對《機械設(shè)計課程設(shè)計》的一次數(shù)字化教改實踐與分析

張敏　唐利芹　鹿新建　黃輝祥

摘 要：在《機械設(shè)計課程設(shè)計》中引入綜合性、系統(tǒng)性的數(shù)字化設(shè)計理念并進行了教改實踐，請校內(nèi)專家與企業(yè)專家參與了設(shè)計成果答辯，獲得了校內(nèi)外專家的好評，該教改對學(xué)生的設(shè)計能力、團隊協(xié)作、工程思想與解決問題的能力提升很大，課程的教學(xué)效果得到提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計；教改

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.211

0 前言

《機械設(shè)計課程設(shè)計》是在《機械設(shè)計》課程以后的一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是對學(xué)生所學(xué)的理論課進行一次綜合的全面的工程訓(xùn)練，是全面掌握機械設(shè)計能力的重要步驟。課程設(shè)計的目標包括提升學(xué)生應(yīng)用知識、選擇方案、解決問題與進程規(guī)劃等方面的能力。

作者所在學(xué)校的《機械設(shè)計課程設(shè)計》具有詳細的流程與要求：通過2周的時間，完成二級減速器紙質(zhì)版設(shè)計說明書的撰寫與包括齒輪、低速軸和總裝配圖共3張零件圖的繪制，最終完成設(shè)計成果答辯。盡管很多學(xué)校針對本課程有過不少數(shù)字化，尤其是圖紙數(shù)字化方面的教改嘗試，但綜合性、系統(tǒng)性的數(shù)字化嘗試，引入團隊協(xié)作、有限元、工藝分析、成本分析、校內(nèi)外專家共同答辯，可以預(yù)見對本課程的提升更大，因此，在本課程中進行了一次綜合性、系統(tǒng)性的數(shù)字化嘗試。

1 《機械設(shè)計課程設(shè)計》的數(shù)字化教改內(nèi)容與實踐

首先，向開始課程設(shè)計的學(xué)生介紹了數(shù)字化教改嘗試的內(nèi)容，并提出了完成設(shè)計的目標與要求，目標與要求包括數(shù)字版設(shè)計說明書、三維圖紙、三維圖紙轉(zhuǎn)化修改而成的二維圖紙、有限元受力分析、各個零件與裝配的工藝與成本分析、校內(nèi)外專家答辯與針對答辯進行修改方面的內(nèi)容。4位同學(xué)組成了設(shè)計小組，協(xié)作完成本課程設(shè)計。

學(xué)生在課程設(shè)計的進行中，逐漸熟悉了三維軟件的應(yīng)用之后，很開心，加班加點，既加深了軟件的應(yīng)用，又更進一步理解課程設(shè)計的意義，對二級減速器的尺寸設(shè)計理解更到位。當尺寸不對，裝配后軟件系統(tǒng)會進行干涉檢查并提醒。學(xué)生還不斷互相交流溝通，分配各自的工作并互相銜接與寫作。因為這4位同學(xué)的三維繪制，同班同學(xué)會相互觀看，他們用三維軟件制作出來的圖紙供其他同學(xué)參考，使其他同學(xué)更加理解二級減速器的結(jié)構(gòu)，又加繪了局部放大圖。此外，還請校內(nèi)教師進行有限元力建模與分析指導(dǎo)，學(xué)生領(lǐng)悟很多。

2 設(shè)計成果的校內(nèi)外專家答辯意見

設(shè)計成果答辯中，校內(nèi)外專家都積極評價了這種創(chuàng)新性的數(shù)字化教改實踐，認為這種綜合性、系統(tǒng)性的數(shù)字化設(shè)計的理念有利于提升學(xué)生的設(shè)計能力、團隊協(xié)作、工程思想與解決問題的能力。針對設(shè)計說明書與圖紙，校內(nèi)外專家的提問與意見內(nèi)容有明顯特性與區(qū)別：

（1）校內(nèi)專家關(guān)注點主要集中在流程與方法的合理性與正確性方面，具體包括：團隊協(xié)作中，4位同學(xué)如何進行的協(xié)作與任務(wù)分配；在二級減速器設(shè)計階段的兩級傳動比的分配，各個參數(shù)的選取與計算；在有限元分析方面，怎么施加的載荷與約束，方法是否合理；在三維模型方面，模型的可動性以及是否互相干涉；在圖紙方面是否符合制圖規(guī)范。（2）校外專家的關(guān)注點不同于校內(nèi)專家對整個過程的把握，更為具體與細致：設(shè)計的合理性方面，如筋太弱、箱體厚度8mm最好改為15-20mm、軸承壓蓋與箱體之間加啟蓋螺釘、檔油環(huán)上要加甩油用齒、軸肩偏小、齒輪做成減重結(jié)構(gòu)、定位銷偏長、軸入軸齒輪可以做成齒輪軸、齒輪到箱體臂距離太小、啟蓋螺釘上小孔多余等；工藝方面，如鑄造工藝結(jié)構(gòu)的鑄造圓角和撥模斜度、軸承壓蓋處增加一個注油孔、軸承壓蓋上的螺栓應(yīng)該是全螺紋螺栓、軸端加頂尖孔、安裝孔處加锪平孔；圖紙規(guī)范性方面如箱體箱蓋上都沒圓角、裝配基準不對、材料牌號沒有、定位銷一定要有公差、油尺剖切位置不對、零件圖中尺寸要圓整等。

企業(yè)專家關(guān)注的問題都是具體的，設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工藝或圖紙方面的問題，通過改進這些問題，能讓這個二級減速器更容易生產(chǎn)、裝配與使用，如軸承壓蓋處增加一個注油孔在現(xiàn)用的課程指導(dǎo)書中是沒有的；但企業(yè)專家意見和現(xiàn)有課程指導(dǎo)書有部分矛盾，如箱體厚度和鍵長都是根據(jù)指導(dǎo)書經(jīng)驗公式算出的，這表明了現(xiàn)有經(jīng)驗公式與企業(yè)習(xí)慣的區(qū)別。

3 關(guān)于本次數(shù)字化教改實踐與分析

在整個設(shè)計與答辯過程中，學(xué)生、上課教師與答辯專家均對本次數(shù)字化教改實踐滿意，這種綜合性、系統(tǒng)性的，引入三維圖紙、有限元分析與專家答辯的課程設(shè)計有助于提升學(xué)生應(yīng)用知識、選擇方案、解決問題與進程規(guī)劃等方面的能力，具體包括：

（1）學(xué)生能充分意識到進行數(shù)字化課程設(shè)計的優(yōu)勢并積極參與到整個過程：參與到教材的4位同學(xué)能認識到自己在整個過程中可以獲得較大的能力提升，進而積極參與到整個過程中去，最終克服設(shè)計計算、軟件操作、成本分析等方面的困難，完成設(shè)計。（2）能充分調(diào)動學(xué)生的各種綜合知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐與工程思維：不同于傳統(tǒng)純手工畫圖停留在二維階段，對各個結(jié)構(gòu)都是修改參數(shù)、照搬照抄，4位同學(xué)在設(shè)計與建模中對結(jié)構(gòu)、運動、功能等必須進行更深入的理解與分析，運用工藝、材料等知識進行理解和設(shè)計。（3）充分鍛煉學(xué)生的團隊寫作能力：由于零件多，工作量大，4位同學(xué)需要分別完成個零件的建模并最終完成裝配，滿足尺寸配合要求，此外，前期的設(shè)計部分與后續(xù)的有限元分析也鍛煉了協(xié)作與溝通能力。

4 結(jié)束語

《機械設(shè)計課程設(shè)計》中進行了綜合性、系統(tǒng)性的教改實踐，更好的完成了課程對培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識、選擇方案、解決問題與進程規(guī)劃能力的要求，獲得了校內(nèi)外專家與參與學(xué)生的好評，在后續(xù)教學(xué)中可以獲得進一步采用。

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基金項目：本文系南京工程學(xué)院高層次引進人才科研啟動基金（YKJ201701）、南京工程學(xué)院校級教改項目（JG201711）與江蘇省青藍工程優(yōu)秀教學(xué)團隊資助的研究成果。

作者簡介：張敏（1983-），男，河南商丘人，博士，講師，研究方向：先進制造技術(shù)、特種加工、電火花加工、電弧加工。