智能制造環(huán)境下機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程改革探索

【摘要】《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》是機(jī)械工程類專業(yè)本科階段的主干專業(yè)必修課程，學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，并結(jié)合對(duì)機(jī)械專業(yè)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，初步獲得機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)與解決工程實(shí)際問題的能力。隨著機(jī)械制造裝備越來(lái)越專業(yè)化、模塊化、智能化，課程發(fā)展至今，弊端與不足日趨凸顯，本文在充分研究課程講授特點(diǎn)和機(jī)械制造裝備發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地闡述了智能制造時(shí)代對(duì)課程發(fā)展的要求，分析了課程的不足和亟需改進(jìn)之處，并針對(duì)性地提出了課程改革思路和具體教學(xué)措施，使課程進(jìn)一步契合新時(shí)代行業(yè)對(duì)新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，更系統(tǒng)全面地與新時(shí)代智能制造發(fā)展相適應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)? 課程改革? 教改措施

【中圖分類號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）47-0112-02

引言

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》是機(jī)械工程類專業(yè)本科階段的主干專業(yè)課程，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)全面地獲得機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的總體思路和主要功能部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、制造流程、應(yīng)用方法;掌握機(jī)械加工檢測(cè)裝置的基本原理、應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用方法;掌握制造業(yè)物流系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)等設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法等，進(jìn)而通過(guò)專業(yè)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，從而獲得綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，并初步獲得設(shè)計(jì)機(jī)械制造裝備的能力。

但目前該課程發(fā)展緩慢，沒有跟上新時(shí)代技術(shù)發(fā)展的步伐，依然停留在傳統(tǒng)的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)階段。在新時(shí)代，隨著機(jī)械制造裝備越來(lái)越專業(yè)化、模塊化、智能化，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，課程講授也應(yīng)更系統(tǒng)全面地與新時(shí)代智能制造發(fā)展相匹配。

問題分析與改革思路

隨著社會(huì)工業(yè)體系的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)生變化，使得高校必須順應(yīng)這些變化，不斷調(diào)整對(duì)于大學(xué)生的培養(yǎng)方向和培養(yǎng)方法?！稒C(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程發(fā)展至今，仍然存在著一些問題，例如：課程發(fā)展較緩慢，跟不上時(shí)代要求;學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零部件的認(rèn)知和應(yīng)用比較膚淺;忽視電控系統(tǒng)、傳感器、人機(jī)工程學(xué)、外觀設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和與機(jī)械裝備的有效銜接的重要性;沒有充分考慮裝備設(shè)計(jì)中線路及管路的布置安裝;缺乏精密設(shè)計(jì)的理念等。

針對(duì)以上問題，提出切實(shí)可行的思路，即對(duì)本課程的課本、授課安排和學(xué)生的培養(yǎng)方式進(jìn)行改革，具體實(shí)現(xiàn)改革需要分為四步：

一、需要對(duì)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》教材進(jìn)行更新，增加電控、傳感器、人機(jī)工程學(xué)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)。

二、對(duì)于本課程的課時(shí)安排進(jìn)行調(diào)整，增加10個(gè)及以上的課時(shí)，并添加相應(yīng)的調(diào)研作業(yè)部分。

三、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于本課程以外專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生與其他機(jī)械相關(guān)專業(yè)知識(shí)的銜接能力。

四、與《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》緊密結(jié)合，在課程開始階段，即向?qū)W生布置課程設(shè)計(jì)題目，在授課過(guò)程中，按照授課進(jìn)度每講授一個(gè)階段性知識(shí)點(diǎn)，即啟發(fā)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)需要完成的裝備設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)該功能的設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)與應(yīng)用能力的無(wú)縫銜接，提高學(xué)習(xí)效果。

為了適應(yīng)新時(shí)代機(jī)械行業(yè)對(duì)于大學(xué)生的要求，對(duì)本課程的改革勢(shì)在必行，以使學(xué)生成為符合社會(huì)需要的新型應(yīng)用型人才，符合日趨專業(yè)化、模塊化、智能化的機(jī)械制造裝備對(duì)人才的需要。

具體教學(xué)改革措施

探索新時(shí)代的《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程發(fā)展方向，該課程需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

一、增加對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零部件的認(rèn)知和應(yīng)用，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率。

學(xué)生在進(jìn)行裝備設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在完成機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)后，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備的具體設(shè)計(jì)存在較大困難。學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)中，只接觸到螺栓、齒輪、軸承等少數(shù)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)部件，缺乏通過(guò)較大程度的標(biāo)準(zhǔn)零部件選型，并結(jié)合部分非標(biāo)零部件的設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)定設(shè)計(jì)功能的能力。

隨著工業(yè)的高速度發(fā)展，企業(yè)分工越來(lái)越細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)外購(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)部件等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。除了《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》列明的標(biāo)準(zhǔn)零件以外，涌現(xiàn)出了很多種創(chuàng)新型標(biāo)準(zhǔn)零件，能夠高效、準(zhǔn)確地完裝備所需要的功能;眾多的部件生產(chǎn)企業(yè)，也研發(fā)了大量的標(biāo)準(zhǔn)部件，例如轉(zhuǎn)臺(tái)、直線運(yùn)動(dòng)模組、電動(dòng)缸等。在課程中，為了讓學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)部件進(jìn)行深入掌握，可以增加2學(xué)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)部件介紹，并增加一個(gè)學(xué)生自主調(diào)研環(huán)節(jié)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢或者市場(chǎng)走訪的方式，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的發(fā)展有一個(gè)全面準(zhǔn)確的認(rèn)知，提高機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)效率和水平。

二、增強(qiáng)電控系統(tǒng)講解，實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)與機(jī)械裝備的有效銜接。

機(jī)械工程類專業(yè)的學(xué)生，在課程設(shè)計(jì)方面更多的偏向于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，對(duì)電控知識(shí)僅僅局限于對(duì)功能的了解，除了學(xué)過(guò)的步進(jìn)電機(jī)和PLC等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)電器元器件的了解甚少，從而造成了在設(shè)計(jì)機(jī)械制造裝備的時(shí)候，不了解選用何種電氣元器件，更不知該如何將電氣元器件與機(jī)械部分進(jìn)行銜接。

為了突破上述瓶頸問題，在課程改革中，學(xué)生應(yīng)該在已學(xué)電控知識(shí)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)電控系統(tǒng)和電氣元器件的了解，可以增加2學(xué)時(shí)的電控系統(tǒng)和電氣元器件介紹，同時(shí)增加一個(gè)對(duì)電氣元器件的調(diào)研和查詢環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)與機(jī)械裝備的有效銜接。

三、增強(qiáng)傳感元器件在機(jī)械制造裝備中的應(yīng)用，提高裝備的智能化水平。

智能制造和智能制造裝備是未來(lái)的主要發(fā)展方向，機(jī)械制造裝備也會(huì)朝著智能化方向發(fā)展。智能化的一個(gè)重要應(yīng)用就是在機(jī)械制造裝備應(yīng)用過(guò)程中，要對(duì)各個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。在此過(guò)程中，與機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)息息相關(guān)的就是對(duì)傳感器的應(yīng)用，而在傳感器等專業(yè)課程上，只對(duì)部分傳感器的基本原理進(jìn)行了講解，并沒有對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹，學(xué)生對(duì)傳感器的功能、應(yīng)用場(chǎng)景和與機(jī)械的銜接等方面存在著較大的欠缺。針對(duì)此問題，可增加2學(xué)時(shí)的傳感器功能和應(yīng)用場(chǎng)景介紹，同時(shí)增加一個(gè)對(duì)傳感器的調(diào)研環(huán)節(jié)，從而在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)傳感器等智能化元器件與機(jī)械制造裝備的有效銜接，提高裝備的智能化設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平。

四、人機(jī)工程學(xué)和外觀設(shè)計(jì)應(yīng)該貫穿在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中。

學(xué)生在進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在著一個(gè)共性的問題，就是設(shè)計(jì)的裝備雖然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)的功能需求，但不符合人機(jī)工程學(xué)原理，也不符合基本的外形設(shè)計(jì)美觀性要求。存在這個(gè)問題的原因是，在機(jī)械工程類專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)置中沒有把人機(jī)工程學(xué)和外觀設(shè)計(jì)作為主要課程進(jìn)行講解，只在某些課程的某些章節(jié)一帶而過(guò)。而《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程需要設(shè)計(jì)完整可用的機(jī)械裝備，對(duì)其進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)和外觀設(shè)計(jì)勢(shì)在必行?？梢栽黾?學(xué)時(shí)的人機(jī)工程學(xué)和外觀設(shè)計(jì)講解，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中兼顧關(guān)于人機(jī)工程和外觀的基本設(shè)計(jì)因素，達(dá)到最基本的裝備可操作、外觀不丑陋的設(shè)計(jì)要求。

五、重視管路設(shè)計(jì)和鈑金設(shè)計(jì)，增強(qiáng)裝備的規(guī)范化和可復(fù)制性。

在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)有電線、電纜線、油管、氣管等軟零件，學(xué)生甚至某些企業(yè)工程師在進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的過(guò)程中，并不考慮上述軟零件的布局和占用空間規(guī)劃。造成在完成裝備的裝配后，電線和管路的布置亂成一團(tuán)，對(duì)裝備的可復(fù)制性和規(guī)范化造成了很大的困難，對(duì)裝備的應(yīng)用也存在著較大的安全隱患。應(yīng)該增加1學(xué)時(shí)最基本的管路設(shè)計(jì)介紹，使得學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮軟零件走向，考慮設(shè)計(jì)和工程成本，提高裝備的規(guī)范化和可復(fù)制性。

同時(shí)，在機(jī)械工程類專業(yè)的課程設(shè)置中，并沒有對(duì)鈑金件的加工和安裝進(jìn)行講解，會(huì)影響學(xué)生進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)鈑金件的設(shè)計(jì)結(jié)果，學(xué)生不了解應(yīng)該如何完成鈑金件的加工，不了解如何快速進(jìn)行安裝，不了解如何實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的裝備外觀防護(hù)罩，也不了解裝備防護(hù)罩如何起到合理的防護(hù)、防油、隔音、隔熱、安全等作用。應(yīng)該增加1課時(shí)的鈑金件設(shè)計(jì)和加工基本知識(shí)講解，再通過(guò)學(xué)生的調(diào)研和查詢，完成鈑金件的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

六、增強(qiáng)精密設(shè)計(jì)理念，提高設(shè)計(jì)的理論應(yīng)用水準(zhǔn)，精益求精。

在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中，還存在一個(gè)共性的問題，就是設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒有應(yīng)用基本理論對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算、校核和優(yōu)化，往往憑經(jīng)驗(yàn)照貓畫虎、形而上學(xué)，甚至不思理論，直接敷衍了事。因此，應(yīng)該向?qū)W生全程灌輸精密設(shè)計(jì)的理念，讓學(xué)生了解到每設(shè)計(jì)一個(gè)零件，都關(guān)系到該裝備的整體設(shè)計(jì)水平;每確定一個(gè)形狀、尺寸和形位公差，都關(guān)系到裝備的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)、零件檢驗(yàn)基準(zhǔn)、裝配檢驗(yàn)基準(zhǔn)，以及由此產(chǎn)生的工具、量具、刃具、夾具的變化，更關(guān)系到機(jī)械制造裝備的生產(chǎn)和維護(hù)成本，甚至關(guān)系到裝備的核心競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)的生存動(dòng)力。讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中自始至終重視設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)。

同時(shí)，要求學(xué)生加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)專業(yè)理論的應(yīng)用，尤其是利用材料力學(xué)、理論力學(xué)、有限元分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析等理論和方法對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化，達(dá)到對(duì)機(jī)械制造裝備精益求精的設(shè)計(jì)目的。

總結(jié)

本文拋磚引玉，提出上述課程發(fā)展思路，即通過(guò)增加10個(gè)學(xué)時(shí)的講解，并布置一些必要的學(xué)生調(diào)研作業(yè)，提高學(xué)生對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)部件的了解和應(yīng)用水平，增強(qiáng)電控系統(tǒng)和傳感元器件與機(jī)械制造裝備系統(tǒng)的有效銜接，增強(qiáng)人機(jī)工程學(xué)和外觀美觀設(shè)計(jì)在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中的比重;通過(guò)對(duì)管路和鈑金件進(jìn)行設(shè)計(jì)，增強(qiáng)機(jī)械制造裝備的規(guī)范化和可復(fù)制性水平，使學(xué)生掌握精益求精的設(shè)計(jì)理念。

經(jīng)過(guò)全面調(diào)整，使得學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，獲得全面的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，能夠更高效地對(duì)機(jī)械制造裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升裝備設(shè)計(jì)水平，適應(yīng)新時(shí)代智能制造對(duì)機(jī)械工程類大學(xué)畢業(yè)生的需求，更好地為智能制造工業(yè)發(fā)展服務(wù)，助力中國(guó)制造2025。

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作者簡(jiǎn)介：

劉福聰（1981-），男，漢族，畢業(yè)于天津大學(xué)，碩士研究生，高級(jí)工程師，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)教師。2015年入選天津市“131”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第一層次;2017年被天津市人力資源和社會(huì)保障局聘為天津市大學(xué)生創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師。主講《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》等課程。曾參與“國(guó)家重大專項(xiàng)”2項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)，獲得專利18項(xiàng)，其中發(fā)明專利9項(xiàng)。