基于逆向思維的模具設計項目式案例教學法研究與實踐

◆武 燕

(西南科技大學城市學院)

一、引言

模具作為制造業(yè)的基礎工藝裝備，在機械、汽車、電子、通信、家電等行業(yè)中的應用越來越廣泛，其產(chǎn)品中60～80﹪的零件都要依靠模具成型。在以培養(yǎng)適應時代發(fā)展，符合社會需要的應用型人才為宗旨的各類工科類院校，模具設計課程越來越受到重視。根據(jù)創(chuàng)新型工程技術人才培養(yǎng)規(guī)劃，結合多年的模具設計教學與實踐經(jīng)驗，分析模具設計在應用型本科教學中的現(xiàn)狀，從教學設計、教學方式、評價機制等方面進行了教學改革探索。

二、模具設計課程的定位與教學現(xiàn)狀

模具設計是一門技術性、實踐性很強的，根據(jù)創(chuàng)新型工程技術人才培養(yǎng)要求設立，是機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)主干課程，具有多學科交叉和高技術特性。模具設計課程是創(chuàng)新型工程技術人才培養(yǎng)規(guī)劃中機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)主干課程。

模具設計課程傳統(tǒng)的教學模式以教師為主導，教師講、學生聽，以理論知識的講授為主要內容;在一些重視模具課程實踐的學校還會在理論教學結束后配以課程設計作為實踐環(huán)節(jié)，但理論教學和課程設計的開展仍然存在相對獨立的特點。

三、基于項目逆向的教學改革理念

1．基于項目逆向的教學改革思想

基于項目逆向的模具設計課程教學改革完全顛覆以教師講授為主導的傳統(tǒng)教學模式，其實質是指在項目式案例教學方法改革的過程中融入逆向工程設計思想，其中逆向工程設計的應用、項目式案例教學是教學改革的核心。

逆向工程(Reverse Engineering)，又稱反求工程，其大意是根據(jù)已有的東西和結果，通過分析來推導出具體的實現(xiàn)方法，是消化、吸收、引進先進技術，實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術手段。根據(jù)設計依據(jù)來源的不同，逆向工程主要包括實物逆向、軟件逆向、影像逆向和局部逆向四種類型。項目逆向教學法的思想源于軟件逆向設計，是指根據(jù)工程圖樣、工藝流程、算法、數(shù)控代碼、技術文件等信息復制產(chǎn)品。

基于項目逆向的模具設計課程教學改革利用逆向工程設計思想可快速實現(xiàn)模具結構原理分析，并可在分析原設計方案基礎上，激發(fā)學生的開拓思維，實現(xiàn)可行性方案的創(chuàng)新設計。并采用項目式案例教學實現(xiàn)產(chǎn)品模具開發(fā)綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以及制圖、精度設計等各方面的工程技術素養(yǎng)的提高。

2．基于項目逆向的教學改革的目標

基于項目逆向的模具設計課程教學改革的目標是在模具設計知識體系的構建的基礎上強化學生的模具設計工程師職業(yè)能力的培養(yǎng)。

模具設計工程師是指在傳統(tǒng)模具設計的基礎上，具備模具數(shù)字化設計、分析、仿真、過程模擬及其模具生產(chǎn)管理和標準化等能力的工程技術人員，其職業(yè)能力要求有以下幾個方面:

(1)掌握沖壓成型、塑料成型工藝，具備沖壓模具、塑料模具的結構設計能力。

(2)具有模具數(shù)字化制圖和設計能力，可根據(jù)產(chǎn)品的模型與設計意圖進行模具三維裝配造型設計，并能實現(xiàn)產(chǎn)品及模具3D模型與2D工程圖的轉換。

(3)具備根據(jù)產(chǎn)品成形工藝條件進行模具零件的結構分析、壽命分析和模具的裝配運動仿真的能力。

(4)具備模具設計標準件及標準設計能力，具備模具非標準件的工藝分析、生產(chǎn)管理能力。

四、模具設計課程教學改革實踐

(一)課程教學方法改革

1．模塊化教學設計

(1)分析。包括產(chǎn)品的結構工藝性分析、產(chǎn)品的可制造性分析(DFM分析)和模具結構方案分析，并在模具結構方案分析過程中引入逆向工程設計思想進行案例分析，并拓展學生的創(chuàng)新思維能力獲取其他可行方案，并以此進行任務分解。

(2)設計。分為傳統(tǒng)結構設計和模具的數(shù)字化設計兩大類型，即根據(jù)產(chǎn)品成型特點和模具組成，進行傳統(tǒng)的模具結構設計，再利用CAD軟件強大的實體設計功能，進行模具三維裝配設計，最后要求利用CAD軟件的工程圖設計功能，將產(chǎn)品、模具組件、模具裝配體進行3D到2D的轉換，最終獲得產(chǎn)品及模具的全套非標件零件圖和裝配圖。

(3)模擬。利用CAD軟件的CAE分析功能，對模具組件進行有限元分析，校核模具組件的可靠性;并對模具裝配模型進行三維裝配模擬仿真，以實現(xiàn)模具裝配性能檢測。

2．項目任務驅動型教學過程

項目任務驅動型教學過程改革是以真實項目為載體，以模具設計流程為導向，采用任務驅動方式，明確學習目標和要求，優(yōu)化教學實施過程。

項目任務驅動型教學過程改革的特點有以下幾個方面:

(1)模擬現(xiàn)實開發(fā)過程中的項目經(jīng)理負責制，形成項目組長負責制形式。每一個班根據(jù)人數(shù)每5～6人組成一個項目小組，由項目組長負責整個項目的任務分配、進度設計和成果檢測。

(2)在知識體系構建過程中，強調課堂引導學習與課后自學相結合。

(3)在案例組織上，采用同一產(chǎn)品，但規(guī)格和模具結構不同，即便于項目組間的相互交流與學習，同時保證各組自身的獨立運作。

(二)多元化課程評價機制改革

根據(jù)課程改革的目的重在模具設計知識體系的構建和模具設計職業(yè)能力的培養(yǎng)，形成了“理論考核+階段性考查+項目綜合評價”的“433”型多元化課程考核機制。

成績評價機制采用百分制，其中理論考核占40﹪采用期末閉卷考試，綜合考查學生的模具設計知識;階段性考查占30﹪，包括學習態(tài)度、操行、階段性工作及成果考評;項目綜合評價占30﹪，主要考查項目任務完成情況及其效果。

課程評價的機制改革與課程教學方式改革相互促進，既客觀評價學生的學習情況和效果，又促進了學生模具設計能力及其工程素養(yǎng)的形成。

五、結束語

基于項目逆向的模具設計課程教學改革與實踐，形成了以模具設計職業(yè)能力為本位、以模具設計流程為導向、以工作任務為驅動的新型課程教學理念和工學結合的教學模式;并形成了以職業(yè)能力和工程素養(yǎng)為重點的多維考評機制。

基于項目逆向的模具設計課程教學改革的成功實施，對機械類專業(yè)工學結合課程、專業(yè)課程的建設與發(fā)展起到了積極的示范和推動作用。

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