现代设计方法在机械设计制造及其自动化专业教学中的应用

第第页共8页现代设计方法在机械设计制造及其自动化专业教学中的应用【摘要】根据社会对机械设计制造及其自动化专业人才的实际需求面向融入现代设计方法建立现代机械设计创新人才培养体系。具体措施有：调整培养计划增设现代设计方法的课程；在其他教学环节中融入现代设计方法；应用现代设计方法辅助教学。通过该体系的实施能有效地将现代设计方法融入到机械设计制造及其自动化专业的教学和实践中。【关键词】现代设计方法；机械设计制造及其自动化；创新人才；课程体系机械设计制造及其自动化专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力能在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。目前我国的制造业已进入了一个新的发展时期由以前的仿制为主转为自主创新、自主研发阶段但机械产品种类众多许多机械产品结构复杂由几十、几百甚至成千上万个零部件组成若采用传统的设计计算方法和手段设计周期长、设计成本高无法满足市场需求而先进的三维数字化设计、优化设计、有限元分析、动态仿真模拟等现代设计方法以其准确、快捷和高质量的特点被越来越多的企业所采用。因此培养高素质创新人才是时代对高等学校机械设计制造及其自动化专业提出的迫切要求需要从培养目标、培养方案和教学组织管理等方面对机械设计制造及其自动化专业的创新人才培养模式进行研究与实践加强计算机三维辅助设计、优化技术、有限元分析技术、勤态仿真模拟等技术理论和实践能力培养满足社会对应用型、复合型、创新型机械设计制造及其自动化专业人才的培养要求［1］。为此必须对机械设计制造及其自动化专业方向的课程体系进行整体优化将现代设计方法融入课程群。1调整培养计划增设现代设计方法的课程现代设计方法是在继承和发展传统设计方法的基础上随着计算机技术的飞速发展和广泛应用融汇新的科学理论和科技成果而形成的一个新兴的设计学学科经过几十年的发展到现在已有包含创新设计、优化设计、可靠性设计、有限元设计、产品生命周期设计和动态设计等在内的几十种设计方法［2-4］。现代设计方法学科包含的内容很多但专业培养计划中的总学时数是有限的并且在专业的知识体系结构需要通过公共基础课、专业基础课和专业课等多种课程来构建。因此需要权衡多方面的因素精心规划课程组合以达到将现代设计方法的知识融入专业的知识体系结构中的目标。最终确定以《机械创新设计》、《系统可靠性设计》、《机械CAD/CAM》和《机械优化设计》四门课作为专业任选课的核心课程群。《机械创新设计》课程介绍机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创新设计、一般创新设计技法、创造力开发和创新失误分析等内容［5］o《系统可靠性设计》课程介绍保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的机械设计方法包括产品的可靠性的预计、分配、技术设计和评定等内容［6］。《机械CAD/CAM》课程介绍机械CAD/CAM技术基础、机械CAD/CAM数据处理、机械设计与加工、机械CAD/CAM建模和数控加工基础等内容［7］。《机械优化设计》课程介绍优化设计概述、优化方法的数学基础、一维搜索方法、基于导数的优化方法、非导数优化方法、线性规划方法、优化设计实用技术、机械优化设计常用软件等内容［8］。《机械创新设计》、《系统可靠性设计》、《机械CAD/CAM》和《机械优化设计》这四门课程所介绍的现代设计方法都是目前在制造企业应用较为广泛的技术通过这些课程的学习有助于学生对现代设计方法有一个较深入的认知。2在其他教学环节中融入现代设计方法由于培养计划的限制只能在专业任选课中开设几门课这对全面了解现代设计方法来说是不够的因此还需要在其他课程中融入现代设计方法的内容。首先是关于现代设计方法的整体性介绍。由于培养计划中没有单独开设这门课因此在《机械设计》课程中结合其中设计总论的内容专门用2个学时对现代设计方法做一个概述使学生对现代设计方法有一个较为全面的初步了解。通过这样的概述结合《机械设计》课程的学习调动学生进一步了解现代设计方法的兴趣为学生在后期进行专业任选课的选择做引导。其次是在其他课程中结合课程内容的特点融入一些现代设计方法的知识。例如：在《工程力学》课程中结合力学分析的内容融入有限元分析方法将传统的力学分析计算与利用计算机辅助进行的有限元分析放在一起。先通过用有限元分析方法对一些力学分析算例进行验算的过程使学生掌握有限元分析方法的一些基础知识。然后布置一个大作业利用有限元分析方法对传统力学分析无法完成的算例进行分析从而使学生对有限元分析方法的应用有一个较清晰的认识。另外在实践教学环节中加入现代设计方法的内容。现代设计方法是一门应用型学科因此在实践教学环节中加入一些现代设计方法的内容是将现代设计方法融入学生的设计思维的重要环节之一。当然具体实施的时候也要考虑实践教学环节本事的特点例如：在《机械原理课程设计》中可以将现代设计方法中的动态设计内容融合进来要求学生在设计机构运动方案时利用仿真软件进行动态仿真；在《机械设计课程设计》中可以将现代设计方法中的有限元分析和优化设计内容融合进来要求学生在结构设计中利用有限元分析软件进行受力分析采用优化设计方法对一些结构参数进行优化设计；在《毕业设计》中可以结合毕业设计的题目将现代设计方法中的内容融合进来提升学生运用现代设计方法进行机械设计的能力培养学生运用现代设计方法进行机械设计的习惯。3现代设计方法在辅助教学上的应用除了开设现代设计方法的相关课程和在其他教学环节中融入现代设计方法这两种方式之外还可以在一些相关课程的教学中运用现代设计方法辅助教学。在一些理论课程的课堂教学中可以利用三维CAD技术和三维运动仿真技术等现代设计方法来辅助教学。例如：在《工程图学》的课堂教学中可以利用SolidWorks等三维CAD软件辅助教学。在介绍组合体构形的内容时可以在三维CAD软件中操作展示叠加、切割、相交、拉伸和旋转等常见的组合体构形方法相对于传统的图片展示更为直观生动同时也展现了利用三维CAD软件生成三维立体的过程。在介绍表达方法的内容时可以利用三维CAD软件中的剖视命令演示立体的全剖、半剖、局部剖和断面图等表达方法的实现过程可以帮助学生在掌握制图中表达方法知识的同时也了解在三维CAD软件怎样进行剖视图的生成。在介绍装配图的内容时可以利用三维CAD软件演示由零件装配组成装配件的过程使帮助学生在掌握产品装配知识的同时也了解在三维CAD软件怎样装配产品。又如：在《机械原理》的课堂教学中可以利用三维运动仿真软件辅助教学。在介绍平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他常用机构的内容时以前讲课时只能采用黑板画图和挂图急回、慢进、偏置和对心等运动状态完全依靠老师的讲解和学生的想象空间思维能力较差的学生只能死记硬背很难彻底理解。借助三维运动仿真软件建立机构的装配体模型动态模拟机构运动的情况让学生生动、形象地了解运动情况及产生的原因学生既容易理解还记得牢深受学生的欢迎。在一些实践教学环节中同样可以利用虚拟仿真技术和三维运动仿真技术等现代设计方法来辅助教学。例如：在《工程制图测绘》中利用三维CAD软件建立齿轮泵和减速器等的零件和装配模型再利用虚拟仿真技术建立齿轮泵和减速器的模拟拆装环境采用虚拟环境模拟加实际动手拆装的方式相结合能减少实际拆装时的问题达到提高教学质量的目的。在《机械原理》课程的机构动力学调速及动平衡实验中可以利用虚拟仿真技术构建实验台的虚拟操作环境学生可以利用虚拟实验台先熟悉具体的实验操作从而达到节约实验时间和提高教学质量的目的。在《机械原理》课程的机构动力学调速及动平衡实验中可以利用虚拟仿真技术构建实验台的虚拟操作环境学生可以利用虚拟实验台先熟悉具体的实验操作从而达到节约实验时间和提高教学质量的目的。在《机械原理》课程的机构传动系统设计实验和机构组合创新实验中利用三维CAD软件建立实验时需要用到的所有构件的三维模型再导入三维运动仿真软件中建立实验仿真平台学生可以利用实验仿真平台先搭建预想中的机构并通过运动仿真验证所搭建机构是否所需可以大量节约节约实验时间也为一些有兴趣的同学去搭建更多不同的机构创造了条件。4结论针对社会经济发展对机械设计制造及其自动化专业人才的实际需求以现代设计方法为核心建立现代机械设计创新人才的培养体系。调整培养计划增设《机械创新设计》、《系统可靠性设计》、《机械CAD/CAM》和《机械优化设计》四门课作为专业任选课的核心课程群。在《机械设计》课程中对现代设计方法做一个概述在《工程力学》、《机械原理课程设计》和《毕业设计》等相关的理论和实践课程中结合课程的特点融入现代设计方法的部分内容；在《工程图学》、《机械原理》和《工程制图测绘》等相关的理论和实践课程中应用现代设计方法辅助教学。经过几年的实施该体系能有效地将现代设计方法融入到机械设计制造及其自动化专业的教学和实践中使学生能够更好地满足社会需求更能突出我校机械设计制造及其自动化专业学生的实用特色。【参考文献】[1]王利英上官林建纪占玲韩林山.现代设计方法在工程机械专业教学中的应用[J].华北水利水电学院学报：社科版20_26(4)：161-162.[2]赵松年佟杰新卢秀春主编.现代设计方法M.机械工业出版社20_.[3]曹岩李建华刘红军杜江主编