數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下課程體系設(shè)置與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索實(shí)踐

摘要將數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)涉及的各項(xiàng)單元技術(shù)，與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的相關(guān)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并以新產(chǎn)品的數(shù)字化開發(fā)為主線，強(qiáng)化綜合性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，建立適宜于在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下新的培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造 課程體系 人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Curriculum System Settings and Application Talents

Based on Digital Design and Manufacturing

TAN Wei， CHENG Fang

（Chongqing Technology and Business University， Chongqing 400067）

AbstractUnit technique of Digital design and manufacturing combining with course of Mechanical Design and Manufacturing Automation. According to principle on New product of digital development . Strengthening the integrative practical . Establish suitable for in digital design and manufacture environment new training mode.

Key wordsdigital design and manufacturing; curriculum system; cultivation of talents

1 數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)已成為現(xiàn)代制造業(yè)不可缺少的技術(shù)手段

制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)的發(fā)展水平直接反映出國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展水平。以信息技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了制造業(yè)和數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，使傳統(tǒng)的制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程采取串行設(shè)計(jì)模式，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制到經(jīng)過改進(jìn)再投產(chǎn)，導(dǎo)致新產(chǎn)品開發(fā)的周期較長(zhǎng)，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而現(xiàn)代制造業(yè)則借助數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、制造全過程的并行設(shè)計(jì)模式，盡可能采用數(shù)字化三維數(shù)據(jù)模型取代原來的物理原型，從而縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，加快上市速度。

2 傳統(tǒng)教學(xué)模式與相關(guān)課程體系亟待改革

目前許多高校機(jī)械工程學(xué)科在數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系列技術(shù)方面存在較多問題，主要表現(xiàn)在：原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式是以常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)制造流程為主線，課程體系的設(shè)置重理論輕實(shí)踐，各單元技術(shù)之間存在很大的脫節(jié)與重復(fù)現(xiàn)象，沒有形成完整的課程體系。

數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下的現(xiàn)代制造業(yè)，正逐步普及以三維CAD技術(shù)為核心的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)模式，這便要求機(jī)械類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系設(shè)置與之相適應(yīng)。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出將原有課程體系調(diào)整為：“以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新教育為主線、以數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)為手段、拓寬基礎(chǔ)、加強(qiáng)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)”。

3 數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)涉及的主要內(nèi)容

數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)集成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造過程中的相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，可分為：數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造、數(shù)字化管理等三大模塊，各模塊涉及的單元技術(shù)如圖1所示。

圖1數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)單元技術(shù)

上述各項(xiàng)單元技術(shù)貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制造、使用等全過程，是一項(xiàng)多學(xué)科的綜合技術(shù)。以三維CAD/CAE/CAM為核心的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)已成為新產(chǎn)品開發(fā)不可缺少的現(xiàn)代技術(shù)手段。

4 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下課程體系的設(shè)置

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)屬于工程應(yīng)用型專業(yè)，人才類型分成應(yīng)用研究型和技術(shù)應(yīng)用型。技術(shù)應(yīng)用型人才主要是應(yīng)用知識(shí)而非科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其知識(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)圍繞現(xiàn)代制造業(yè)的實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，拓展基礎(chǔ)、注重實(shí)踐。在對(duì)重慶市眾多制造類企業(yè)（國(guó)營(yíng)、民營(yíng)；大、中、小型）進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上（涉及汽車整車制造廠、汽車零部件公司、摩托車制造企業(yè)、裝備制造業(yè)），并參照全國(guó)其他高等院校本專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃，結(jié)合我校的實(shí)際情況，本專業(yè)方向人才培養(yǎng)目標(biāo)為高素質(zhì)應(yīng)用型高級(jí)專門人才。

4.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系的設(shè)置，應(yīng)該建立在“機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)”、“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”以及“機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)”三大平臺(tái)之上，并以數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)為特色、注重培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力，強(qiáng)化綜合實(shí)踐與工程訓(xùn)練。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課程體系框圖如圖2所示。

圖2機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課程體系框圖

整個(gè)課程體系由理論教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及課外社會(huì)活動(dòng)實(shí)踐等三大部分構(gòu)成，其中理論教學(xué)按課程的性質(zhì)可分為：公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)主干課以及專業(yè)方向選修課等四大類（圖2中只列出少部分課程）。

4.2 體現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)特色的實(shí)踐性環(huán)節(jié)

從課程體系中可以看出，綜合實(shí)踐性環(huán)節(jié)在整個(gè)課程體系中占有十分重要的地位，圖3為實(shí)踐性環(huán)節(jié)所涉及的主要內(nèi)容，從中可以看出，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中占有突出顯要的位置，并且四年不間斷。

在大一年級(jí)開設(shè)的“工程圖學(xué)課程實(shí)踐”、“計(jì)算機(jī)輔助繪圖（二維）”實(shí)訓(xùn)中，要求學(xué)生用AutoCAD軟件完成減速器的測(cè)繪，使學(xué)生得到最基本的數(shù)字化設(shè)計(jì)基本訓(xùn)練；在“金工實(shí)習(xí)”環(huán)節(jié)，除進(jìn)行車、銑、磨、鉗工以及鑄造、焊接等常規(guī)的加工方式外，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)數(shù)控機(jī)床、加工中心、線切割機(jī)床等設(shè)備所采用的數(shù)字化制造方式給傳統(tǒng)制造業(yè)所帶來的巨大變革。

在大二年級(jí)開設(shè)的“三維CAD應(yīng)用實(shí)訓(xùn)”綜合實(shí)踐是數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)最核心、最基礎(chǔ)的組成部分，通過高端三維CAD\\CAE\\CAM一體化軟件——UG NX5的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握實(shí)體建模、曲面設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、裝配、工程圖等模塊，為后續(xù)環(huán)節(jié)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，除完成以齒輪減速器為主體的一般機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過程外，同時(shí)要求學(xué)生必須完成該減速器的三維建模、虛擬裝配及簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析；在“電子工藝實(shí)習(xí)”中，除完成收音機(jī)的裝配調(diào)試以外，同時(shí)要求學(xué)生用“protel電路圖繪制軟件”完成收音機(jī)的整張電路圖。

圖3集中性專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)

在大三年級(jí)開設(shè)的“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)”中，除常規(guī)內(nèi)容以外，同時(shí)要求學(xué)生采用CAPP軟件完成該零件的計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制，并且用三維CAD軟件采取自頂向下的裝配建模方法完成整套夾具的三維設(shè)計(jì)；在“計(jì)算機(jī)輔助制造實(shí)訓(xùn)”綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生掌握數(shù)控自動(dòng)編程的原理、方法，并熟練運(yùn)用UG NX5軟件中的CAM模塊，完成一個(gè)中等復(fù)雜程度帶異形曲面零件的數(shù)控銑削自動(dòng)編程，并實(shí)際加工操作。在“計(jì)算機(jī)輔助工程分析”綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生掌握有限元分析的基本原理、方法，并基本掌握利用ADAMS軟件對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。

在大四年級(jí)開設(shè)的“逆向工程綜合實(shí)訓(xùn)”，與其它實(shí)踐環(huán)節(jié)相比較，所涉及的范圍及綜合性則顯得更加突出，從概念設(shè)計(jì)到效果圖、油泥造型到三坐標(biāo)掃描、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理到曲面設(shè)計(jì)及實(shí)體建模、快速原型制造，通過該實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下進(jìn)行新產(chǎn)品快速開發(fā)的實(shí)施流程。在“產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理綜合實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生掌握數(shù)字化管理技術(shù)所涉及的領(lǐng)域，并熟練使用國(guó)產(chǎn)CAXA V5 PDM軟件的使用方法。在整個(gè)課程體系中，依據(jù)不同的專業(yè)方向特點(diǎn)設(shè)置了相應(yīng)的“專業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)”。諸如在模具設(shè)計(jì)與制造方向，其專業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)則是“注塑模具CAD/CAE/CAM”綜合實(shí)訓(xùn)，主要學(xué)習(xí)UG NX5軟件中的MoldWizard注塑模具設(shè)計(jì)模塊以及的Moldflow流動(dòng)分析模塊的使用；在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，若畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為工程設(shè)計(jì)類型，則要求學(xué)生必須完成一定工作量的三維設(shè)計(jì)。

5 近三年應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索實(shí)踐

近三年來，機(jī)械工程學(xué)院在重視理論教學(xué)的同時(shí)強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到顯著提高。并積極組織學(xué)生參加全國(guó)及重慶市的各種學(xué)科競(jìng)賽，如：在第二屆全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中獲得三等獎(jiǎng)一項(xiàng)、第三屆全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽榮獲四個(gè)單項(xiàng)二等獎(jiǎng)、第一屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽重慶賽區(qū)三等獎(jiǎng)二項(xiàng)、2009年度全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（簡(jiǎn)稱3D大賽）重慶賽區(qū)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)等較好成績(jī)。與此同時(shí)，學(xué)院作為國(guó)家制造業(yè)信息化三維CAD教育培訓(xùn)基地，近三年培訓(xùn)學(xué)生達(dá)五百人。

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