面向畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)械工程綜合測(cè)繪教學(xué)研究

郭俊鋒，陳衛(wèi)華

（蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

針對(duì)高校本科生教育工作現(xiàn)狀，教育部經(jīng)研究提出了“以本為本”的指導(dǎo)理念，希望大力促進(jìn)本科生培養(yǎng)質(zhì)量的全面提升。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)大部分工科院校開(kāi)展的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”和“工程教育認(rèn)證”工作，特別強(qiáng)調(diào)了本科生的培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度，強(qiáng)化學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練。在此背景下，工科院校本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量怎樣提高，特別是如何加強(qiáng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)裝配圖和零件圖的圖紙質(zhì)量，就需要對(duì)傳統(tǒng)的課程設(shè)置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，增加側(cè)重訓(xùn)練學(xué)生的繪圖實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)內(nèi)容[1-3]。

工程圖學(xué)作為工科院校的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，通常是安排在大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)。當(dāng)學(xué)生到大學(xué)四年級(jí)下學(xué)期進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)繪圖時(shí)好多知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)遺忘了，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的很多圖形內(nèi)容不符合規(guī)范。測(cè)繪訓(xùn)練作為機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)重要的基礎(chǔ)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅要掌握畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖的理論知識(shí)，還需要提高學(xué)生的繪制和閱讀機(jī)械圖樣的能力[4，5]。

1 畢業(yè)設(shè)計(jì)工程圖樣存在的問(wèn)題

目前，蘭州大學(xué)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要針對(duì)的是數(shù)控加工中心、石油勘探設(shè)備及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，需要繪制設(shè)備的總裝示意圖、電氣控制原理圖、局部結(jié)構(gòu)的裝配圖和部分零件圖，共需完成大約5張A0圖紙的設(shè)計(jì)任務(wù)量。學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要通過(guò)AutoCAD軟件繪制完成。根據(jù)我校畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師的反饋情況來(lái)看，主要存在以下問(wèn)題。

1.1 機(jī)械圖樣不符合《機(jī)械制圖》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

學(xué)生在繪制畢業(yè)設(shè)計(jì)工程圖樣過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格按照機(jī)械制圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，主要表現(xiàn)在：（1）繪圖比例不合要求。繪圖比例是圖形大小與機(jī)件實(shí)際大小之比，需要從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供的繪圖比例系列中進(jìn)行選擇，但很多學(xué)生都是自定比例，導(dǎo)致繪制的圖樣不規(guī)范。（2）圖線應(yīng)用錯(cuò)誤。在機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定了粗實(shí)線、細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線及虛線等各種線型的應(yīng)用范圍，在工程圖樣上應(yīng)該用不同線型來(lái)表示相應(yīng)的幾何輪廓，但從實(shí)際繪制的工程圖樣來(lái)看，不少學(xué)生存在用一種線型來(lái)繪圖，或者用細(xì)實(shí)線來(lái)繪制對(duì)稱中心線等問(wèn)題。（3）幾何作圖不規(guī)范，例如圓弧連接沒(méi)有保證相切關(guān)系，視圖之間的投影關(guān)系不正確等。（4）零件圖上內(nèi)容不完整。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一張零件圖應(yīng)該包括一組視圖、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求和標(biāo)題欄。很多學(xué)生繪制零件圖沒(méi)有標(biāo)注表面粗糙度，缺少形位公差和極限配合的標(biāo)注。（5）繪圖環(huán)境的設(shè)置不規(guī)范。部分學(xué)生的設(shè)計(jì)圖紙沒(méi)有畫(huà)圖框，標(biāo)題欄填寫(xiě)不規(guī)范等。

1.2 零件表達(dá)方法不合理

在工程實(shí)際中，組成機(jī)器的零件形狀千變?nèi)f化，有些零件的外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均比較復(fù)雜。因此，僅僅采用基本的三視圖，往往不能完整、清晰地表達(dá)這些零件的特征。所以需要綜合采用視圖、剖視圖和斷面圖等表達(dá)方法，尤其還要注意國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里的規(guī)定和簡(jiǎn)化畫(huà)法。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)圖樣里存在以下一些問(wèn)題：（1）用視圖表達(dá)零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致圖上出現(xiàn)大量的虛線，不利于看圖和標(biāo)注尺寸。（2）部分學(xué)生采用了剖視圖的表達(dá)方法，但存在投影方向不準(zhǔn)確，剖視圖和半剖視圖的畫(huà)法及標(biāo)注不規(guī)范等問(wèn)題。（3）部分零件圖沒(méi)有注寫(xiě)技術(shù)要求，缺少對(duì)零件表面質(zhì)量的標(biāo)注等。

1.3 尺寸和技術(shù)要求標(biāo)注不規(guī)范

在機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定，對(duì)于裝配圖和零件圖的尺寸標(biāo)注應(yīng)該做到正確、完整、清晰。在具體零件圖標(biāo)注中，需要充分考慮尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)，對(duì)于定形尺寸、定位尺寸和總體尺寸等三類尺寸，都要完整進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)要兼顧對(duì)尺寸標(biāo)注的一些特殊要求。目前，畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中反映出的尺寸標(biāo)注問(wèn)題有：（1）零件圖的尺寸標(biāo)注不完整，漏標(biāo)或重復(fù)標(biāo)注尺寸的現(xiàn)象較多。（2）少部分學(xué)生尺寸標(biāo)注出現(xiàn)封閉尺寸鏈和不符合加工工藝的問(wèn)題。另外，對(duì)于零件圖上的技術(shù)要求標(biāo)注，出現(xiàn)了表面粗糙度符號(hào)不規(guī)范、尺寸公差標(biāo)注錯(cuò)誤以及形位公差標(biāo)注缺乏基準(zhǔn)的問(wèn)題。

2 工程圖學(xué)傳統(tǒng)課程設(shè)置及問(wèn)題分析

對(duì)于工科院校而言，工程圖學(xué)課程是機(jī)械類專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，一般安排在一年級(jí)進(jìn)行授課。筆者所在學(xué)校針對(duì)一年級(jí)新生主要開(kāi)設(shè)了工程圖學(xué)基礎(chǔ) A（48學(xué)時(shí)）、機(jī)械制圖及 CAD（48學(xué)時(shí)）、計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)（32學(xué)時(shí)）、計(jì)算機(jī)三維造型（32學(xué)時(shí)）和SolidWorks基礎(chǔ)（32學(xué)時(shí)）等工程圖學(xué)類課程。老師一般采取課堂講授和PPT演示相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。由于一年級(jí)新生剛進(jìn)入大學(xué)校園，缺乏對(duì)零件設(shè)計(jì)和加工方面的基礎(chǔ)知識(shí)，再加上需要一定的空間想象和構(gòu)思能力，因此學(xué)生普遍感覺(jué)學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力。這也充分暴露出教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中課程設(shè)置的一些問(wèn)題。

2.1 目前工程圖學(xué)課程設(shè)置現(xiàn)狀

工程圖樣是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)過(guò)程中的一種重要技術(shù)文件，是工程界的“技術(shù)語(yǔ)言”。主要包括畫(huà)法幾何、制圖基礎(chǔ)、機(jī)械制圖及AutoCAD繪圖等主要內(nèi)容，目前增加了包括SolidWorks、Pro/E等三維建模內(nèi)容。筆者學(xué)校的教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃課程設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 機(jī)械類專業(yè)本科生培養(yǎng)計(jì)劃課程設(shè)置情況

眾所周知，工程圖學(xué)課程是一門既有理論，又有實(shí)踐的技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要具備一定的零件加工工藝知識(shí)，還要了解零件的加工過(guò)程。如果在前期的課程設(shè)置中實(shí)踐測(cè)繪訓(xùn)練不足，則學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解就會(huì)停留在表面，更談不上對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制高質(zhì)量的零件圖。因而對(duì)傳統(tǒng)的課程培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，加強(qiáng)機(jī)械工程綜合測(cè)繪實(shí)踐訓(xùn)練，就顯得十分必要。

2.2 機(jī)械工程綜合測(cè)繪課程設(shè)置

針對(duì)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中繪制工程圖樣所反映出來(lái)的問(wèn)題，學(xué)校也在努力嘗試對(duì)課程設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。2010年，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，在一年級(jí)下學(xué)期末開(kāi)設(shè)了“計(jì)算機(jī)繪圖綜合訓(xùn)練”的實(shí)訓(xùn)課程，教學(xué)計(jì)劃為1周。主要內(nèi)容包括對(duì)于給定的簡(jiǎn)單裝配體的零件進(jìn)行徒手測(cè)繪和CAD繪圖，要求完成一定量的零件圖和裝配圖。由于學(xué)時(shí)數(shù)較少，測(cè)繪任務(wù)較重，只能針對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝配體（L型齒輪油泵）進(jìn)行測(cè)繪，實(shí)際測(cè)繪訓(xùn)練效果未達(dá)到要求。

2012年，在修訂培養(yǎng)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，將“計(jì)算機(jī)繪圖綜合訓(xùn)練”課程調(diào)整為“機(jī)械工程綜合測(cè)繪”，時(shí)間改為2周，測(cè)繪對(duì)象調(diào)整為 “一級(jí)齒輪減速器”，內(nèi)容包括零件測(cè)繪草圖和計(jì)算機(jī)繪圖兩部分。面向全校機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)。2013年春，首先在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)進(jìn)行實(shí)施，由指導(dǎo)老師統(tǒng)一布置測(cè)繪任務(wù)，分階段要求學(xué)生進(jìn)行零件草圖、零件圖、裝配圖和計(jì)算機(jī)繪制工程圖等綜合訓(xùn)練。測(cè)繪課程內(nèi)容調(diào)整以來(lái)，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范性有了一定程度提高，但也還存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）學(xué)生的測(cè)繪對(duì)象過(guò)于單一，導(dǎo)致設(shè)計(jì)任務(wù)和測(cè)繪內(nèi)容大同小異，缺乏靈活運(yùn)用制圖知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。（2）學(xué)生只是機(jī)械地完成老師布置的測(cè)繪任務(wù)，缺乏對(duì)零件結(jié)構(gòu)表達(dá)、工藝設(shè)計(jì)以及尺寸合理分析等方面的思考，導(dǎo)致工程的設(shè)計(jì)和表達(dá)能力不足。

因此，盡管對(duì)目前的機(jī)械工程測(cè)繪課程進(jìn)行了調(diào)整和改革，但是囿于課程培養(yǎng)計(jì)劃總體設(shè)置和測(cè)繪內(nèi)容的單一，學(xué)生測(cè)繪訓(xùn)練的實(shí)際效果還不太理想，沒(méi)有完全達(dá)到教學(xué)大綱的培養(yǎng)目標(biāo)。

3 機(jī)械工程綜合測(cè)繪課程探討與實(shí)踐

針對(duì)在測(cè)繪課程中存在的課程內(nèi)容以及設(shè)置等方面的問(wèn)題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)“機(jī)械工程綜合測(cè)繪”課程進(jìn)行了改革與實(shí)踐，并且針對(duì)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中的課程設(shè)置提出了相關(guān)的建議。

3.1 調(diào)整測(cè)繪內(nèi)容，提高工程設(shè)計(jì)能力

基于工程圖學(xué)測(cè)繪課程大綱的要求，對(duì)課程內(nèi)容做了部分調(diào)整，在原有繪制二維圖的基礎(chǔ)上，增加了三維建模的訓(xùn)練。同時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)行分小組討論，充分交換意見(jiàn)，選擇最合理的表達(dá)方案。一方面使得學(xué)生對(duì)于零件的設(shè)計(jì)以及加工工藝的認(rèn)識(shí)更加深刻，另一方面又可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。經(jīng)過(guò)調(diào)整以后，課程內(nèi)容設(shè)置見(jiàn)表2。

圖1 “機(jī)械工程綜合測(cè)繪”課程調(diào)整后內(nèi)容

首先，學(xué)生需要了解裝配體的工作原理，熟悉零件的結(jié)構(gòu)和功能，以及各部分裝配關(guān)系和相對(duì)位置關(guān)系，并且對(duì)零件進(jìn)行編號(hào)。然后分小組討論確定各個(gè)零件的最優(yōu)表達(dá)方案，并繪制零件草圖。再通過(guò)AutoCAD軟件進(jìn)行零件圖的繪制。最后充分討論零件之間的裝配關(guān)系，合理確定裝配表達(dá)方案，繪制裝配圖。對(duì)于測(cè)繪裝配體中比較典型的零件，需要利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)與建模，完成零件的三維模型。通過(guò)二維零件圖和三維建模的訓(xùn)練，學(xué)生能夠較深入理解零件的結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)，逐步提升工程設(shè)計(jì)能力。

3.2 創(chuàng)新測(cè)評(píng)方法，注重過(guò)程化考核

在以往的測(cè)繪課程考核中，比較強(qiáng)調(diào)最終的答辯成績(jī)，主要包括圖紙質(zhì)量、回答測(cè)繪問(wèn)題以及如何確定零件和裝配體的表達(dá)方案等。對(duì)于學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的表現(xiàn)，包括零件的測(cè)繪、表達(dá)方法的選擇、三維設(shè)計(jì)與建模等還缺乏測(cè)評(píng)。尤其是分小組后，對(duì)于每位成員的分工協(xié)作不是十分明確，導(dǎo)致考核方式缺乏公平性和客觀性。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極創(chuàng)新測(cè)評(píng)方法，將學(xué)生的過(guò)程考核和最終答辯結(jié)合起來(lái)，提高過(guò)程考核的比例，充分反映學(xué)生的真實(shí)測(cè)評(píng)水平。同時(shí)，考核方法還要簡(jiǎn)單易行，便于操作。經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整，考核方式見(jiàn)表2。

表2 “機(jī)械工程綜合測(cè)繪”考核方式

3.3 教學(xué)反饋及課程設(shè)置建議

教學(xué)團(tuán)隊(duì)在機(jī)械類專業(yè)中實(shí)施新的教學(xué)內(nèi)容和模式以來(lái)，特別是分小組進(jìn)行教學(xué)并增加了三維建模內(nèi)容以后，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提升，顯著改善了以前在測(cè)繪過(guò)程中“消極怠工”的現(xiàn)象。通過(guò)三維建模訓(xùn)練，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將工程圖學(xué)知識(shí)與裝配體和零件的設(shè)計(jì)融會(huì)貫通，提高了學(xué)生的測(cè)繪設(shè)計(jì)能力。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師反饋情況來(lái)看，學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)更加規(guī)范，圖紙質(zhì)量明顯提升。對(duì)于在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的工程圖樣表達(dá)以及零件三維設(shè)計(jì)與建模方面也有了一定的體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

但是，基于傳統(tǒng)的課程培養(yǎng)計(jì)劃，學(xué)生的機(jī)械工程測(cè)繪訓(xùn)練一般安排在大一下學(xué)期，視作后續(xù)專業(yè)課程服務(wù)的綜合測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)生的測(cè)繪訓(xùn)練需要一定的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，而把該課程安排在金工實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)之前，學(xué)生缺乏相應(yīng)的實(shí)踐訓(xùn)練及對(duì)零部件的感性認(rèn)識(shí)，客觀上造成學(xué)生的訓(xùn)練效果難以深入拓展。因此特提出以下建議：

1）調(diào)整培養(yǎng)計(jì)劃課程設(shè)置，將“機(jī)械工程綜合測(cè)繪”課程安排在大三下學(xué)期或者大四上學(xué)期，讓學(xué)生具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)踐知識(shí)后再進(jìn)行測(cè)繪訓(xùn)練，效果會(huì)比較理想。

2）適當(dāng)增加專業(yè)課程設(shè)計(jì)中測(cè)繪訓(xùn)練的內(nèi)容，將機(jī)械設(shè)計(jì)與裝配體測(cè)繪相結(jié)合，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。

4 結(jié)語(yǔ)

畢業(yè)設(shè)計(jì)工程圖樣的質(zhì)量，直接關(guān)系到工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)素養(yǎng)，同時(shí)也反映出學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度。對(duì)機(jī)械工程綜合測(cè)繪課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化改進(jìn)以及課程計(jì)劃的適當(dāng)調(diào)整，尤其是增加零件三維造型設(shè)計(jì)的內(nèi)容，必將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力、繪圖能力、創(chuàng)新能力和工程設(shè)計(jì)意識(shí)有較大促進(jìn)作用。另外，創(chuàng)新測(cè)繪課程評(píng)價(jià)方式，注重學(xué)生的測(cè)繪過(guò)程考核，能夠有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和求知欲，培養(yǎng)主動(dòng)創(chuàng)新的開(kāi)拓精神。通過(guò)近年來(lái)測(cè)繪教學(xué)改革實(shí)踐，教學(xué)效果較好，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的圖紙質(zhì)量穩(wěn)步提升。