基于PRO/E的計算機(jī)輔助設(shè)計與制造課程項(xiàng)目化教學(xué)研究

戴星　鄧先智　湯世友

摘要本文結(jié)合Pro/Engineer軟件在當(dāng)前企事業(yè)單位的應(yīng)用案例，把如何實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計與制造課程的項(xiàng)目化教學(xué)為重點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方面進(jìn)行教學(xué)改革研究。以平板天線的伺服轉(zhuǎn)臺設(shè)計為教學(xué)內(nèi)容，說明如何使用項(xiàng)目化教學(xué)法，使每個小組切實(shí)掌握“項(xiàng)目分析-設(shè)計-優(yōu)化設(shè)計”整個流程，達(dá)到教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞Pro/Engineer計算機(jī)輔助設(shè)計與制造項(xiàng)目化教學(xué)方法伺服轉(zhuǎn)臺設(shè)計

0引言

計算機(jī)輔助設(shè)計是指技術(shù)人員以計算機(jī)為輔助工具來完成產(chǎn)品設(shè)計過程中的各項(xiàng)工作，如零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程分析等，并達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本的目的。計算機(jī)輔助制造指借助計算機(jī)來完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來過程中的各項(xiàng)活動，包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、制造過程控制、質(zhì)量檢測與分析等。

對計算機(jī)輔助設(shè)計與制造課程的教學(xué)采用項(xiàng)目化教學(xué)法能夠突出表現(xiàn)學(xué)生的實(shí)際操作能力。以學(xué)生為主體，通過工作任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與教學(xué)活動，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、探究性、參與性與創(chuàng)造性，將學(xué)生置于動態(tài)、開放和多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維、創(chuàng)新精神及團(tuán)隊(duì)合作精神。

1項(xiàng)目化教學(xué)方法①②

項(xiàng)目化教學(xué)法需要與實(shí)際生產(chǎn)緊密相連，能夠培養(yǎng)學(xué)生的多種能力，充分發(fā)揮教師的創(chuàng)造性。項(xiàng)目化教學(xué)法的教學(xué)過程設(shè)計流程如圖１所示，該方法充分表現(xiàn)出學(xué)生在整個教學(xué)過程中占主導(dǎo)地位，教師只是在側(cè)面進(jìn)行引導(dǎo)。變“結(jié)果導(dǎo)向”為“途徑導(dǎo)向”，教師不是把現(xiàn)成技能直接傳遞給學(xué)生，或是讓學(xué)生按照老師的安排和講授去得到一個結(jié)果，而是在教師指導(dǎo)下，讓學(xué)生自己去探索得到這個結(jié)果的途徑，最終得到這個結(jié)果。從而使學(xué)生在教學(xué)實(shí)施過程中理解和把握課程要求的知識，體驗(yàn)創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思想和方法。

2課程內(nèi)容設(shè)計

以下為本文以Pro/Engineer為設(shè)計軟件，以平板天線的伺服轉(zhuǎn)臺為設(shè)計目標(biāo)，說明項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施過程。

2.1工作任務(wù)下達(dá)③

任務(wù)內(nèi)容：某平板天線是用于作戰(zhàn)時點(diǎn)對點(diǎn)間加密通訊，為了提高對點(diǎn)精度及對點(diǎn)速度，要求天線伺服轉(zhuǎn)臺具有快速全方位調(diào)整功能。注意事項(xiàng)：伺服轉(zhuǎn)臺工作在架高設(shè)備頂部，需承受由風(fēng)產(chǎn)生的較大傾覆力矩，所以在設(shè)計時需使伺服轉(zhuǎn)臺以有限的體積和重量滿足高空作業(yè)的使用要求，又具有足夠的剛度和強(qiáng)度性能，以保證系統(tǒng)良好的安全性能。

工作任務(wù)提煉：設(shè)計一個重量輕、強(qiáng)度高，能帶動平板天線實(shí)現(xiàn)方位、俯仰、側(cè)傾方位轉(zhuǎn)動的伺服轉(zhuǎn)臺，如圖2所示。

2.2確定技術(shù)方案④

要完成本設(shè)計內(nèi)容，需要用機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)方面的知識，同時學(xué)生還需查閱大量的技術(shù)文獻(xiàn)以完成設(shè)計。通過技術(shù)文獻(xiàn)查閱，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)天線伺服機(jī)構(gòu)以采用俯仰-側(cè)傾型結(jié)構(gòu)為主，即X-Y型，如圖4所示。通過分析不難發(fā)現(xiàn)，如在X-Y型伺服轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)形式，增加方位的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動和自鎖機(jī)構(gòu)，能夠滿足天線在方位、俯仰及側(cè)傾的動作。但是這樣設(shè)計出來的伺服系統(tǒng)超過了架高設(shè)備的承載能力，不能滿足伺服轉(zhuǎn)臺重量輕的要求。

提示思考：參考萬向聯(lián)軸器的運(yùn)動模式和結(jié)構(gòu)形式，改變X軸（側(cè)傾運(yùn)動）、Y軸（俯仰運(yùn)動）的空間關(guān)系，使兩旋轉(zhuǎn)軸在同一平面內(nèi)，應(yīng)能達(dá)到設(shè)計要求。立軸既要承受俯仰－側(cè)傾部分及其負(fù)載的質(zhì)量，也要承受由風(fēng)產(chǎn)生的較大的顛覆力矩。所以方位執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用立軸式結(jié)構(gòu)形式。

確定技術(shù)方案階段，難度加大，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)及輔助學(xué)生回顧相關(guān)學(xué)科知識。各項(xiàng)目組獨(dú)立確定任務(wù)實(shí)施方案并最終得到教師認(rèn)可。

2.3確定工作計劃

根據(jù)擬制的設(shè)計方案，學(xué)生以小組為單位制訂三維建模、運(yùn)動仿真、有限元分析等內(nèi)容的實(shí)施計劃。

2.4工作任務(wù)實(shí)施

（1）3D樣機(jī)設(shè)計。根據(jù)制訂的實(shí)施方案及實(shí)施計劃，開展對工作任務(wù)的實(shí)施過程。項(xiàng)目組成員要運(yùn)用Pro/Engineer軟件的零件造型模塊、組建模塊對所有零部件進(jìn)行3D設(shè)計、裝配樣機(jī)。（2）有限元分析及優(yōu)化設(shè)計。運(yùn)用運(yùn)動仿真模塊，裝配干涉功能及有限元分析技術(shù)檢查所設(shè)計機(jī)構(gòu)在功能上能否滿足要求，在強(qiáng)度上能否滿足要求以及可否做進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

2.5項(xiàng)目的檢驗(yàn)與驗(yàn)收

通過工作任務(wù)的完成，讓學(xué)生體會工作過程的成就感并肩負(fù)責(zé)任感，要嚴(yán)格檢查控制，把好質(zhì)量關(guān)，體會產(chǎn)品質(zhì)量的重要性。根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行檢查，主要包含有：（1）轉(zhuǎn)臺的總重量；（2）轉(zhuǎn)臺能否實(shí)現(xiàn)3個方向的轉(zhuǎn)動；（3）有限元分析是否正確，強(qiáng)度能否滿足要求。

2.6課堂小結(jié)與反饋

學(xué)生工作任務(wù)完成后，必須進(jìn)行交流、展示與討論，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況作評價。本階段是學(xué)生對知識掌握和能力提高的重要階段，同時也能極大地培養(yǎng)學(xué)生的成就感。展示評價包括：（1）自評、互評。教師給學(xué)生一定時間，讓學(xué)生互相交流學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短，并推薦優(yōu)秀作品。（2）作品展示。由學(xué)生推薦，教師根據(jù)實(shí)際情況選出幾個有代表性作品，由學(xué)生進(jìn)行作品展示。（3）教師總結(jié)。指出作品值得大家學(xué)習(xí)和借鑒的地方，同時指出學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題，總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)。教師在點(diǎn)評中要總結(jié)比較各組特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)別人的長處，鼓勵學(xué)生采用多種方法完成項(xiàng)目任務(wù)。

3結(jié)束語

通過項(xiàng)目化教學(xué)法，能真正地實(shí)現(xiàn)在教學(xué)過程中理論與實(shí)踐的一體化，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與教學(xué)課堂的氛圍，能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。同時，在教學(xué)內(nèi)容上引入企業(yè)典型事例為我們的學(xué)生走上工作崗位更快進(jìn)入工作角色搭建了橋梁。