数字孪生PQFactory与CHL-KH21-Smart控制箱的虚实交互

--- 定制化码垛项目 

一、教材分析

（一）教材内容分析

1、项目形式

以机器人工作站为先驱载体，再展开数字孪生虚拟仿真系统的学习，二者之间相辅相成，也有层层递进之意。通过本单元的学习，借助数字孪生PQFactory软件能够自由定义CHL-DS-03工作站，代替现实中的机器人、气缸、传感器、等产线设备与PLC进行产线编程调试。通过虚拟调试可提前发现问题，从而最大限度地提高的调试效率。通过“一纲多本”的讲解形式，从不同角度来验证和发现问题，学生学习能力得到极大提升。

 

2、项目策略

在人才培养方案设计中，我们希望把机电技术应用专业等相关专业学生的培养，与我国科技强国、科技兴国、专精特新、大国工匠等方向的发展紧密结合；学校通过相关实训室、实训工厂建设，为学生创造理实一体教学环境，创造项目比赛的集训环境，提供“1+X”证书考试环境。

与企业合作，校企融通，更是给学生提供岗前的培训、岗中的问题研究、岗后的培训提升，在“赛证融通、课证融通、书证融通”中，帮助学生技能成长、心态成长以及企业生存成长。学生在岗不仅需要坚持往技术骨干方向发展，能从事机器人设备的安装、调试、运行和维护等工作，具备职业生涯发展基础和终身学习能力，能胜任生产、服务、管理一线工作的高素质劳动者和技术技能人才，也要有良好的职业道德和职业素养。

 

（二）本单元主要内容及课时安排

1、项目内容分析

本单元主要完成数字孪生PQFactory与CHL-KH21-Smart控制箱的虚实交互，达到基础码垛，向定制化码垛的升级任务，让学生们能更快的接收数字孪生的课程思维，了解PLC控制箱的作用，能理解虚实交互之间，如何进行信号的交互；相互融合，更好的进入数字孪生的学习。

通过全局设计、过程贯通、细节安排提升教学内涵，培养学生收集问题、解决问题的能力，形成归档内容、整理问题的良好习惯，养成独立学习与团队合作的良好素养，引好学生的岗位成长、职业精神、岗位价值。

 

2、项目具体分解

本次课程设计依照人才培养方案和课程标准，把教学内容分成了16课时，分别是PQFactory虚拟调试与仿真软件5课时，PLC控制系统4课时，数字孪生系统联机实践调试7课时。

主要内容是：

（1）PQFactory软件中气缸、灯等的组件定义。

（2）PQFactory软件虚拟调试。

（3）PQFactory软件机器人程序编程。

（4）PLC控制系统，HMI人机交互画面。

（5）虚拟仿真系统联调。

 

二、教学分析

（一）教学内容分析及设计思想

教学内容与技能大赛资源，紧密联系，又相互渗透，以让学生学习真实工程项目为核心，以数字孪生工作系统为载体，结合PLC控制箱，虚实交替辅助，以项目引领，合理安排教学内容。本节内容是数字孪生软件PQFactory软件与PLC控制箱的虚实交互 – 定制化码垛设计。

课前：在课程平台上发布学习任务，明确教学目标，了解学习任务。

学生通过线上资料、微课学习，初步了解码垛的形式和应用。

课堂: 教师首先对学生课前学习情况进行评估和反馈，解决课前问题。

教师通过具体任务引导学生进入工作情境，引起学生兴趣，采用复习导入、小

组大讨论、组间答辩、实践操作、结果讲演等促进学生自主学习、协作探究，

充分发挥学生的学习主体作用。

整个教学过程是一个“一”，又凸显独立，有理论的分解，有实践操作的反复验证，亦有小组间的挑战和讲演；再有意识培养学生自主探索的同时，不忘锤炼其综合能力，及传递职业精神；

及时进行评价，形成了课上与课后、教师与学生、过程与结果的多元评价体系，也便于教师及时了解学生学习情况并适时调整教学进度。

课后：学生对所学内容进行巩固，并整理归档，为后续查漏补缺做底稿；

形成良好的学习习惯，整理课程中的内容，进行筛选和补充；

巩固是牢固的第一步，整理是内化知识重要的一环；

整理信号线、气管等耗材，打造绿色生态课堂。

思政贯通：把学习中自学的方法，以及解决问题的思路，带入工作岗位，把这种求真存疑的意识，慢慢融入到个人学习习惯中，让学生在以后学习或是工作中，即使遇到问题，也有思路去解决它，也能保持求知的学习态度。培养学生立志成为高素质的技能人才，为家乡建设贡献绵薄之力。

（二）学情分析

1、教学对象

中职机电技术应用专业三年级学生

2、知识技能

已学过的相关课程电工技术基础，电子技术基础、电气控制技术、PLC 应用技术、工业机器人技术基础等。

熟悉相关的电气职业操作规范及工艺要求。

熟悉数字孪生软件，能完成基本机器人的维护等。

3．学习态度

大部分学生对专业课的学习积极性较高，学习气氛较活跃，但还有少数学生不太喜欢理论知识的学习，思维定式化。

三、教学目标分析

1、知识与技能目标

（1）熟练运用PQFactoryt仿真软件，完成码垛轨迹。

（2）熟悉人机交互界面HMI的设定。

（3）熟悉PLC程序，IOServer工程设计器的信号配置；

（3）能够完成PQFactory码垛仿真与PLC控制箱之间的定制化调试。

2、过程与方法目标

（1）培养学生思考问题的能力。

（2）培养学生耐心细心的实操态度。

3、情感态度与价值观

（1）培养学生小组合作的精神。

（2）培养学生的工匠理念。

四、教学重点、难点分析

1、教学重点：PQFactory码垛轨迹、PLC程序编写、HMI画面设计。

2、教学难点：PQFactory仿真软件与PLC控制箱的虚实联机调试。

五、学习环境与学习资源

1、教学环境创设

移动时时互动教学新模式、华航唯实CHL-DS-03型工业机器人一体化实践工厂、数字孪生工作站、PQFactory智能产线设计与虚拟调试软件。

2、教学资源内容

（1）超星移动教学平台。教师团队筛选线上教学资源，整合与本单元相关内容为资料包。设置教师、学生帐号，登录平台可完成从课前预习、课堂教学、课后拓展完整教学需要。具体内容包括：

资源包：操作解说微视频，平台共享。借助信息化手段提前学、随时学。

项目预习：提供下一项目的预习资料，供学生下载，自行准备。

课上即时评价：利用平台输入学生自评、互评、教师评价成绩，随时生成评价成绩，在线展示学生作品，并及时评价，直观、便捷。

课后巩固：对本项目所有内容，以及注意问题集合成知识集锦，为后续巩固提供基础。

（2）多媒体课件，贯通整个项目，作为课堂或实践进行的主线。

（3）

实训工厂：理实一体相互融合，既是学生实践、实习的场所，也是赛教证教相互渗透的纽带。

六、教学策略

1、项目式教学法：把教学内容化为项目、任务，让学生更直接的了解本次课的重点。

2、任务驱动法：以任务为目标，一步一步深入项目，达到目标，继而掌握重难点。

3、理实一体化：在掌握理论的基础上，指导实践操作，形成“实践-认识-再实践”的意识。

4、超星平台：使线上学习渗透到学生生活社交中。

 

 

 

 

七、教学实施过程

 

八、教学反思

在课程实施中更倾向于学生自我的探索，坚持“多提问少灌输”的理念，在任务中给予学生更多自由度，从独立思考、小组讨论、组组答辩、小组讲演等方式打破学生的思维习惯。培养学生“实践-认知-再实践”的学习习惯，期望通过每个项目的引领，帮助学生提升能力点，种下对课程、专业深入学习的种子，最终演变成内驱动力，在岗位和职业中成长为大树，为家乡建设、社会服务尽绵薄之力。本项目是围绕着我的教学追求来设计，还有很多成长反思的空间，但请各位评委批评指正。