機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的“三位一體”模式探索

李 勇，范修文，張 宏

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的“三位一體”模式探索

李 勇，范修文，張 宏

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

信息技術(shù)的推廣和工業(yè)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高校實(shí)踐課程提出了新的要求。針對(duì)當(dāng)前機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式的不足，提出了課程內(nèi)容與形式改革措施。為有效提升學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維能力，將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，探索理論計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、加工制造“三位一體”的教學(xué)模式。經(jīng)實(shí)踐證明，新模式下教學(xué)效果突出。

機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；模式；探索

隨著我國(guó)社會(huì)結(jié)構(gòu)的變化，催生高等教育教學(xué)結(jié)構(gòu)與形式轉(zhuǎn)型，國(guó)內(nèi)地方高校在不斷探索應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式與體系。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)融合了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、極限配合與測(cè)量技術(shù)等課程的知識(shí)，是機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的機(jī)類和近機(jī)類高校實(shí)踐教學(xué)中具有十分重要的作用。當(dāng)前，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)仍為減速器的理論設(shè)計(jì)計(jì)算為主，輔以二維圖紙表達(dá)，致使實(shí)踐性課程缺乏足夠的實(shí)踐環(huán)節(jié)。為此，以提高學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維能力為目標(biāo)，將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，探索理論計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、加工制造三位一體的教學(xué)模式。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學(xué)模式將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為著重培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制造與設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思維，其是在機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程中機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)機(jī)械裝置，進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)選擇與方案設(shè)計(jì)、總體布置、總裝配圖設(shè)計(jì)、主要零件設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書編寫等訓(xùn)練。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)選擇最具代表性的機(jī)械裝置“減速器”作為設(shè)計(jì)題目，其課程學(xué)習(xí)要求包括以下3點(diǎn)：①要求學(xué)生熟悉減速器的工作原理、各零部件裝配裝配關(guān)系和箱體類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等知識(shí)與技能；②著重要求學(xué)生掌握齒輪機(jī)構(gòu)、軸、螺栓組件、軸承、鍵、銷等零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇；③要求學(xué)生熟練應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖表和設(shè)計(jì)資料。

以采用塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)為例，其教學(xué)模式采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，在完成88學(xué)時(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論學(xué)習(xí)后，再開展為期2至3周的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生以4～6人為一小組合作完成減速器理論設(shè)計(jì)、計(jì)算及二維圖繪制。在課程設(shè)計(jì)時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生對(duì)減速器的設(shè)計(jì)僅停留方案構(gòu)思、機(jī)械零部件和機(jī)械總成的結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)，均屬理論設(shè)計(jì)與繪圖，回顧以往的課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)與學(xué)生反饋信息，發(fā)現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)出以下弊?。?/p>

（1）多數(shù)學(xué)生對(duì)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)與技能解決實(shí)際問題的能力較差，對(duì)減速器的結(jié)構(gòu)缺乏認(rèn)識(shí)；

（2）學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)興趣不夠濃厚，缺乏自我設(shè)計(jì)與創(chuàng)新主動(dòng)性，且過度依賴指導(dǎo)教師指引；

（3）在減速器的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)計(jì)算生硬套搬設(shè)計(jì)步驟，照抄設(shè)計(jì)手冊(cè)和減速器圖冊(cè)的減速器圖樣與尺寸；

同時(shí)，在此教學(xué)模式下學(xué)生以完成作業(yè)任務(wù)式的心態(tài)對(duì)待課程設(shè)計(jì)，導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)抄襲現(xiàn)象，亦無(wú)法達(dá)到課程設(shè)計(jì)原本教學(xué)要求。該模式下無(wú)法體現(xiàn)出設(shè)計(jì)創(chuàng)新與實(shí)踐教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)作用微乎其微。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)改革措施

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求高校培育的人才能運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問題和探索問題的能力。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)作為一門機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)綜合知識(shí)與技能應(yīng)用的平臺(tái)，是提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)與工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)不僅是為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制造與設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程，也是在培育學(xué)生掌握機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，以及培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)工作的適應(yīng)能力。針對(duì)傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的不足，基于培育具備理論設(shè)計(jì)、實(shí)踐加工、理念創(chuàng)新的新型機(jī)械設(shè)計(jì)人才，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行探索性改革，具體措施如下：

（1）重組機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)體系。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)認(rèn)識(shí)性或驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，主要包括機(jī)械零件結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)、液壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)、軸系部件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、減速器拆裝實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目。以培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造能力為主線，重組機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)體系，增設(shè)實(shí)操性實(shí)驗(yàn)，制定新的教學(xué)計(jì)劃?；趥鹘y(tǒng)的教學(xué)模式下，對(duì)已有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做改進(jìn)增設(shè)實(shí)踐操作性內(nèi)容。以帶傳動(dòng)試驗(yàn)為例，以往實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生觀察帶傳動(dòng)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，計(jì)算帶傳動(dòng)的參數(shù)，新教學(xué)體系在此基礎(chǔ)上增設(shè)帶與帶輪的安裝和拆卸。

（2）課程設(shè)計(jì)內(nèi)容改革。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)二級(jí)減速器為主，設(shè)計(jì)內(nèi)容以理論設(shè)計(jì)計(jì)算為核心。針對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)踐性環(huán)節(jié)不足，課程設(shè)計(jì)選擇相對(duì)較為簡(jiǎn)單的一級(jí)減速器作為設(shè)計(jì)內(nèi)容，增設(shè)減速器3D繪圖和模型加工部分。減速器3D繪圖采用UG、SOLID-WORKS等軟件繪制，此項(xiàng)內(nèi)容增設(shè)依據(jù)新大綱模式下機(jī)械制圖、三維制圖課程整合為一體。減速器模型加工采用優(yōu)耐美、謝蘭微型模具加工機(jī)床加工。在新課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與模式下，安排學(xué)生開展為期3周的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生以6～8人為一小組合作完成一級(jí)減速器理論設(shè)計(jì)計(jì)算、二維和三維圖繪制、模型制作。新課程設(shè)計(jì)模式大幅增加了課程設(shè)計(jì)實(shí)踐性環(huán)節(jié)，不僅促進(jìn)了學(xué)生課程設(shè)計(jì)的興趣，也消除了課程設(shè)計(jì)片面最求負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)而教學(xué)效果不良的現(xiàn)象。

（3）創(chuàng)新環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)選題采取多樣性、靈活性原則，將固定式的減速器設(shè)計(jì)改變?yōu)閯?chuàng)新與思考結(jié)合的裝置設(shè)計(jì)?；诖藶橥怀稣n程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目的調(diào)研、機(jī)械裝置設(shè)計(jì)方面專利文獻(xiàn)資料的檢索與收集、裝置設(shè)計(jì)方案構(gòu)思。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)涉及機(jī)械設(shè)計(jì)課程中所學(xué)的機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)方式。設(shè)計(jì)任務(wù)確定為每組按照所選定的設(shè)計(jì)題目，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程以及其他先修課程的理論和技能，運(yùn)用合理的方法設(shè)計(jì)出方案。學(xué)生小組可選擇指導(dǎo)教師擬定設(shè)計(jì)題目，學(xué)生小組也可自行擬定確定設(shè)計(jì)題目，但需指導(dǎo)教師審核。

3 設(shè)計(jì)模型加工

模型作為設(shè)計(jì)理念的具體表達(dá)，具有三維直觀、真實(shí)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)最終的設(shè)計(jì)表達(dá)形式。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生，模型制作不僅有助于分析和掌握產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料、工藝等，還能夠啟發(fā)設(shè)計(jì)靈感，開拓設(shè)計(jì)思維。在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中增設(shè)模具加工環(huán)節(jié)，可提升機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維與動(dòng)手能力，也可有效融合機(jī)械制圖、二維制圖、三維制圖、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等多門專業(yè)課程的知識(shí)。

機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新離不開模型設(shè)計(jì)加工工具與設(shè)備；優(yōu)耐美（奧地利進(jìn)口）、謝蘭（美國(guó)進(jìn)口）微型模具加工機(jī)床是模具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新平臺(tái)，其安全、穩(wěn)定的性能是培養(yǎng)動(dòng)手能力優(yōu)良設(shè)備。國(guó)內(nèi)部分高校已開設(shè)微型模具設(shè)計(jì)加工課程應(yīng)用于學(xué)生實(shí)踐操作技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程。微型模具加工機(jī)床采用模塊式結(jié)構(gòu)，機(jī)體微型輕巧，組裝、操作簡(jiǎn)單，由鋸床、車床、磨床、鉆床、銑床、銑齒床六大類機(jī)床組成，可對(duì)木質(zhì)、軟質(zhì)金屬、樹脂膠板等材料進(jìn)行切、削、磨、銑、鉆等加工功能。據(jù)課程試驗(yàn)性操作證明，微型加工機(jī)床可以車軸（木質(zhì)、鋁質(zhì)等材料）、銑齒輪、鉆孔、裁切板材、磨削毛坯等。在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中引入微型模具加工，極大的提升了學(xué)生課程設(shè)計(jì)的興趣，也有效提升了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，也為了數(shù)控加工課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

4 “三位一體”模式構(gòu)建

在1979年，北京科技大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)非機(jī)械類機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行了改革試驗(yàn)，把“畫法幾何及機(jī)械制圖”、“機(jī)械原理”、“機(jī)械零件”三門課程有機(jī)地整合為一門課，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革創(chuàng)新，并多次獲得教學(xué)成果獎(jiǎng)。國(guó)內(nèi)諸多教學(xué)工作者開展了二維教學(xué)模式向三維立體教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化與融合的嘗試，提出了工程制圖三維化教學(xué)模式。舒宏等提出CAD制圖內(nèi)容穿插在制圖教學(xué)中開展。在制圖課程中融入形體、零件三維建模，部件的裝配與驅(qū)動(dòng)關(guān)系，直觀地理解零件的形狀、配合、部件的工作原理等。三維CAD教學(xué)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度，以三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)到二維工程圖為主線。機(jī)械制圖、三維實(shí)體設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)三門課程的內(nèi)容相互聯(lián)系緊密，國(guó)內(nèi)外諸多教育工作者試圖將此三門課程融合為一體。而此三門課程內(nèi)容在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容中得到綜合體現(xiàn)與應(yīng)用，將設(shè)計(jì)與加工制造結(jié)合可將設(shè)計(jì)思維正確與否得到準(zhǔn)確的驗(yàn)證。故探索將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，探索理論計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、加工制造“三位一體”的教學(xué)模式。

在此教學(xué)模式中，學(xué)生的課程設(shè)計(jì)不在單純意義上的設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)模型加工與制造是課程設(shè)計(jì)重要的組成部分。以往依據(jù)理論計(jì)算，確定零件尺寸與裝配關(guān)系，依據(jù)選材校核零部件的強(qiáng)度與剛度?，F(xiàn)在需要依據(jù)加工單元與材料來(lái)考慮所設(shè)計(jì)裝置各零件形狀與尺寸，形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設(shè)計(jì)計(jì)算等一體化的設(shè)計(jì)加工模式。以一級(jí)減速器設(shè)計(jì)模型為例，新教學(xué)模式下齒輪、軸的模型設(shè)計(jì)需要依據(jù)微型模具加工機(jī)床加工范圍來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算零件的尺寸與材料，箱體模型采用木板裁切、粘拼而成，螺栓組件、軸承、鍵、銷等標(biāo)準(zhǔn)零部件可選配或采用其他材料替代。零部件理論設(shè)計(jì)計(jì)算、裝置傳動(dòng)效率計(jì)算過程不再是單純的搬套，裝置二維或三維圖形繪制亦無(wú)從過度復(fù)制粘帖，且在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中需要多位同學(xué)協(xié)同完成設(shè)計(jì)。

5 實(shí)踐效果

2014年，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)單班的課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用新的教學(xué)模式，課程設(shè)計(jì)期間學(xué)生無(wú)缺勤現(xiàn)象，且改變了以往小組內(nèi)“吃大鍋飯”的現(xiàn)象，整個(gè)小組內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求分工任務(wù)。經(jīng)問卷調(diào)查表明，學(xué)生對(duì)新模式下的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)滿意度極高。同時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的改革也為后期學(xué)生開展大學(xué)生創(chuàng)新試驗(yàn)與設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革以來(lái)，有效促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的建設(shè)與發(fā)展，有效提升了學(xué)校教學(xué)質(zhì)量，逐步形成了以設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主線組織設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、模型制作“三位一體”的新模式。

［1］燕曉紅，劉芳，孟超平.在高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)踐與探索［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014，16（2）:39-42.

［2］劉小河，馬潔，管萍，等.自動(dòng)化專業(yè)“四位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31（10）:27-30.

［3］楊光輝，曹彤，萬(wàn)靜，等.《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖》新教學(xué)模式探究與實(shí)踐［J］.圖學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（6）:114-117.

［4］舒宏，高菲，陳霞.多學(xué)時(shí)制圖課程融入三維CAD的教學(xué)探討［J］.圖學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（1）:103-106，67.

Exploration of“Trinity”Model in Mechanical Design Course Design

LI Yong，F(xiàn)AN Xiu-wen，ZHANGg Hong
（College of Mechanical Electronic Engineering，Tarim University，Alar，Xinjiang 843300，China）

The popularization of information technology and the development of industrial design and manufacturing technology brings new requirements for the practical courses in colleges and universities.In view of the current mechanical professional teaching model of mechanical design course design，course content and the form of reform measures are put forward.To effectively promote students'practical ability and innovative thinking ability，the model 3D drawing and processing and manufacturing are introduced into mechanical design course design,and“trinity”teaching mode of the theoretical calculation，design drawing，processing and manufacturing is explored.The practice has proved that the new mode of teaching effect is prominent.

mechanical design；curriculum design；mode；exploration

TH122

A

2095-980X（2015）12-0091-02

2015-11-19

兵團(tuán)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2014BA014）；兵團(tuán)博士資金（2011 BB006）；塔里木大學(xué)高教研究項(xiàng)目（TDGJ1436）

李勇（1986-），男，講師，工學(xué)碩士，主要從事《畫法幾何及機(jī)械制圖》的教學(xué)和科研工作。