機(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的研究與探索

摘要：為適應(yīng)機(jī)械領(lǐng)域快速發(fā)展的新形勢(shì)，滿足社會(huì)對(duì)掌握數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)人才的迫切需求，結(jié)合我校機(jī)械專業(yè)實(shí)際情況，提出了以數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用為主線，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力為目標(biāo)，構(gòu)建了貫穿于機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)過程始終的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)培養(yǎng)體系。

關(guān)鍵詞：機(jī)械專業(yè)；數(shù)字化設(shè)計(jì)；數(shù)字化制造

計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面滲透到機(jī)械領(lǐng)域，學(xué)生熟練掌握和應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)已成為其必備的基本技能，企業(yè)在招聘中也將這項(xiàng)能力作為重要考核指標(biāo)之一。為適應(yīng)這種快速發(fā)展的新形勢(shì)，滿足社會(huì)的迫切需求，研究和探索如何培養(yǎng)掌握和應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的優(yōu)秀畢業(yè)生具有重要意義。通過廣泛調(diào)研和細(xì)致分析，結(jié)合我校機(jī)械專業(yè)實(shí)際情況，提出了以典型數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析、制造技術(shù)工程軟件應(yīng)用為主線，以實(shí)踐教學(xué)基地和工程訓(xùn)練中心為載體，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力為目標(biāo)，構(gòu)建了貫穿于機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)過程始終的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)培養(yǎng)體系。

一、教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革

在保持專業(yè)原有優(yōu)勢(shì)和特色的基礎(chǔ)上，著重對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)等進(jìn)行改革與創(chuàng)新，形成了一套完整的提高學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)能力的教學(xué)體系。

（一）工程制圖類教學(xué)與實(shí)踐

工程制圖類是學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)械、了解機(jī)械的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，開設(shè)了機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)繪圖、三維設(shè)計(jì)等制圖類課程，在教學(xué)中注重各門課程之間的融會(huì)貫通。計(jì)算機(jī)繪圖將制圖基本知識(shí)、視圖表達(dá)方法、零部件繪制、裝配關(guān)系等用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，提高了效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，加深了對(duì)機(jī)械制圖的理解和掌握。在三維設(shè)計(jì)中，通過建立三維實(shí)體模型、動(dòng)態(tài)仿真，使學(xué)生容易理解，更容易激發(fā)其空間想象力和創(chuàng)新熱情。

（二）工程力學(xué)類教學(xué)與實(shí)踐

開設(shè)了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析（如ADAMS）和有限元分析（如ANSYS）等分析課，增強(qiáng)工程力學(xué)類課程的直觀性。如將剛體的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，變成動(dòng)態(tài)的曲線或動(dòng)畫等輸出形式，將構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變分析等，變成動(dòng)態(tài)的顏色改變、形狀改變以及數(shù)據(jù)改變，形象直觀，印象深刻。

（三）機(jī)械基礎(chǔ)類教學(xué)與實(shí)踐

機(jī)械基礎(chǔ)類包括完整的機(jī)器設(shè)計(jì)過程—運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)。利用ADAMS等可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸建模，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，為工作能力設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。利用ANSYS等進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及應(yīng)力集中問題的仿真分析，加深學(xué)生對(duì)傳動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)尺寸和選用原則的理解。

（四）機(jī)制基礎(chǔ)類教學(xué)與實(shí)踐

機(jī)制基礎(chǔ)類教學(xué)的一個(gè)主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)的能力。針對(duì)工程實(shí)際中的一個(gè)具有典型特征的機(jī)械產(chǎn)品零件，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)要求以及現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)條件，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)。利用數(shù)字化設(shè)計(jì)表達(dá)夾具零件和裝配體，并驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)果。

（五）數(shù)控技術(shù)類教學(xué)與實(shí)踐

針對(duì)工程實(shí)際中的典型加工對(duì)象，利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)首先進(jìn)行建模、編程，生成加工軌跡，仿真加工及檢驗(yàn)，后置處理，最終生成數(shù)控G代碼。通過串行通訊或網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間通訊，將編制好的數(shù)控G代碼下載到數(shù)控設(shè)備中，從而進(jìn)行實(shí)際加工。從對(duì)象建模、刀具選擇、工藝規(guī)劃、代碼生成、實(shí)際加工、加工效率檢驗(yàn)等多方面培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)制造綜合能力。

（六）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法類教學(xué)與實(shí)踐

反求工程是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法之一。其利用三維激光掃描儀無接觸地掃描被測(cè)對(duì)象表面輪廓，獲得幾何數(shù)據(jù)，構(gòu)建曲面數(shù)字化模型，經(jīng)過后置處理，生成RP需要的模型截面輪廓數(shù)據(jù)或NC代碼，最終復(fù)制出原型或加工出實(shí)物。反求工程實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品原型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的數(shù)字化，達(dá)到了對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合應(yīng)用訓(xùn)練的目的。

二、工程訓(xùn)練體系和內(nèi)容的改革

工程訓(xùn)練的基本指導(dǎo)思想是四年不斷線，分階段、分內(nèi)容、分層次系統(tǒng)地進(jìn)行訓(xùn)練和培養(yǎng)。

（一）機(jī)械基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)習(xí)

對(duì)于剛?cè)胄５膶W(xué)生，進(jìn)行包括傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、常規(guī)制造技術(shù)以及數(shù)控制造技術(shù)等在內(nèi)的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方法的參觀演示，使學(xué)生對(duì)主要的設(shè)計(jì)方法、制造技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方式有一定的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情和對(duì)專業(yè)的熱愛。

（二）機(jī)械基礎(chǔ)技能訓(xùn)練

進(jìn)行全面的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。絕大部分時(shí)間是用于車削、銑削、磨削、鉗工、焊接、鑄造、鍛壓、沖壓、剪切等傳統(tǒng)制造技術(shù)訓(xùn)練。同時(shí)，也進(jìn)行簡(jiǎn)單典型零件二維、三維設(shè)計(jì)、讀圖能力訓(xùn)練以及基本的數(shù)控加工技術(shù)訓(xùn)練。

（三）數(shù)控技術(shù)訓(xùn)練

學(xué)生使用數(shù)字化設(shè)計(jì)制造手段進(jìn)行典型零件的設(shè)計(jì)和數(shù)控編程，并在數(shù)控機(jī)床上完成零件的加工，突出了數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造二者的有機(jī)融合。

（四）特種加工訓(xùn)練

訓(xùn)練學(xué)生掌握和使用多種與特種加工有關(guān)的設(shè)計(jì)、加工軟件，掌握特種加工方法。加入這些訓(xùn)練內(nèi)容，可使訓(xùn)練內(nèi)容更加全面、生動(dòng)、豐富。

三、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式第二課堂創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)

項(xiàng)目實(shí)踐過程與聽課不同，是一個(gè)主動(dòng)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。項(xiàng)目課題主要來源于三個(gè)方面：一是學(xué)生自主命題，就是學(xué)生將在生活實(shí)際中遇到的困難、問題，進(jìn)行提煉、分析、總結(jié)，提出有創(chuàng)造性價(jià)值的課題，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力。二是有主題的實(shí)踐活動(dòng)，例如根據(jù)各種學(xué)科競(jìng)賽的主題要求，組織學(xué)生開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品參加競(jìng)賽，這有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。三是教師提供項(xiàng)目課題，教師可以根據(jù)自己的科研課題為學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，從設(shè)計(jì)構(gòu)思、具體設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、裝配調(diào)試以及產(chǎn)品商業(yè)化等全過程都需要學(xué)生付諸實(shí)踐。數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造手段為項(xiàng)目課題的順利實(shí)施起到重要作用。

四、結(jié)語

以數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)為切入點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革，促進(jìn)了人才培養(yǎng)模式的不斷完善。通過實(shí)踐，該方法行之有效。不但使學(xué)生在空間思維能力、圖形表達(dá)能力、常規(guī)工程設(shè)計(jì)制造能力得到培養(yǎng)和提高，而且其創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、先進(jìn)制造能力以及工程實(shí)踐能力也得到培養(yǎng)和訓(xùn)練，適應(yīng)了知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的需求。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：黑龍江省高等學(xué)校新世紀(jì)教學(xué)改革工程項(xiàng)目“機(jī)械專業(yè)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：黑教高處函[2009]7號(hào)）；黑龍江大學(xué)新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“機(jī)械專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：200953）。

作者簡(jiǎn)介

畢永利（1968-），男，吉林農(nóng)安人，黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長(zhǎng)，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)電工程方面教學(xué)與研究。