UGNX軟件在高校機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

王會

【摘 要】 本文闡述了UGNX軟件的特點(diǎn)，以德州學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)為例，分析了UGNX軟件在機(jī)械專業(yè)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，將UGNX系統(tǒng)有機(jī)融入并貫穿于四年的機(jī)械本科教學(xué)體系之中。提高了學(xué)生綜合運(yùn)用UGNX系統(tǒng)軟件的能力，以及利用所學(xué)機(jī)械專業(yè)理論知識解決工程實(shí)際問題的能力。

【關(guān)鍵詞】 UGNX軟件；機(jī)械制圖；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

一、引言

我國在2015年政府工作報(bào)告中提出實(shí)施“中國制造2025”的戰(zhàn)略方針，加快了中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國。山東省十三五規(guī)劃提出促進(jìn)信息技術(shù)向制造業(yè)各環(huán)節(jié)滲透，將山東省建成全國重要的先進(jìn)制造業(yè)基地。2016年，德州市出臺的《關(guān)于抓大扶強(qiáng)加快工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的意見》提出了重點(diǎn)培植發(fā)展壯大智能裝備制造、新能源等6個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)；壯大提升節(jié)能環(huán)保、空調(diào)設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品制造、石油裝備、車船零部件等10個(gè)特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。可見，從國家到地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展與機(jī)械制造相關(guān)，制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢和核心內(nèi)容，如何培養(yǎng)適合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的智能制造方面的創(chuàng)新性應(yīng)用型本科機(jī)械類人才已成為高校機(jī)械類人才培養(yǎng)的重中之重。

UGNX軟件是一個(gè)由西門子UGSPLM軟件開發(fā)、集CAD/CAE/CAM于一體的產(chǎn)品生命周期管理軟件，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一。德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院于2014年獲批教育部西門子公司產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目，西門子公司授予本院NX軟件使用權(quán)。現(xiàn)已在2014級機(jī)械本科班學(xué)生學(xué)完機(jī)械制圖課程后開設(shè)了UGNX軟件課程，并在其他年級進(jìn)行了相應(yīng)的軟件培訓(xùn)，將UGNX系統(tǒng)有機(jī)融入并貫穿于四年的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的本科教學(xué)體系之中。

二、UGNX軟件在機(jī)械專業(yè)理論教學(xué)中的應(yīng)用

1、在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)械制圖課程開設(shè)在大學(xué)一年級上學(xué)期，學(xué)生還沒有開始機(jī)械方面的認(rèn)識實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)。另外還受空間幾何想象能力的影響，對機(jī)械制圖中復(fù)雜機(jī)械零件的加工工藝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等接受起來比較困難。而UGNX軟件中3D建模功能，可以讓學(xué)生從創(chuàng)建基本體，按照零件的加工過程一步步的進(jìn)行建模，使學(xué)生對機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)清楚的了解，并在此基礎(chǔ)上利用所學(xué)主視圖的選擇方法，選擇投影方向，先自己繪制三視圖，然后利用軟件的工程圖的創(chuàng)建功能直接生成三視圖進(jìn)行對比。這樣可提高學(xué)生的分析能力，又能激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)UGNX軟件的興趣。在講解裝配圖繪制時(shí)，可利用UGNX軟件的隱藏零件功能，可以讓學(xué)生能夠清晰的看清裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后利用軟件動態(tài)演示功能演示裝配體的各個(gè)零部件的裝配過程，使學(xué)生能夠形象直觀的看到各個(gè)零件之間的相對安裝位置和裝配關(guān)系，為繪制裝配圖做好前期準(zhǔn)備工作。

2、在機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用

機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程主要培養(yǎng)常用機(jī)械的設(shè)計(jì)、運(yùn)動及動力學(xué)分析；通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法，具有設(shè)計(jì)一般簡單機(jī)械的能力；二者都是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，分析設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力等綜合能力。

目前機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、常用機(jī)械及通用零件和通用裝置的介紹理論性比較強(qiáng)，主要工作原理部分大都以二維圖形展示，學(xué)生學(xué)習(xí)接受起來比較困難。而在教授這兩門課之前學(xué)生剛學(xué)習(xí)了UGNX軟件，對UGNX軟件的基本操作已經(jīng)比較熟練。因此，教師在教授這兩門課程時(shí)穿插著UGNX軟件的應(yīng)用。如講解到連桿結(jié)構(gòu)、齒輪結(jié)構(gòu)和凸輪結(jié)構(gòu)時(shí)，課前給出一些參數(shù)，要求學(xué)生繪制三維實(shí)體模型，然后在此基礎(chǔ)上，授課時(shí)教師利用UGNX軟件，對要講解的結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真、運(yùn)動的速度、加速度進(jìn)行分析，使學(xué)生掌握除了教材上的作圖法進(jìn)行運(yùn)動分析之外，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)更精確、更方便的分析方法。然后課下給出相關(guān)題目讓學(xué)生對一些常用機(jī)械裝置進(jìn)行運(yùn)動仿真和運(yùn)動分析，既能讓學(xué)生輕松掌握教材上的理論知識，又能將所學(xué)UGNX軟件進(jìn)一步深化其應(yīng)用，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在機(jī)械設(shè)計(jì)中講解零件如鍵、螺栓、螺柱、滾動軸承等標(biāo)準(zhǔn)零件的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)，可用UGNX軟件快速建立所需標(biāo)準(zhǔn)件的三維實(shí)體模型，使學(xué)生更能形象直觀的掌握通用零件和標(biāo)準(zhǔn)零件的結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生利用三維實(shí)體軟件分析問題以及解決問題的能力。在講授齒輪傳動的設(shè)計(jì)部分內(nèi)容時(shí)，先給學(xué)生講解設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)步驟和方法，齒輪的強(qiáng)度校核部分公式多、計(jì)算量大，可在講授時(shí)用UGNX軟件的強(qiáng)度分析功能讓學(xué)生進(jìn)行齒輪的強(qiáng)度校核，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度和設(shè)計(jì)效率。

三、UGNX軟件在機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

1、在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

本校機(jī)械專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程原來使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，即采用手工繪圖或采用CAD繪圖。在實(shí)踐教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算精確度不高，繪圖水平較差，最終導(dǎo)致學(xué)生的整體設(shè)計(jì)結(jié)果質(zhì)量不高。同時(shí)傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)題目主要是二級減速器的設(shè)計(jì)，達(dá)不到應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此在2013級機(jī)械本科班課程設(shè)計(jì)中提倡綜合性設(shè)計(jì)；引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)，學(xué)生自選了跑步機(jī)的設(shè)計(jì)、切面機(jī)的設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)題目。指導(dǎo)教師主要把握題目的可行性和對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行監(jiān)控。學(xué)生先設(shè)計(jì)出多個(gè)機(jī)械傳動方案，通過對不同方案進(jìn)行分析確定出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及工程實(shí)踐能力。然后要求學(xué)生將UGNX軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)課程的設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)體建模中。利用UGNX軟件，在軟件中完成所有零件建模，進(jìn)行整體裝配，若出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題及時(shí)進(jìn)行修改計(jì)算，之后完成整個(gè)裝置的實(shí)體造型，沒有問題后最終生成二維工程圖。最后安排了課程設(shè)計(jì)答辯，通過設(shè)計(jì)答辯的方式對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)。這樣既能增強(qiáng)學(xué)生使用三維軟件的能力，又可提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2、在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

本校對2012級機(jī)械本科班的學(xué)生進(jìn)行了UGNX軟件的培訓(xùn)，在其畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)生確定了《基于UGNX的3D打印機(jī)的研發(fā)》、《基于UG的擰扣機(jī)小車設(shè)計(jì)》、《基于UG的秸稈成型機(jī)設(shè)計(jì)》等與UGNX軟件相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。要求學(xué)生在做課題時(shí)使用UGNX完成機(jī)械裝置的三維模型設(shè)計(jì)和運(yùn)動仿真、運(yùn)動分析，并繪制出符合國標(biāo)規(guī)定的主要零件的二維零件圖、二維整體裝配圖。有能力的學(xué)生還可以對主要受力零件進(jìn)行有限元分析。在畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯時(shí)給答辯老師進(jìn)行主要零部件和整體機(jī)械的三維實(shí)體造型和運(yùn)動仿真的演示操作，并能回答答辯老師的相關(guān)提問。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)將學(xué)生所學(xué)的機(jī)械專業(yè)課程的理論知識同UGNX軟件相結(jié)合，既提高了學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，又將UGNX軟件的設(shè)計(jì)、分析和制造進(jìn)行綜合應(yīng)用，提高了學(xué)生的綜合專業(yè)理論素質(zhì)。

四、結(jié)論

通過近兩年的教學(xué)實(shí)踐證明，把UGNX軟件貫穿應(yīng)用于機(jī)械專業(yè)的教學(xué)體系中，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用UGNX系統(tǒng)軟件的能力，以及利用所學(xué)機(jī)械專業(yè)理論知識解決工程實(shí)際問題的能力。學(xué)生還可以參加西門子工業(yè)軟件有限公司的UGNX應(yīng)用工程師考試，取得西門子工業(yè)軟件有限公司認(rèn)證證書，為就業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)，提高了機(jī)械專業(yè)學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量，符合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

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【作者簡介】

王 會（1973-）女，山東德州人，工學(xué)碩士，副教授，德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械系主任，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)CAD/CAM.