智能制造專業(yè)“機械制圖”課程改革與優(yōu)化*

錢 勝 ，郭東旭

（黃山學院機電工程學院，安徽 黃山 245041）

智能制造專業(yè)是近些年為了適應(yīng)國際制造業(yè)發(fā)展新趨勢、促進我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、解決智能制造高素質(zhì)人才匱乏問題而設(shè)立的新專業(yè)[1]，是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的繼承和發(fā)展，其更強調(diào)新一代信息技術(shù)，如人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與機械的制造技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、自動化技術(shù)等相結(jié)合，以實現(xiàn)智能裝備和智能制造系統(tǒng)的應(yīng)用。該專業(yè)是機械工程、控制科學與工程、計算機科學與技術(shù)、材料科學與工程和認知科學等學科交叉的專業(yè)[2]。很多學者都認為“工程圖紙、三維模型是工程界語言”，機械圖紙及機械模型對于任何產(chǎn)品的智能化生產(chǎn)制造都屬于是關(guān)鍵技術(shù)文件[3]，而“機械制圖”課程則是這句話最好的詮釋與體現(xiàn)。因此，“機械制圖”是智能制造等新工科各專業(yè)機械設(shè)計方向的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為該專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的學習打下基礎(chǔ)。同時，該課程具有空間邏輯性強、理論與實際并重等特點，要求學生具有一定的立體幾何基礎(chǔ)和較強的空間邏輯思維能力，善于將理論聯(lián)系實際[4-5]。然而，隨著新一輪大學教育教學改革，需對一些理論課程進行壓縮，尤其要淘汰一些不合時宜的課程，同時要對保留下來的課程內(nèi)容進行優(yōu)化，提升教學環(huán)節(jié)的實踐性，以適應(yīng)新專業(yè)、新技術(shù)的需求。在此背景下，考慮到智能制造專業(yè)課程涉及面較廣、內(nèi)容較多，分配給一些傳統(tǒng)課程的學時不多，尤其是像“機械制圖”這樣機械設(shè)計方向的課程。因此，需要對“機械制圖”課程進行全面改革，包括教學內(nèi)容、課程體系、教學方法、教學大綱、培養(yǎng)計劃等都需要編制及優(yōu)化，以適應(yīng)智能制造專業(yè)對人才培養(yǎng)的要求。

1 智能制造專業(yè)“機械制圖”課程改革思考

智能制造專業(yè)培養(yǎng)目標是培養(yǎng)從事智能裝備控制與系統(tǒng)集成、TC項目實施、TC系統(tǒng)集成與管理、NX與TC的數(shù)字化及智能化設(shè)計軟件工具開發(fā)等技術(shù)工作的人才[1]。隨著我國產(chǎn)業(yè)升級，企業(yè)生產(chǎn)向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，智能制造專業(yè)人才需求量將會逐年遞增，以助力我國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強國邁進。因此，要實現(xiàn)智能制造專業(yè)的培養(yǎng)目標，就必須在該專業(yè)培養(yǎng)方案、培養(yǎng)計劃、課程設(shè)置方面進行課程改革并設(shè)計與之相匹配的培養(yǎng)模式。

但目前全國各大高校都是剛開設(shè)該專業(yè)，對于該專業(yè)的培養(yǎng)方案、培養(yǎng)計劃、課程設(shè)置方面都沒有相關(guān)經(jīng)驗，也沒有可參考的先例。很多學校都是在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的基礎(chǔ)上對自動化、計算機等專業(yè)的培養(yǎng)模式進行簡單拼湊，并沒有理解該專業(yè)的培養(yǎng)內(nèi)涵，也沒有從學校自身實際情況出發(fā)，結(jié)合學校的辦學特色和定位，制定符合學校校情的智能制造專業(yè)培養(yǎng)模式[6]。基于此，課題組結(jié)合黃山學院實際情況（該校以基于物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化的智能數(shù)控加工為辦學方向，該校智能制造專業(yè)教師更多從事智能控制、高精密加工方向研究，同時該校智能制造專業(yè)擁有數(shù)字化裝備、機器人、精密加工實驗室），選定黃山學院智能制造專業(yè)“機械制圖”課程為對象進行教學改革。

數(shù)字孿生技術(shù)是智能制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)，其是將制造相關(guān)的物理場景及制造裝備由實轉(zhuǎn)為虛的重要過程，為智能制造過程的優(yōu)化提供支撐。基于此，在“機械制圖”課程中需要設(shè)置更多與數(shù)字化建模相關(guān)的內(nèi)容，目前“機械制圖”課程已經(jīng)引入三維數(shù)字化建模內(nèi)容，但更多是直接沿用傳統(tǒng)的機械專業(yè)三維建模軟件，而沒有將這種建模思想貫穿于機械制圖全過程。以往在“機械制圖”課程中介紹三維建模都是注重零件建模、靜態(tài)建模，而沒有從交叉學科角度進行教學，如受力分析、運動干涉、壽命分析等同力學、物理學、機械設(shè)計、機械原理等其他學科融合；在三維數(shù)字化建模中融入有限元、動力學仿真、優(yōu)化設(shè)計等，這些對拓寬學生知識面有很大幫助。“機械制圖”課程改革除了要介紹本學科內(nèi)容外，還要同其他課程建立關(guān)聯(lián)，為學生學習提供溝通的橋梁，這也是智能制造專業(yè)需要注重的思想之一。

從“十三五”開始，每年會組織很多國家級、省部級學科競賽，如先進成圖大賽、全國大學生工程訓練競賽、全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等一批國內(nèi)知名的機械學科競賽，以培養(yǎng)學生動手能力，將專業(yè)理論知識轉(zhuǎn)化為競賽作品，提升大學生創(chuàng)新、實踐能力，鼓勵學生參與學科競賽，同時以學科競賽驅(qū)動“機械制圖”課程改革，為此在課程設(shè)置方面增加三維數(shù)字化造型設(shè)計的課程，以適應(yīng)時代需求[7]。此外，積極鼓勵學生參與教師科研項目，協(xié)助教師完成基本工作，促進教師科研項目完成，也有利于提升學生創(chuàng)新能力，為后續(xù)學生接觸科學研究打下基礎(chǔ)。

2 智能制造專業(yè)“機械制圖”課程內(nèi)容優(yōu)化

智能制造專業(yè)“機械制圖”課程應(yīng)該更加注重學生應(yīng)用能力，并加強與實際機械制造、數(shù)字化建模等的緊密結(jié)合。但目前該課程內(nèi)容還是沿用原來機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的制圖課程內(nèi)容，只是在原來基礎(chǔ)上做了簡單壓縮，這樣做不能從根本上培養(yǎng)學生機械設(shè)計、制圖能力，應(yīng)該結(jié)合該專業(yè)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)計劃以及本校辦學特色，制定符合校情的“機械制圖”課程內(nèi)容。

目前，“機械制圖”課程包括三個部分：畫法幾何及投影理論、工程制圖、計算機制圖。機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)需要兩學期共128個學時，還要完成機械制圖測繪的實踐課程。隨著本科課程的優(yōu)化，理論課程學時不斷被壓縮，實踐及實驗課程學時增加，故“機械制圖”課程也應(yīng)作出調(diào)整。畫法幾何及投影理論注重學生幾何學理論及投影理論學習，比較適用于傳統(tǒng)的手工尺規(guī)作圖，要求學生具有較強的幾何學知識和空間想象能力。課題組建議壓縮該部分內(nèi)容，如去掉投影變換、線面和面面幾何關(guān)系內(nèi)容，該部分對后續(xù)工程制圖用處不大，因此應(yīng)該簡化或去掉該部分內(nèi)容。應(yīng)該強化工程制圖內(nèi)容，該部分是繪制零件圖的基礎(chǔ)，應(yīng)增加更多的零部件實例，拓寬學生對常見零部件的認知和繪圖方法，提升學生繪圖能力和繪圖方法儲備。計算機制圖是智能制造專業(yè)最重要的內(nèi)容，不僅應(yīng)增加CAD制圖、三維數(shù)字化建模[8-9]，而且在三維數(shù)字化建模中應(yīng)增加裝配體建模、有限元分析、運動及動力學仿真、數(shù)控加工模擬及程序輸出等內(nèi)容，這與智能制造專業(yè)的數(shù)字化制造方向也很契合。

在“機械制圖”課程教學過程中，應(yīng)該運用先進教學方法，如應(yīng)用計算機輔助教學（CAI）活躍課堂氣氛，激發(fā)學生學習興趣，改變原有課程枯燥的面貌，同時采用翻轉(zhuǎn)課堂形式開展三維數(shù)字化建模學習，讓學生積極主動地參加課程學習。在零件圖、裝配圖部分以項目驅(qū)動式教學方法來提升學生動手繪圖能力，并與產(chǎn)品設(shè)計、制造環(huán)節(jié)無縫對接[10]。對于機械制圖測繪環(huán)節(jié)，要大膽創(chuàng)新，原來的制圖測繪環(huán)節(jié)都是學生在實驗室對機械零件、裝配體進行拆裝測量，并在此基礎(chǔ)上繪制對應(yīng)圖紙，很多學生無法獲知自己繪制的圖紙能否使用或者是否符合工程實際。因此，在機械制圖測繪環(huán)節(jié)增加三維造型設(shè)計、3D打印、數(shù)控加工等內(nèi)容，這是對學生繪圖與設(shè)計能力的檢驗[10]，使學生保持認真學習的態(tài)度，增強學生工程應(yīng)用和實踐能力，進一步促進學生理論學習與生產(chǎn)制造實踐的結(jié)合，讓學生的學習更有目標性和針對性。

3 結(jié)論

課題組以智能制造專業(yè)“機械制圖”課程為對象進行教學改革，基于智能制造專業(yè)培養(yǎng)目標、學校辦學定位、智能制造專業(yè)實驗設(shè)備等內(nèi)容優(yōu)化該專業(yè)的培養(yǎng)方向，提出應(yīng)緊跟學科前沿，以學科競賽、教師科研為依托構(gòu)建“機械制圖”課程改革方向和內(nèi)容。并結(jié)合智能制造專業(yè)培養(yǎng)目標對課程進行優(yōu)化，對畫法幾何理論部分進行縮減，豐富工程制圖內(nèi)容，促進三維數(shù)字化建模內(nèi)容與力學、設(shè)計等部分的交叉融合，在機械制圖測繪中引入三維造型設(shè)計、3D打印、數(shù)控加工環(huán)節(jié)，夯實學生繪圖與設(shè)計能力，增強學生工程應(yīng)用和實踐能力，提升學生的創(chuàng)新能力。