完整观察和安全隐患的问题。
真实操作面板：
HNC-35N学生机及HNC-33N教师机配备有真实工业操作面板，学生可直接在真实面板上进行操作，同时触摸屏幕也能实现四个数控系统的不同操作界面切换，既可以提高学生学习兴趣，又可以保证教学质量。
真实操作面板
教室布局：
数控机床理实一体化教室对供电、教室面积等方面没有特殊的要求，所以可以直接在教室里面安装实施，相对于实训车间在硬件环境上视野开阔无遮挡，无加工噪音便于交流。
（2）优化课堂组织，提高教学效率
理中有实，实中有理：
在教学中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，不分先实后理或先理后实，而是理中有实，实中有理。
例如：
老师每讲解完一个操作知识点后，就立即可以使用数控机床理实一体化教室中的机床演示相关操作步骤，而相关操作步骤包括机床运动整个过程通过高清摄像头实时显示在投影仪上，达到了在教学中理论和实践交替进行，如果学生看不清楚，也可以在学生机上观看。
学中做，做中学：
教师将理论知识融于实践教学中，让学生在学中做、做中学，在学练中理解理论知识、掌握技能。
例如：
老师讲解某个编程知识点时，学生通过观看老师讲解的理论知识点、演示的操作步骤、机床的运动轨迹与加工零件后，就可以立即使用自己身边的学生机进行当前编程知识点的练习，系统地巩固所学知识，掌握技能。
学生在练习时，老师可以使用教师机随时监控学生的练习情况，也可以让某位学生在学生机上做示范，且其他学生都可以观看并提出问题等。
实操时间：
针对学生动手能力弱这一情况，理实一体化教室能让学生把程序编好再去操作机床加工，可以缩短学生占机率，增加学生实操时间。
（3）兼容性及安全性
兼容性：
可以进行MASTERCAM、CAXA、CAD/CAM等软件的教学；可运行MASTERCAM、CAXA、CAD/CAM等软件，并直接运行其生成程序，运行过程中可以通过图形仿真查看程序运行轨迹，同时可传送到机床上进行工件的实际加工，提高了设备的使用效率。
安全性：
对于无实践操作经验的学生来说，在机床运行中经常出现超程、撞刀、撞工件等安全事故，导致机床精度下降，严重时导致机床“停工”，影响正常教学。
而理实一体化教室采用的是欧盟教学模式，将数控教学分为三个步骤：
第一步通过讲解初步认识数控机床的基本属性，第二步通过小机床了解、熟悉操作，第三步上大机床对刀具和金属切削性等的学习；减少事故的发生。
4部分案例
4.1数控机床理实一体化教室参展图片
第十二届全国职业教育现代技术装备、教材展览会上展出的方案产品
我公司熊清平副总裁正在接受武汉教育电视台采访，探讨华中数控在职业教育领域的理实一体化教学解决方案
4.2重庆机械高级技工学校正在使用数控机床理实一体化教室
4.3河北某技工学校理实一体化教室照片
4.4昌邑职教中心理实一体化教室案例
4.5武汉市第二轻工业学校理实一体化教室案例
5华中数控基本情况
5.1公司简介
武汉华中数控股份有限公司（以下简称“华中数控”）是从事数控系统及其装备开发、生产的高科技企业，拥有强大的科研、开发和产业化实力。
华中数控具有自主知识产权的数控装置形成了高、中、低三个档次的系列产品。
公司在前期技术积累基础上，整合国家重大专项3个课题的研发任务，瞄准国外高档数控系统的最高水平，研制了华中8型系列高档数控系统新产品，已有数十台套与列入国家重大专项的高档数控机床配套应用；具有自主知识产权的伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平，自主研制的5轴联动高档数控系统已有150多台在汽车、能源、航空等领域成功应用。
公司研制的60多种专用数控系统，应用于纺织机械、木工机械、注塑机械以及雷达、火炮等武器装备。
为解决中国数控技能型人才的严重短缺，华中数控为全国700多所职业院校建设了数控培训中心，完成了数十所学校国家示范性数控实训基地建设任务，为各类学校配备数控机床及教学软件8000多台套，培训数控教师数千名。
5.2公司荣誉
国家重点新产品证书（2012）国家重点产品证书（2007）
博士后科研工作站国家自主创新产品证书
武汉市自主创新产品证书创新型企业证书
国家科技进步二等奖湖北省科技进步二等奖
教育部科技进步一等奖湖北省科技进步一等奖
全国机械工业先进集体荣誉证书国产数控系统在飞机制造企业的应用奖牌
2009年度湖北省优秀软件产品证书高新技术企业证书
5.3公司历程
升级会员 