面向船舶行業(yè)特色的機(jī)械CAD/CAM課程項(xiàng)目化教學(xué)改革探討

何強(qiáng) 王筱蓉

摘要：為進(jìn)一步培養(yǎng)新形勢(shì)下的船舶行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，提出機(jī)械CAD/CAM課程項(xiàng)目化教學(xué)改革。首先具體對(duì)機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后具體闡述了課程項(xiàng)目化改革的內(nèi)容及實(shí)施，最后以船用柴油機(jī)關(guān)鍵零部件建模及虛擬仿真加工為例，給出了項(xiàng)目化教學(xué)方法改革的基本模式。研究成果為以工程認(rèn)證為導(dǎo)向的機(jī)械CAD/CAM課程改革奠定了良好的基礎(chǔ)

關(guān)鍵詞：機(jī)械CAD/CAM；項(xiàng)目化；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）02-0114-02

《中國(guó)制造2025》明確提出大力推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，聚焦航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車等重點(diǎn)領(lǐng)域。作為一門隨著信息技術(shù)發(fā)展而形成的新技術(shù)，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了船舶、機(jī)械、電子、航天等領(lǐng)域[1]。是否能夠熟練地掌握CAD/CAM理論知識(shí)并將其運(yùn)用到具體的產(chǎn)品結(jié)合設(shè)計(jì)中去已經(jīng)成為檢驗(yàn)一名機(jī)械工程師是否合格的重要指標(biāo)，同時(shí)也能用來(lái)衡量一個(gè)企業(yè)的綜合實(shí)力。因此，應(yīng)用型高等院校機(jī)械工程類專業(yè)擔(dān)負(fù)著為《中國(guó)制造2025》的順利推進(jìn)培養(yǎng)一大批在CAD/CAM方面有成就的人才的重要任務(wù)。

一、項(xiàng)目化教學(xué)改革模式的提出背景

1.教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏與船舶行業(yè)的結(jié)合。江蘇科技大學(xué)是江蘇省內(nèi)唯一的以船舶與海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)為主要服務(wù)對(duì)象的行業(yè)特色型大學(xué)，機(jī)械專業(yè)本科畢業(yè)生大多進(jìn)入船舶行業(yè)企業(yè)從事生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。機(jī)械CAD/CAM是一門非常重要的專業(yè)課，該課程中涉及零件二維圖紙繪制、三維幾何造型的設(shè)計(jì)、數(shù)控加工仿真等。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中必然需要挑選一些實(shí)例來(lái)讓學(xué)生進(jìn)行上機(jī)操作。而目前教學(xué)用例的選取比較隨意，往往偏離了船舶行業(yè)特色，使得學(xué)生錯(cuò)失了通過(guò)該門課程進(jìn)一步了解船用典型零部件結(jié)構(gòu)特征的機(jī)會(huì)[2]。

2.理論脫離實(shí)踐，授課方式單一。機(jī)械CAD/CAM課程涉及的內(nèi)容較多，但是培養(yǎng)方案中該課程的總課時(shí)為32課時(shí)，其中理論授課部分達(dá)到20課時(shí)。而該課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式與別的課程類似，教師按照課本中的步驟講解，然后學(xué)生模仿教師進(jìn)行操作，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣的教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課堂上的例子很熟悉，但很難做到對(duì)其他零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和快速建模，并沒(méi)有真正地掌握CAD/CAM技術(shù)的核心[3]。這樣的傳統(tǒng)教學(xué)方式不能有效地將理論知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際操作技能結(jié)合在一起，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響了對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培訓(xùn)。

3.操作軟件的選取不符合企業(yè)需求。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展以及各軟件公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)，市場(chǎng)上的應(yīng)用軟件種類繁多，并且很多軟件的功用均有一定程度的交叉。目前課程會(huì)涉及二維繪圖軟件Auto CAD、三維制圖軟件Solidwork、數(shù)控加工仿真軟件Mastercam及有限元分析軟件Abaqus。走訪中船集團(tuán)部分企業(yè)的調(diào)查結(jié)果顯示：在我校傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，有關(guān)操作軟件的選擇并沒(méi)有和企業(yè)的需求緊密結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生走向工作崗位后，需要去學(xué)習(xí)新的軟件，不能很快地適應(yīng)企業(yè)的工作節(jié)奏，大大降低了工作效率。

二、課程項(xiàng)目化改革內(nèi)容及實(shí)施

1.教學(xué)設(shè)計(jì)研究。我校在科研項(xiàng)目方面歷來(lái)和中船重工及中船工業(yè)相關(guān)下屬研究所及企業(yè)保持密切聯(lián)系，充分利用學(xué)院科研項(xiàng)目資源，整合出部分適用于本科教學(xué)的項(xiàng)目案例。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，讓學(xué)生結(jié)合某些船舶關(guān)鍵零部件來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究，進(jìn)而完成一系列的任務(wù)。通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)來(lái)培訓(xùn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，有利于幫助學(xué)生對(duì)整體知識(shí)的把握。在具體教學(xué)過(guò)程中，可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際復(fù)雜程度拆分成若干個(gè)子課題，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣去選擇

2.豐富授課模式。打破傳統(tǒng)的授課模式，不再單純依靠授課教師的講解。在學(xué)生完成相關(guān)上機(jī)作業(yè)后，讓他們自己走上講臺(tái)去作報(bào)告，闡述自己是如何一步一步進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝的規(guī)劃等。這樣不僅鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力，同時(shí)也能讓他們進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

3.深入了解用人單位的技術(shù)需求。鼓勵(lì)一線教師走出校門，走向企業(yè)，去了解企業(yè)用人單位對(duì)所在專業(yè)畢業(yè)生的真正需求，根據(jù)企業(yè)的需求去培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力。選擇一些相對(duì)較新、企業(yè)正在使用的軟件來(lái)教學(xué)生，這樣能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中做到有的放矢。

三、項(xiàng)目化教學(xué)改革實(shí)例——船用柴油機(jī)關(guān)鍵零部件建模及虛擬仿真加工

1.教學(xué)設(shè)計(jì)?？紤]到我校是省內(nèi)唯一的以船舶與海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)為主要服務(wù)對(duì)象的行業(yè)特色型大學(xué)，機(jī)械專業(yè)本科畢業(yè)生大多進(jìn)入船舶行業(yè)企業(yè)從事生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作，因此在設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教學(xué)改革方案時(shí)，以某型號(hào)船用柴油機(jī)為研究對(duì)象，考慮到柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，教師在授課前需對(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，選取6個(gè)關(guān)鍵零部件，即活塞、曲軸、連桿、排氣門搖臂、進(jìn)氣門搖臂和氣缸蓋。機(jī)械制造專業(yè)2016級(jí)單個(gè)班級(jí)學(xué)生為42名，將學(xué)生分為6組，每組選擇1個(gè)關(guān)鍵零部件作為項(xiàng)目研究對(duì)象。

2.具體實(shí)施步驟。在整個(gè)教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)，每小組同學(xué)以各自的關(guān)鍵零部件為對(duì)象，完成以下任務(wù)：（1）根據(jù)教師提供的圖紙，利用三維建模軟件UG對(duì)船用柴油機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行三維建模，并撰寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，闡述建模思想和建模過(guò)程，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份。（2）根據(jù)所建立的三維模型，利用UG軟件生成關(guān)鍵零部件的二維草圖，并根據(jù)繪圖要求完善部件圖紙繪制。（3）將自己所在組建立的關(guān)鍵零部件與其他組建立的關(guān)鍵零部件裝配在一起，生成相應(yīng)的爆炸視圖，并運(yùn)用干涉分析來(lái)檢查零件干涉情況。（4）對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行機(jī)加工工藝分析，確定其加工方法、加工順序等，擬定關(guān)鍵零部件的工藝卡片。（5）結(jié)合已擬定的工藝卡片，運(yùn)用UG軟件，合理確定加工工藝、加工參數(shù)，完成各關(guān)鍵零部件的數(shù)控加工刀具軌跡的生產(chǎn)，為進(jìn)一步生成數(shù)控加工G代碼做準(zhǔn)備，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份。（6）調(diào)用步驟（5）得到的各關(guān)鍵零部件的G代碼，利用上海宇龍數(shù)控仿真軟件及數(shù)控機(jī)床操作相關(guān)知識(shí)，完成各關(guān)鍵零部件的仿真加工過(guò)程，驗(yàn)證各種數(shù)控加工方法及加工參數(shù)優(yōu)劣，完成加工方法及加工參數(shù)的優(yōu)化。（7）進(jìn)入中船動(dòng)力有限公司車間，在生產(chǎn)師傅的指導(dǎo)下，在實(shí)際機(jī)床上完成1—2個(gè)關(guān)鍵零部件的加工，對(duì)比實(shí)際加工和仿真加工的區(qū)別，進(jìn)一步優(yōu)化所選用加工方法及加工參數(shù)。

3.評(píng)價(jià)考核方式。按照工程教育認(rèn)證中機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)目標(biāo)的相關(guān)要求，在項(xiàng)目化教學(xué)改革中不僅注意學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，更加要關(guān)注學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。采用上機(jī)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和答辯相結(jié)合的方法，教師可將總分合理分配到項(xiàng)目化教學(xué)過(guò)程的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，將考核成績(jī)綜合考慮，作為期末評(píng)定學(xué)生最終成績(jī)的依據(jù)。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前機(jī)械CAD/CAM教學(xué)現(xiàn)狀存在的部分問(wèn)題，提出機(jī)械CAD/CAM課程項(xiàng)目化教學(xué)改革，然后具體闡述了課程項(xiàng)目化改革的內(nèi)容及實(shí)施，最后以船用柴油機(jī)關(guān)鍵零部件建模及虛擬仿真加工為例，給出了項(xiàng)目化教學(xué)方法改革的基本模式。課程項(xiàng)目化的改革有利于培養(yǎng)面向符合新形勢(shì)下的船舶行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。研究成果可以為以工程認(rèn)證為導(dǎo)向的機(jī)械CAD/CAM課程改革奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王筱蓉，姜根柱.“CAD/CAPP/CAM基礎(chǔ)”教學(xué)研究與探索[J].中國(guó)電力教育，2012，（7）：56-57.

[2]邢陽(yáng)陽(yáng)，馬冬梅.“機(jī)械CAD/CAM”課程教學(xué)改革與探索[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，（20）：257.

[3]周煜，陸萍.高職院?！按癈AD/CAM”課程改革探究[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（2）：125-128.

Abstract：In order to further train innovative talents in ship industry under the new situation，the project teaching reform of mechanical CAD/CAM course is put forward.Firstly，this paper analyzes the present teaching situation of mechanical CAD/CAM course，then expounds the content and implementation of the course project reform，and finally takes the modeling and virtual simulation of the key parts of marine diesel engine as an example.The basic mode of the reform of the project teaching method is given.The research results have laid a good foundation for the reform of mechanical CAD/CAM course guided by engineering certification.

Key words：mechanical CAD/CAM；project；teaching reform