關(guān)于機(jī)械工程表達(dá)工具課的探試究與實(shí)踐
機(jī)械工程是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和維修各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用學(xué)科。下面就一起看看機(jī)械工程表達(dá)工具課的探試究與實(shí)踐具體有哪些?
論文摘要：隨著先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的推廣應(yīng)用，機(jī)械學(xué)科內(nèi)涵發(fā)生了很大變化，初步形成了以數(shù)字化為基礎(chǔ)的機(jī)械工程知識(shí)體系，機(jī)械工程表達(dá)工具發(fā)生了根本的變化，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖。在當(dāng)前的設(shè)計(jì)與繪圖教學(xué)模式中，繪圖工具的學(xué)習(xí)和使用已不適應(yīng)當(dāng)前要求，應(yīng)使其成為獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)。介紹了機(jī)械類專業(yè)本科課程改革方案，通過(guò)設(shè)立機(jī)械工程表達(dá)工具課，使學(xué)生建立基于三維的工程設(shè)計(jì)概念，培養(yǎng)工程素質(zhì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
論文關(guān)鍵詞：工程圖學(xué);教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);表達(dá)工具;課程改革
在信息和知識(shí)快速發(fā)展的時(shí)代，傳統(tǒng)的機(jī)械工程領(lǐng)域增加了大量新的知識(shí)內(nèi)容，計(jì)算機(jī)技術(shù)改變了機(jī)械工程知識(shí)體系。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)使得機(jī)械繪圖甩掉了圖板，在航空、汽車等大型制造企業(yè)內(nèi)已達(dá)到100%計(jì)算機(jī)輔助出圖。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了建立全三維數(shù)學(xué)建模。數(shù)控加工技術(shù)不再使用尺寸標(biāo)注完整的二維零件圖，而是直接從工件的三維數(shù)字模型生成加工軌跡和相應(yīng)的工藝文件。傳統(tǒng)機(jī)械類專業(yè)的工程圖學(xué)課程(畫法幾何、機(jī)械制圖)重點(diǎn)內(nèi)容，如二維視圖之間的投影關(guān)系、幾何體之間的相貫線、軸測(cè)圖等，很容易用CAD軟件實(shí)現(xiàn)。因此，如何使機(jī)械圖學(xué)課程適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，業(yè)已成為工科高校教師的課程改革重點(diǎn)。美國(guó)工程圖學(xué)教育經(jīng)過(guò)近三十年的調(diào)整，課程設(shè)置已從尺規(guī)繪圖為主轉(zhuǎn)變?yōu)槿S建模和產(chǎn)品全生命期建模，將相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容整合在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)與制造等課程當(dāng)中。
我國(guó)近年已將三維建模引入工程圖學(xué)的教學(xué)和設(shè)計(jì)類課程，教學(xué)模式主要分為：機(jī)械基礎(chǔ)課程的融合模式和以三維為主線的模式。機(jī)械基礎(chǔ)課程的融合模式中，將工程制圖、機(jī)械原理、機(jī)械零件、CAD(AutoCAD)合并為一門“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖”課程;而以三維為主線的模式是將三維建模的原理、方法和技能融入、滲透到工程圖學(xué)課程中，形成新的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法 。
在這兩種教學(xué)模式中，CAD軟件基本取代了傳統(tǒng)的尺規(guī)繪圖方式，即機(jī)械工程表達(dá)所采用的工具發(fā)生了根本的變化，從筆、尺、繪圖板變?yōu)橛?jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，由任課教師教授學(xué)生使用繪圖工具。而在采用CAD軟件進(jìn)行繪圖和設(shè)計(jì)的教學(xué)模式中，仍然是由任課教師配合既定的教學(xué)進(jìn)度，在授課的過(guò)程中教學(xué)生使用CAD軟件的基本功能，由此帶來(lái)一系列教學(xué)問(wèn)題。
在對(duì)大型企業(yè)要求高校本科畢業(yè)生能力的調(diào)研中，用人單位一致反映，機(jī)械類專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)能使用一種CAD軟件進(jìn)行三維造型、三維轉(zhuǎn)二維、二維工程圖的標(biāo)注等基本操作，要了解一個(gè)CAD 系統(tǒng)的整體基本功能，但是不需要非常熟練地使用其中的某些功能，因?yàn)槠髽I(yè)根據(jù)需要，會(huì)對(duì)新畢業(yè)的大學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，深化專業(yè)技能。
目前由任課教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，教學(xué)生使用CAD 軟件的某些基本功能，使學(xué)生僅僅熟悉軟件的個(gè)別操作，并未形成軟件的整體概念。傳統(tǒng)的高等教育是培養(yǎng)知識(shí)型人才，注重理論教育，而當(dāng)前提倡的創(chuàng)新人才，重視培養(yǎng)動(dòng)手能力已成為教學(xué)大綱的重點(diǎn)。在創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)過(guò)程中，基本工程工具的學(xué)習(xí)和使用應(yīng)該成為獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，對(duì)于機(jī)械學(xué)科專業(yè)來(lái)說(shuō)，開設(shè)獨(dú)立的機(jī)械工程表達(dá)工具課程，首先系統(tǒng)地教會(huì)學(xué)生使用這些基本的計(jì)算機(jī)軟件工具，才能為后續(xù)的圖學(xué)及相關(guān)專業(yè)課程做好準(zhǔn)備。
1 設(shè)立獨(dú)立的機(jī)械工程表達(dá)工具課
北航機(jī)械學(xué)院在大量進(jìn)行國(guó)內(nèi)外教學(xué)體系調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校的特點(diǎn)，在2005年對(duì)機(jī)械學(xué)院的機(jī)械類課程體系進(jìn)行了改革，為大一新生開設(shè)了“工程設(shè)計(jì)工具”課程，作為設(shè)計(jì)類入門課，納入機(jī)械基礎(chǔ)課程體系，增加CAD軟件學(xué)習(xí)課時(shí)，使學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)之前，掌握基本三維設(shè)計(jì)工具的使用。
課程為本科必修課，18學(xué)時(shí)+l8機(jī)時(shí)，課內(nèi)外時(shí)間為1：1，教學(xué)軟件使用SolidWorks。課程目標(biāo)是使學(xué)生掌握二維繪圖、三維造型、文擋、表格等設(shè)計(jì)工具的使用，能夠獨(dú)立用二維工程圖、三維造型、裝配爆炸示意圖等多種方式表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，重視建立工程設(shè)計(jì)的概念，培養(yǎng)基本工程素質(zhì)，為機(jī)械類基礎(chǔ)課和專業(yè)課做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。通過(guò)三輪的課程教學(xué)，受到了學(xué)生的好評(píng)，后續(xù)課程的任課教師一致表示，機(jī)械學(xué)院的大一學(xué)生在畫法幾何、機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)基本投影關(guān)系的理解、三維CAD軟件的基本操作，基本工程概念明顯優(yōu)于其他機(jī)械類院系的學(xué)生。
2 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的基于二維工程圖的設(shè)計(jì)是一種基于投影關(guān)系的設(shè)計(jì)，對(duì)于空間想象能力較差的學(xué)生，很難通過(guò)二維圖紙?jiān)陬^腦中形成物體的三維形狀，尤其是裝配圖，一直是機(jī)械類本科生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)�；谌S的設(shè)計(jì)首先要建立物體的三維數(shù)字模型，完整表現(xiàn)物體的幾何結(jié)構(gòu)，再?gòu)娜S模型投影得到各種二維視圖，通過(guò)對(duì)視圖中的個(gè)別線條進(jìn)行調(diào)整，并標(biāo)注工程符號(hào)，即可生成工程圖。
由于兩種設(shè)計(jì)方法本質(zhì)的不同，在深入細(xì)致的調(diào)研基礎(chǔ)上，針對(duì)三維CAD在企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及畢業(yè)學(xué)生的要求，設(shè)計(jì)了課程內(nèi)容：以三維設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，會(huì)用三維模型生成二維圖，掌握產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)手段，配合動(dòng)畫的制作了解產(chǎn)品的功能。由于本課程的教學(xué)對(duì)象是一年級(jí)新生，沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)任何與機(jī)械設(shè)計(jì)、制圖相關(guān)的課程，給本課程的教學(xué)帶來(lái)難度。在教學(xué)過(guò)程中，采用自頂向下的學(xué)習(xí)過(guò)程，從一個(gè)簡(jiǎn)單的完整機(jī)械裝配體開始(以帶輪支撐為例)，使學(xué)生知道一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品是由若干零件組成，每個(gè)零件在CAD系統(tǒng)中可以用三維實(shí)體表示，學(xué)習(xí)實(shí)體不同造型方法;同時(shí)告訴學(xué)生在制造產(chǎn)品過(guò)程中，需要二維圖紙和尺寸標(biāo)注，因此要學(xué)習(xí)從三維模型生成二維圖的方法和基本尺寸的標(biāo)注。在此基礎(chǔ)上，增加了產(chǎn)品的裝配和動(dòng)畫制作，幫助學(xué)生建立整體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，學(xué)會(huì)軟件工具的使用。
3 教學(xué)方法與手段
本課程采用課堂講授+計(jì)算機(jī)軟件操作+項(xiàng)目實(shí)踐。
3.1 課堂講授
介紹CAD技術(shù)的基本概念;CAD系統(tǒng)的軟件和硬件環(huán)境及相關(guān)技術(shù); 國(guó)內(nèi)外主要的商用CAD軟件及其應(yīng)用現(xiàn)狀等。SolidWorks軟件簡(jiǎn)介，包括：SolidWorks軟件基于特征、參數(shù)化、全相關(guān)的技術(shù)特點(diǎn);了解基本設(shè)計(jì)特征和局部設(shè)計(jì)特征基本體特征、驅(qū)動(dòng)尺寸、幾何約束等概念;了解SolidWorks零件設(shè)計(jì)的用戶界面及基準(zhǔn)面; 了解特征管理器的作用。
3.2 軟件操作
掌握軟件的基本操作，分步驟完成簡(jiǎn)單零件的制作。軟件的基本操作重點(diǎn)：基本拉伸特征;基本旋轉(zhuǎn)特征;掃成特征;放樣特征;基準(zhǔn)面和特征;裝配體和工程圖;動(dòng)畫制作。
3.3 項(xiàng)目實(shí)踐
在本課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生完成：
(1) 1-2個(gè)符合工程要求的三維零件設(shè)計(jì);
(2) 符合專業(yè)應(yīng)用和國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的模板圖的設(shè)置;
(3) 1-2張完整的專業(yè)應(yīng)用二維圖。
4 建立多媒體教學(xué)環(huán)境
為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高教學(xué)水平和教育質(zhì)量，建立了多媒體教學(xué)環(huán)境，包括以下內(nèi)容：
(1) CAD 中心服務(wù)網(wǎng)站
將中心教師為教學(xué)制作的各種課件、練習(xí)、題庫(kù)和相關(guān)知識(shí)提供給學(xué)生，提供資料和數(shù)據(jù)下載服務(wù)，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
(2) 編制實(shí)驗(yàn)教材
已完成SolidWorks和CAXA電子實(shí)驗(yàn)教材的編制，并應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，收到了良好的教學(xué)效果。結(jié)合航空特色，建立了SolidWorks典型零件庫(kù)，豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)題材。
(3) 制作多媒體課件
已完成SolidWorks多媒體課件，用于輔助本課程的教學(xué)。
該課件將課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容分為7大部分，形成主菜單的7個(gè)子菜單。在每一子菜單中，按照零件的造型特點(diǎn)分為若干項(xiàng)，每一項(xiàng)中，包括概述、調(diào)用方法和實(shí)例操作動(dòng)畫演示三部分。
5 結(jié) 論
開設(shè)獨(dú)立的機(jī)械工程表達(dá)工具課，將CAD軟件的學(xué)習(xí)從理論課程中獨(dú)立出來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，增加CAD軟件學(xué)習(xí)實(shí)踐機(jī)時(shí)，使學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)之前，掌握設(shè)計(jì)工具的使用，為專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。課程內(nèi)容突出三維實(shí)體造型，采用自頂向下學(xué)習(xí)過(guò)程，拓展裝配設(shè)計(jì)和動(dòng)畫制作，使得學(xué)生對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品有了整體的概念，對(duì)設(shè)計(jì)步驟有了初步的了解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。通過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，這些工作取得非常好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)
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