關(guān)于機械工程表達工具課的探試究與實踐
機械工程是以有關(guān)的自然科學和技術(shù)科學為理論基礎，結(jié)合生產(chǎn)實踐中的技術(shù)經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設計、制造、安裝、運用和維修各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。下面就一起看看機械工程表達工具課的探試究與實踐具體有哪些?
論文摘要：隨著先進設計制造技術(shù)的推廣應用，機械學科內(nèi)涵發(fā)生了很大變化，初步形成了以數(shù)字化為基礎的機械工程知識體系，機械工程表達工具發(fā)生了根本的變化，實現(xiàn)了計算機輔助設計與繪圖。在當前的設計與繪圖教學模式中，繪圖工具的學習和使用已不適應當前要求，應使其成為獨立的教學環(huán)節(jié)。介紹了機械類專業(yè)本科課程改革方案，通過設立機械工程表達工具課，使學生建立基于三維的工程設計概念，培養(yǎng)工程素質(zhì)和創(chuàng)新設計能力。
論文關(guān)鍵詞：工程圖學;教學實驗設計;表達工具;課程改革
在信息和知識快速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)的機械工程領(lǐng)域增加了大量新的知識內(nèi)容，計算機技術(shù)改變了機械工程知識體系。計算機輔助設計技術(shù)使得機械繪圖甩掉了圖板，在航空、汽車等大型制造企業(yè)內(nèi)已達到100%計算機輔助出圖。計算機輔助設計技術(shù)使得產(chǎn)品設計實現(xiàn)了建立全三維數(shù)學建模。數(shù)控加工技術(shù)不再使用尺寸標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的工藝文件。傳統(tǒng)機械類專業(yè)的工程圖學課程(畫法幾何、機械制圖)重點內(nèi)容，如二維視圖之間的投影關(guān)系、幾何體之間的相貫線、軸測圖等，很容易用CAD軟件實現(xiàn)。因此，如何使機械圖學課程適應當前技術(shù)的發(fā)展，業(yè)已成為工科高校教師的課程改革重點。美國工程圖學教育經(jīng)過近三十年的調(diào)整，課程設置已從尺規(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)的教學內(nèi)容整合在計算機輔助設計、設計與制造等課程當中。
我國近年已將三維建模引入工程圖學的教學和設計類課程，教學模式主要分為：機械基礎課程的融合模式和以三維為主線的模式。機械基礎課程的融合模式中，將工程制圖、機械原理、機械零件、CAD(AutoCAD)合并為一門“機械設計制圖”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、滲透到工程圖學課程中，形成新的教學體系、教學內(nèi)容和教學方法 。
在這兩種教學模式中，CAD軟件基本取代了傳統(tǒng)的尺規(guī)繪圖方式，即機械工程表達所采用的工具發(fā)生了根本的變化，從筆、尺、繪圖板變?yōu)橛嬎銠C及相應的軟件。在傳統(tǒng)的教學中，由任課教師教授學生使用繪圖工具。而在采用CAD軟件進行繪圖和設計的教學模式中，仍然是由任課教師配合既定的教學進度，在授課的過程中教學生使用CAD軟件的基本功能，由此帶來一系列教學問題。
在對大型企業(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，機械類專業(yè)的畢業(yè)生應能使用一種CAD軟件進行三維造型、三維轉(zhuǎn)二維、二維工程圖的標注等基本操作，要了解一個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，因為企業(yè)根據(jù)需要，會對新畢業(yè)的大學生進行培訓，深化專業(yè)技能。
目前由任課教師根據(jù)教學進度，教學生使用CAD 軟件的某些基本功能，使學生僅僅熟悉軟件的個別操作，并未形成軟件的整體概念。傳統(tǒng)的高等教育是培養(yǎng)知識型人才，注重理論教育，而當前提倡的創(chuàng)新人才，重視培養(yǎng)動手能力已成為教學大綱的重點。在創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)過程中，基本工程工具的學習和使用應該成為獨立的教學環(huán)節(jié)。因此，對于機械學科專業(yè)來說，開設獨立的機械工程表達工具課程，首先系統(tǒng)地教會學生使用這些基本的計算機軟件工具，才能為后續(xù)的圖學及相關(guān)專業(yè)課程做好準備。
1 設立獨立的機械工程表達工具課
北航機械學院在大量進行國內(nèi)外教學體系調(diào)研的基礎上，結(jié)合我校的特點，在2005年對機械學院的機械類課程體系進行了改革，為大一新生開設了“工程設計工具”課程，作為設計類入門課，納入機械基礎課程體系，增加CAD軟件學習課時，使學生在專業(yè)基礎課的學習之前，掌握基本三維設計工具的使用。
課程為本科必修課，18學時+l8機時，課內(nèi)外時間為1：1，教學軟件使用SolidWorks。課程目標是使學生掌握二維繪圖、三維造型、文擋、表格等設計工具的使用，能夠獨立用二維工程圖、三維造型、裝配爆炸示意圖等多種方式表現(xiàn)設計結(jié)果，重視建立工程設計的概念，培養(yǎng)基本工程素質(zhì)，為機械類基礎課和專業(yè)課做基礎準備。通過三輪的課程教學，受到了學生的好評，后續(xù)課程的任課教師一致表示，機械學院的大一學生在畫法幾何、機械制圖的學習過程中，對基本投影關(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)于其他機械類院系的學生。
2 課程內(nèi)容設計
傳統(tǒng)的基于二維工程圖的設計是一種基于投影關(guān)系的設計，對于空間想象能力較差的學生，很難通過二維圖紙在頭腦中形成物體的三維形狀，尤其是裝配圖，一直是機械類本科生的學習難點。基于三維的設計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)，再從三維模型投影得到各種二維視圖，通過對視圖中的個別線條進行調(diào)整，并標注工程符號，即可生成工程圖。
由于兩種設計方法本質(zhì)的不同，在深入細致的調(diào)研基礎上，針對三維CAD在企業(yè)的應用現(xiàn)狀及畢業(yè)學生的要求，設計了課程內(nèi)容：以三維設計為重點，會用三維模型生成二維圖，掌握產(chǎn)品裝配設計手段，配合動畫的制作了解產(chǎn)品的功能。由于本課程的教學對象是一年級新生，沒有學習過任何與機械設計、制圖相關(guān)的課程，給本課程的教學帶來難度。在教學過程中，采用自頂向下的學習過程，從一個簡單的完整機械裝配體開始(以帶輪支撐為例)，使學生知道一個機械產(chǎn)品是由若干零件組成，每個零件在CAD系統(tǒng)中可以用三維實體表示，學習實體不同造型方法;同時告訴學生在制造產(chǎn)品過程中，需要二維圖紙和尺寸標注，因此要學習從三維模型生成二維圖的方法和基本尺寸的標注。在此基礎上，增加了產(chǎn)品的裝配和動畫制作，幫助學生建立整體的產(chǎn)品設計理念，學會軟件工具的使用。
3 教學方法與手段
本課程采用課堂講授+計算機軟件操作+項目實踐。
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); 國內(nèi)外主要的商用CAD軟件及其應用現(xiàn)狀等。SolidWorks軟件簡介，包括：SolidWorks軟件基于特征、參數(shù)化、全相關(guān)的技術(shù)特點;了解基本設計特征和局部設計特征基本體特征、驅(qū)動尺寸、幾何約束等概念;了解SolidWorks零件設計的用戶界面及基準面; 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，分步驟完成簡單零件的制作。軟件的基本操作重點：基本拉伸特征;基本旋轉(zhuǎn)特征;掃成特征;放樣特征;基準面和特征;裝配體和工程圖;動畫制作。
3.3 項目實踐
在本課程結(jié)束時，學生完成：
(1) 1-2個符合工程要求的三維零件設計;
(2) 符合專業(yè)應用和國標標準的模板圖的設置;
(3) 1-2張完整的專業(yè)應用二維圖。
4 建立多媒體教學環(huán)境
為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，提高教學水平和教育質(zhì)量，建立了多媒體教學環(huán)境，包括以下內(nèi)容：
(1) CAD 中心服務網(wǎng)站
將中心教師為教學制作的各種課件、練習、題庫和相關(guān)知識提供給學生，提供資料和數(shù)據(jù)下載服務，為學生創(chuàng)造一個開放的實驗環(huán)境。
(2) 編制實驗教材
已完成SolidWorks和CAXA電子實驗教材的編制，并應用到實驗教學中，收到了良好的教學效果。結(jié)合航空特色，建立了SolidWorks典型零件庫，豐富了學生的實驗題材。
(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。
該課件將課程學習的內(nèi)容分為7大部分，形成主菜單的7個子菜單。在每一子菜單中，按照零件的造型特點分為若干項，每一項中，包括概述、調(diào)用方法和實例操作動畫演示三部分。
5 結(jié) 論
開設獨立的機械工程表達工具課，將CAD軟件的學習從理論課程中獨立出來，進行系統(tǒng)的學習，增加CAD軟件學習實踐機時，使學生在專業(yè)基礎課的學習之前，掌握設計工具的使用，為專業(yè)基礎課和專業(yè)課的學習打好基礎。課程內(nèi)容突出三維實體造型，采用自頂向下學習過程，拓展裝配設計和動畫制作，使得學生對于機械產(chǎn)品有了整體的概念，對設計步驟有了初步的了解，為后續(xù)課程的學習打下良好的基礎，提高學生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。通過三年的教學實踐檢驗，這些工作取得非常好的教學效果。
參考文獻
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