基于CDIO融合現(xiàn)代設(shè)計方法的機械設(shè)計課程設(shè)計

邱雪松 周玉林 曾達幸 侯雨雷

摘 要 本文針對機械設(shè)計課程綜合性、實踐性強的特點，以課程設(shè)計為載體，引入CDIO工程教育理念，融合現(xiàn)代設(shè)計方法，采用三維建模、二維工程圖紙轉(zhuǎn)換，輔以分組討論等環(huán)節(jié)，進行了機械設(shè)計課程設(shè)計教學模式的改革與實踐，體現(xiàn)了CDIO教學模式要求達到工程知識和能力的雙重效果。

關(guān)鍵詞 機械設(shè)計課程設(shè)計 CDIO教學模式 三維設(shè)計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Mechanical Design Course Design Based on

CDIO Fusion of Modern Design Method

QIU Xuesong， ZHOU Yulin， ZENG Daxing， HOU Yulei

（College of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004）

Abstract In this paper， for mechanical design courses comprehensive， practical and strong features， the curriculum is designed to support the introduction of CDIO engineering education philosophy， blending modern design methods， the use of three-dimensional modeling， conversion of two-dimensional engineering drawings， supplemented by group discussions and other sectors， be reform and practice of mechanical design course pattern reflects the CDIO teaching model required to achieve the dual effect of engineering knowledge and capabilities.

Key words mechanical design course design； CDIO teaching mode； three-dimensional design

1 機械設(shè)計課程設(shè)計傳統(tǒng)教學模式

機械設(shè)計課程設(shè)計的傳統(tǒng)教學模式是以各類減速器為設(shè)計目標，二維圖紙為結(jié)果的教學考評機制。在實施中，通常分為三個階段：理論計算、草圖繪制、工程圖及零件圖繪制。在以往的教學中上述傳統(tǒng)方式對于學生知識的整合及應(yīng)用起到了良好的效果。其中，草圖繪制階段要求學生按1：1完成。對于初次進行設(shè)計的學生而言，這樣的方式及要求有助于學生對所設(shè)計目標的準確把握，對設(shè)計內(nèi)容及方法產(chǎn)生宏觀且明晰的判斷。但是，其不足也十分明顯。僅憑二維圖形想象繪制，難免造成結(jié)構(gòu)錯誤，尤其對于復雜的鑄造箱體外形，對于學生空間想象力提出了較高的要求。

由于機械設(shè)計過程中很多參數(shù)需多次修改，很多結(jié)構(gòu)需要互相協(xié)調(diào)，這使得機械設(shè)計工作具有反復性的特點。而傳統(tǒng)的教學模式中，設(shè)計實施的主要工具和手段是丁字尺、圖板，這種二維平面設(shè)計方式無形中增大了學生重復性工作量，擠占了大量的對于結(jié)構(gòu)合理性的思考時間。學生運用這樣的傳統(tǒng)方法進行課程設(shè)計，雖然對知識的把握沒有影響，但不利于學生掌握現(xiàn)代設(shè)計手段，易造成課堂訓練與設(shè)計實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，將降低學生職業(yè)生涯的起點。

2 機械設(shè)計課程設(shè)計的CDIO教學模式

2.1 CDIO模式教學方案

CDIO 工程教育模式下機械課程設(shè)計的改革，主要目的是實現(xiàn)學生對工程系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行，訓練學生綜合運用知識、使用現(xiàn)代設(shè)計手段的技能，激發(fā)學生的學習興趣，轉(zhuǎn)變學生的學習態(tài)度，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

基于上述原則，機械設(shè)計課程設(shè)計教學方案如下：按方案分組，學生自主集中討論該設(shè)計方案的優(yōu)缺點、該方案設(shè)備的適用范圍、參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵點等問題，而不是教師“耳提面命”地提示注意事項，進而提高學生學習的主觀能動性；引入現(xiàn)代設(shè)計手段，利用CAD繪圖軟件，經(jīng)過三維模型設(shè)計到二維圖紙轉(zhuǎn)換的過程，完成工程圖紙；完成說明書等附加文件的撰寫，設(shè)計PPT的制作、關(guān)鍵零件的應(yīng)力有限元分析等；引導學生在課程設(shè)計任務(wù)完成后，回顧自己在設(shè)計中遇到的工程問題、難以確定的設(shè)計問題，通過PPT演示、動畫演示等手段再現(xiàn)問題。最終，建立機械設(shè)計課程設(shè)計三維設(shè)計的有效運行模式，充分開發(fā)學生的工程設(shè)計能力、訓練工程設(shè)計思維，奠定職業(yè)生涯的基本技能訓練。

2.2 課程設(shè)計具體實施

（1）分組討論，設(shè)計計算；三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，參數(shù)計算。給定每個同學設(shè)計方案，按設(shè)計方案的原理分成四組，每組雖然方案相同，但設(shè)計參數(shù)不同，這樣同學既可以相互交流，又必須獨立完成自己方案的設(shè)計計算任務(wù)。最后學生整理數(shù)據(jù)，老師確認參數(shù)的可行性。時間約兩天；結(jié)構(gòu)設(shè)計必須是邊設(shè)計、邊計算、邊修改的過程。（2）二維圖紙繪制，動畫制作；零件圖繪制，參數(shù)計算。完成三維設(shè)計圖后指導學生利用CAD軟件自身功能，轉(zhuǎn)化A0草圖一張。由指導教師審核結(jié)構(gòu)錯誤，簽字確認。修改結(jié)構(gòu)錯誤，重新轉(zhuǎn)化二維圖紙，修正二維表達，完成A0正式圖一張，簽字確認；為完成機械設(shè)計的全過程，在有限時間內(nèi)，要求學生繪制典型零件齒輪、軸、端蓋的零件圖，共三張3張。并進行相應(yīng)需校核參數(shù)計算，完成時間節(jié)點為第二十二天。（3）說明書撰寫，PPT；閱讀參考資料，答辯。整理設(shè)計資料，完善相應(yīng)計算，整理設(shè)計計算說（下轉(zhuǎn)第150頁）（上接第102頁）明書。制作答辯PPT。匯總設(shè)計中遇到的困難與問題。完成時間節(jié)點為第二十四天；閱讀參考資料準備答辯，時間節(jié)點為第二十五天。采用PPT形式進行最終設(shè)計答辯，最后一天，結(jié)束課程設(shè)計。

2.3 課程設(shè)計成績評定

機械設(shè)計課程設(shè)計的成績主要由3個部分組成：設(shè)計成績、報告成績及答辯成績。其中，設(shè)計成績包含三維模型結(jié)構(gòu)建立的準確性、二維工程圖紙中各視圖表達是否清楚、標注是否符合規(guī)范等內(nèi)容，具體由指導教師及同組同學共同給出。指導教師主要考核學生調(diào)研及查閱資料的能力，整體設(shè)計方案可行性、結(jié)構(gòu)的合理性，學生繪圖工具運用能力，分析問題及解決問題的能力占設(shè)計成績的70%；同組同學主要考核小組中每位同學在整個設(shè)計過程中所做的努力與貢獻，占設(shè)計成績的30%。報告成績，涉及了設(shè)計計算的準確性、有限元應(yīng)力分析的可靠性、裝配動畫的合理性。答辯成績由PPT制作、問題匯總、問題回答等部分組成，由教師給出相應(yīng)成績。

2.4 CDIO模式課程設(shè)計的特點

采用基于CDIO的三維課程設(shè)計教學模式，讓學生以課程設(shè)計為依托，在進行機械設(shè)計工程訓練的同時，運用現(xiàn)代設(shè)計方法及手段實施課程設(shè)計，不僅有效保證了學生通過綜合設(shè)計來實現(xiàn)理論知識的綜合應(yīng)用，真正做到學以致用，通過綜合設(shè)計答辯來查漏補缺，使學生認識到自己的不足，扎實掌握所學知識，從而切實提升實踐設(shè)計能力，同時提高了學生運用工具軟件的能力。

（1）學生初次全面整合知識進行機械設(shè)計，缺乏工程概念。三維設(shè)計過程中，各零件間的尺寸配合，不再二維圖紙那樣直觀容易確定。故要求教師增加工作量，從設(shè)計的細節(jié)上全面指導學生，確定各相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、標準件的選??；同時，同一方案學生應(yīng)多次組織討論，找出設(shè)計中易出現(xiàn)的共性問題，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。（2）所實施的從三維設(shè)計著手，二維圖紙轉(zhuǎn)換完成最終設(shè)計的設(shè)計過程、方法及理念，符合現(xiàn)代工程設(shè)計實際。雖然在實施過程中，由于軟件不熟練等原因，導致部分同學感到一定的困難，但最終大家都克服了困難，順利完成課程設(shè)計。（3）在三維設(shè)計工具培訓到位，學生運用熟練的基礎(chǔ)上，實施三維課程設(shè)計，摒棄圖版繪圖是可行、并值得推廣的。

3 結(jié)束語

通過將分組討論、三維軟件直接介入設(shè)計、歸總設(shè)計中的難點等教學手段引入機械設(shè)計課程設(shè)計，既鍛煉了學生的工程設(shè)計能力，又促進了學生學習的主觀能動性，體現(xiàn)了CDIO教學模式要求達到工程知識和能力的雙重效果。而教師考評與學生自評相結(jié)合，設(shè)計圖、報告、答辯等多角度的考核機制對學生學習產(chǎn)生直接的導向作用，即多元（知識+能力）考核項目達到多元的培養(yǎng)目標。實現(xiàn)了學生在專業(yè)知識的獲取、把握，個人學習能力、人際交往能力、產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造能力等方面的培養(yǎng)與鍛煉。

參考文獻

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