《材料加工创新》教学大纲

《材料加工创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03171352课程性质：专业创新选修课学分：2学分学时：32学时（上机32学时）先修课程：高等数学、线性代数、工程力学、材料成型计算机辅助设计、材料成形原理、机械设计基础等后续课程：材料成型技术攻关创新等适用专业：材料成型及控制工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《材料加工创新》是材料成型与控制工程专业的专业创新课程。本课程介绍拓扑优化基本理论、先进的测量技术及3D打印技术等，让学生在经历从产品设计、建模、结构优化到运动仿真，再到生成实体、产品测量、精度检测的产品研发主要过程的同时，了解产品设计和生产的主要过程，熟练操作三维软件，将理论知识应用到实践中。二、课程目标课程目标1：了解产品研发的流程，了解产品外观尺寸和精度的先进测量技术，注重对学生理想信念、道德品德、综合素养等的培养，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，树立正确的职业理想，提高学生学习能力，帮助学生树立终身学习意识。课程目标2：掌握三坐标测量仪的基本操作，掌握使用三维软件进行建模、装配、运动仿真，能够在项目完成过程中发挥自己的优势并承担相应的任务，锻炼个人动手能力和职业能力，提升就业竞争优势，提高团队意识和合作能力。课程目标3：掌握分析软件进行结构优化的方法，掌握3D打印的操作技巧，提高分析问题、解决问题的能力，提高学生创新意识，培养学生刻苦钻研、严谨求实的科学态度、积极进取的创新精神，提升综合创新能力。

三、课程目标与毕业要求《材料加工创新》课程教学目标对材料成型及控制工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度5.使用现代工具5.1能够了解、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对复杂材料成型及控制工程问题进行测绘、分析与计算，并理解其局限性。课程目标1：了解产品研发的流程，了解产品外观尺寸和精度的先进测量技术，注重对学生理想信念、道德品德、综合素养等的培养，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，树立正确的职业理想，提高学生学习能力，帮助学生树立终身学习的意识。课程目标2：掌握三坐标测量仪的基本操作，掌握使用三维软件进行建模、装配、运动仿真。M5.2能够开发、选择与使用现代工程工具和信息技术工具对材料成型专业复杂问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标3：掌握分析软件进行结构优化的方法，掌握3D打印的操作技巧，提高分析问题、解决问题的能力，提高学生创新意识，培养学生刻苦钻研、严谨求实的科学态度、积极进取的创新精神，提升综合创新能力。9.个人和团队9.1具备良好的团队意识，能够理解团队不同角色的责任和作用，并能与其它学科成员协作互补。课程目标2：能够在项目完成过程中发挥自己的优势并承担相应的任务，锻炼个人动手能力和职业能力，提升就业竞争优势，提高团队意识和合作能力。M9.2能够在多学科背景下的团队中担当团队成员或负责人的角色。课程目标2：能够在项目完成过程中发挥自己的优势并承担相应的任务，锻炼个人动手能力和职业能力，提升就业竞争优势，提高团队意识和合作能力。注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。

四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点上机学时对应的课程目标1.产品研发流程教学要求：了解产品研发的一般流程，理解课程的任务和目标。212.先进测量技术2.1传统测量技术手段2.2三维扫描测量技术2.3三坐标测量技术2.4其他先进测量技术教学要求：掌握传统测量技术与先进测量技术的差异，能够灵活结合传统与先进测量技术进行产品零部件的快速测量。重点：产品外观尺寸及几何公差的测量方法与数据记录。难点：三坐标测量仪的基本操作。213.产品外形尺寸测量及精度测量3.1三坐标测量仪的主要特点3.2三坐标测量仪的应用领域3.3三坐标测量仪的基本结构3.3.5测量几何公差的基本操作3.6测量数据记录和处理方法教学要求：了解三坐标测量仪的测量误差及消除人为误差的方法，掌握三坐标测量仪的基本操作，能够准确测量出零部件的外形尺寸及几何公差，准确记录测量数据并处理，生成规范的测量报告。重点：产品外观尺寸及几何公差的测量方法与数据记录。难点：三坐标测量仪的基本操作。41、2、34.三维模型创建4.1产品零件三维建模4.2产品三维软模型装配4.3三维模型格式转换教学要求：掌握三维软件建模的基本操作和零件装配的技巧，能够用不同软件打开创建的三维模型。重点：42、35.产品结构优化设计5.1产品结构优化的目的和手段5.2轻量化设计基础知识5.3拓扑优化的基本理论及实现方法5.4几何重构设计5.5性能分析教学要求：了解产品结构优化的目的和优化方法，掌握轻量化设计的概念和目的，掌握使用计算机技术实现产品结构轻量化设计的操作，掌握优化所需的边界条件设置，掌握优化的形状控制方法，掌握优化相关参数的设置，掌握对于三维模型性能分析的方法，单元尺寸的设置，能够查看最终设计模型质量，判定轻量化效果。重点：使用计算机软件实现拓扑优化。难点：几何重构设计及性能分析。82、36.三维模型运动仿真6.1运动仿真流程6.2定义连杆、约束及运动副6.3定义驱动6.4干涉检查及消除6.5动画生成教学要求：熟悉运动仿真流程，掌握分辨机构哪些零件属于连杆的方法，掌握判断约束类型和运动副类型的方法，能够利用三维软件对机构进行定义连杆、约束、运动副和驱动等，能够使用三维软件对机构进行干涉检查并消除干涉，最终生成机构的运动动画。重点：定义连杆、约束、运动副、驱动。难点：生成动画。82、37.3D打印及装配7.13D打印技术概述7.23D打印成型方向的选择7.33D打印切片处理7.43D打印机的操作7.53D打印后处理教学要求：了解3D打印技术的应用领域及发展前景，了解不同材料适用的3D打印成型工艺，掌握成型方向的选择技巧，熟练掌握打印机的操作，熟悉对打印出来的产品如何进行后处理，最终将打印出的各零件进行组装成结构优化后的成品重点：3D打印成型方向的选择。难点：3D打印机的操作。42、3合计32五、教学方法及手段本课程采用项目式教学，将课程教学内容以项目的形式呈现，以设计任务驱动学生学习相应项目所需要的理论知识及实践技能，在完成任务的同时掌握三坐标测量仪的基本操作，掌握使用三维软件进行建模、装配、运动仿真，掌握分析软件进行结构优化的方法，掌握3D打印的操作技巧等；突出学生的主体作用，充分发挥学生的主动能动性，采用启发式、讨论式教学等，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；在课程中融入思政元素，形成与理论知识及工程应用结合密切的课程思政案例，通过案例教学将价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的理念贯穿教学各环节，将思政元素无痕融入课堂。六、课程资源1.推荐教材不指定教材。2.参考书（1）杨海鹏.模具拆装与测绘（第2版）[M].北京:清华大学出版社,2016.（2）闻邦椿等.产品的结构性能及动态优化设计[M].北京:机械工业出版社,2008.（3）徐成斌等.solidThinkingInspire优化设计基础与工程应用[M].北京:机械工业出版社,2017.（4）柯旭贵,张荣清.冲压工艺与模具设计（第2版）[M].北京:机械工业出版社,2022.3.期刊（1）张国锋,徐雷,李大双,王鑫.基于变密度法的机械臂3D打印轻量化设计方法研究[J].机械设计与制造,2022(11):80-84.（2）李鹏飞等.基于UG的吸能盒结构优化设计与轻量化模拟分析[J].智能计算机与应用,2019,9(05):142-145+149.（3）王胜曼,陈会斌,田淑芳.基于UGNX的减速器壳体轻量化设计[J].机械研究与应用,2022,35(05):140-142.（4）林如松,张祥宇,孟岳,丘荣印,徐晓强.基于HyperWorks&SolidthinkingInspire的客车加热器支架结构优化及轻量化设计[J].机械设计,2019,36(11):110-113.（5）ShengqinLi,XinyuanFeng.Studyofstructuraloptimizationdesignonacertainvehiclebody-in-whitebasedonstaticperformanceandmodalanalysis[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,2020,135(C):106405-106405.4.网络资源（1）汪焰恩.3D打印技术及应用.2020年.http:///course/NWPU-1001911003.（2）唐友亮.CAD（UG）.2020年./course/SQC-1001754048.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核平时表现8（1）根据课堂出勤、课堂表现等情况进行考核，满分100分。（2）以出勤次数、参与讨论次数、回答问题次数等进行评分。√√√521作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√264分组任务20（1）每次作分组任务单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩，满分100分；（2）以分组任务成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√1010综合作业考核60（1）综合作业成绩100分，以综合作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核产品尺寸测量、三维建模、结构优化设计、3D打印等内容。√√√103020合计：100分174835八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以平时表现、作业、分组任务、综合作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由综合作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：综合作业成绩为100分（权重60%）；平时表现、作业、分组任务等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和综合作业分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60平时表现20出勤率大于90%，不迟到不早退。积极参与教学活动，态度认真，踊跃回答问题，准确率大于90%。出勤率大于80%，不迟到不早退。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。出勤率大于70%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。出勤率大于60%。上课不认真，偶尔参与教学活动。出勤率低于60%，有迟到早退现象。上课不认真，不参与教学活动。作业30答题完整，思路清晰，字迹工整，按时提交，准确率大于90%。答题完整，字迹工整，按时提