機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真課程建設(shè)

摘 "要 "根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)要求，以常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，對專業(yè)課機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真進(jìn)行課程建設(shè)。該課程以機(jī)電產(chǎn)品為項(xiàng)目載體，以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將思政元素融入課程實(shí)施過程，深入系統(tǒng)地推進(jìn)立德樹人，旨在培養(yǎng)機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造人才，滿足現(xiàn)代社會(huì)對高技能人才培養(yǎng)的需要。

關(guān)鍵詞 "機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真；三維CAD設(shè)計(jì)軟件；課程思政

中圖分類號：G712 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）02-0056-03

Course Construction of Digital Design and Simulation of

Mechanical and Electrical Products//LIN Huan， LIU Anmin

Abstract "According to the mechatronics engineering profe-

ssional training requirements， this article takes the Chang-zhou Institute of Information Technology as an example， the

course construction of “Digital Design and Simulation of Mechanical and Electrical Products” is carried out in higher vocational colleges. This course takes the mechanical and electrical products as the project carrier， takes the work task

as the driving force， penetrates the ideological and political

elements into the course implementation process， promotes

the establishment of moral education deeply and systemati-cally， in order to train the digital design and manufacture ta-lents of mechanical and electrical products， to meet the needs of high-skilled personnel training in modern society.

Key words "digital design and simulation of mechanical and

electrical products; 3D CAD design software; ideological and

political education in curriculum

0 "引言

隨著《中國制造2025》的實(shí)施與推進(jìn)，專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、融合度高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高技能人才需求逐步凸顯[1]。制造業(yè)的發(fā)展推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。作為先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在機(jī)電行業(yè)獲得越來越廣泛的應(yīng)用[2-3]。廣泛的企業(yè)調(diào)查表明，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造人才作為國家技能緊缺人才，必須掌握三維機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維虛擬裝配、仿真與分析等技術(shù)，同時(shí)具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感、明確的職業(yè)理想和良好的職業(yè)道德[4]。本文以常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，結(jié)合機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來的教學(xué)實(shí)踐，對該課程的整體設(shè)計(jì)和思政融入進(jìn)行分析與探討。

1 "課程簡介

機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真課程在第二學(xué)年的上學(xué)期開設(shè)，是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程，在完成本專業(yè)大部分專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后，作為一門能力提升專業(yè)課程開設(shè)。該課程以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖與CAD、機(jī)電產(chǎn)品安裝與制作等課程為基礎(chǔ)，采用以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)活動(dòng)。其功能與教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識技能進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品三維造型設(shè)計(jì)、部件虛擬裝配、二維工程圖設(shè)計(jì)、工程導(dǎo)向設(shè)計(jì)、機(jī)電產(chǎn)品仿真分析等能力，為今后勝任機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、改造和技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)等實(shí)際工作奠定能力基礎(chǔ)。

2 "課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)和六個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生能綜合運(yùn)用三維CAD設(shè)計(jì)軟件（Autodesk Inventor）

進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能掌握零件三維造型、三維裝配、二維工程圖生成和分析等知識與技能；在項(xiàng)目學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)過程中，能從新的視角思考問題，用創(chuàng)新思維方法觀察問題，用創(chuàng)新技法解決問題，養(yǎng)成與人協(xié)作、尊重他人、尊重科學(xué)、敢于質(zhì)疑的合作習(xí)慣和創(chuàng)新品質(zhì)。

2.1 "能力目標(biāo)

能夠分析機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，利用三維CAD軟件完成相關(guān)零件的三維造型，正確進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品的三維裝配，生成符合國標(biāo)的二維工程圖紙，對機(jī)電產(chǎn)品相關(guān)零部件進(jìn)行簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)適用性分析，對三維CAD軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與維護(hù)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力及創(chuàng)新技法的應(yīng)用能力。

2.2 "知識目標(biāo)

了解創(chuàng)新的幾種思維方式及創(chuàng)新技法的內(nèi)容，學(xué)習(xí)用創(chuàng)新思維及技法解決現(xiàn)實(shí)問題；掌握三維CAD軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本操作方法、機(jī)械和電氣類零件的三維造型基本步驟、部件裝配和生成二維工程圖的基本方法；了解三維CAD軟件中仿真分析的基本功能。

3 "課程項(xiàng)目分配

針對企業(yè)對CAD技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的市場需求，設(shè)計(jì)不同的學(xué)習(xí)情境覆蓋CAD技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)中的五大主流應(yīng)用方向。每個(gè)學(xué)習(xí)情境均采用一個(gè)真實(shí)工作項(xiàng)目（企業(yè)典型產(chǎn)品項(xiàng)目或?qū)W生創(chuàng)新項(xiàng)目）的學(xué)習(xí)包為載體進(jìn)行構(gòu)建，并按由易至難、循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律進(jìn)行傳授，如圖1所示。

項(xiàng)目1：CAD概述

主要能力目標(biāo)：利用相關(guān)制圖知識，分析零件結(jié)構(gòu)，能合理繪制草圖。相關(guān)知識點(diǎn)：Inventor工作界面、功能、草圖工具、草圖設(shè)計(jì)命令。

項(xiàng)目2：機(jī)電產(chǎn)品三維數(shù)字化零件設(shè)計(jì)

主要任務(wù)點(diǎn)：簡單實(shí)體零件數(shù)字化設(shè)計(jì)、軸類零件數(shù)字化設(shè)計(jì)、鈑金零件數(shù)字化設(shè)計(jì)和復(fù)雜零件數(shù)字化設(shè)計(jì)。主要能力目標(biāo)：能運(yùn)用Inventor軟件特征設(shè)計(jì)工具和組合創(chuàng)新技巧設(shè)計(jì)中等難度的薄壁類、復(fù)雜回轉(zhuǎn)類、鈑金類和復(fù)雜零件的三維特征建模。相關(guān)知識點(diǎn)：草圖、拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼、打孔、掃掠、鈑金、螺紋、加強(qiáng)筋、凸雕等特征工具的使用方法和創(chuàng)建三維特征模型的過程。

項(xiàng)目3：機(jī)電產(chǎn)品部件虛擬裝配設(shè)計(jì)

主要任務(wù)點(diǎn)：機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化裝配、機(jī)電產(chǎn)品在裝配環(huán)境下的自適應(yīng)設(shè)計(jì)和機(jī)電產(chǎn)品在裝配環(huán)境下的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。主要能力目標(biāo)：能運(yùn)用Inventor軟件和聯(lián)想思維完成機(jī)電產(chǎn)品零件的虛擬裝配、零件間的自適應(yīng)設(shè)計(jì)、零件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品裝配中標(biāo)準(zhǔn)件的插入及管理。相關(guān)知識點(diǎn)：部件環(huán)境的操作方法、零件的裝入、零件約束、零部件自適應(yīng)、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)功能的使用方法以及標(biāo)準(zhǔn)件庫的操作與管理。

項(xiàng)目4：機(jī)電產(chǎn)品二維工程圖創(chuàng)建

主要任務(wù)點(diǎn)：零件二維工程圖設(shè)計(jì)和部件二維裝配圖設(shè)計(jì)。主要能力目標(biāo)：能利用Inventor軟件創(chuàng)建符合標(biāo)準(zhǔn)的零件二維工程圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化圖紙環(huán)境的定制、創(chuàng)建符合標(biāo)準(zhǔn)的部件裝配二維工程圖紙及明細(xì)表。相關(guān)知識點(diǎn)：零件工程視圖、工程尺寸、部件工程視圖、部件標(biāo)注的創(chuàng)建以及圖紙初始環(huán)境的定制方法與操作過程。

項(xiàng)目5：工程導(dǎo)向設(shè)計(jì)

主要任務(wù)點(diǎn)：減速器零件設(shè)計(jì)、減速器傳動(dòng)類零件工程導(dǎo)向設(shè)計(jì)、減速器部件裝配工程導(dǎo)向設(shè)計(jì)。主要能力目標(biāo)：能綜合運(yùn)用項(xiàng)目1、2所學(xué)知識技能進(jìn)行減速器上蓋、下蓋零件模型的設(shè)計(jì)；減速器傳動(dòng)齒輪、軸、軸承、鍵、聯(lián)接螺栓的工程導(dǎo)向設(shè)計(jì)以及減速器的數(shù)字化裝配。相關(guān)知識點(diǎn)：草圖、拉伸、打孔、旋轉(zhuǎn)、參數(shù)、陣列、鏡像、投影、掃掠等特征建模使用方法和創(chuàng)建三維特征模型的過程；裝配約束命令以及設(shè)計(jì)加速器創(chuàng)建命令。

項(xiàng)目6：機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化仿真分析

主要任務(wù)點(diǎn)：曲柄傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)仿真、機(jī)電產(chǎn)品有限元分析。主要能力目標(biāo)：能對零部件結(jié)構(gòu)作簡單的適用性分析，能夠?qū)α慵M(jìn)行靜應(yīng)力分析。相關(guān)知識點(diǎn)：約束和載荷設(shè)置、接觸設(shè)置和網(wǎng)格分析設(shè)置、連接方式的選擇、運(yùn)動(dòng)分析方法與報(bào)告創(chuàng)建。

4 "課程思政融入

在緒論部分介紹三維軟件的發(fā)展歷史以及制圖軟件的工作性能，積極引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀。在教學(xué)實(shí)施過程中以小組為單位，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、互利互助的精神。同時(shí)，始終堅(jiān)持以德立身、以德立學(xué)、以德施教，注重加強(qiáng)對學(xué)生的世界觀、人生觀和價(jià)值觀的教育。結(jié)合武漢疫情防控期間雷神山、火神山醫(yī)院建設(shè)，講解機(jī)電產(chǎn)品從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工的過程，體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)者、建設(shè)者的價(jià)值。

每個(gè)項(xiàng)目在實(shí)操過程中融入組合創(chuàng)新、聯(lián)想創(chuàng)新和逆向創(chuàng)新等多種創(chuàng)新思維模式與創(chuàng)新技法，打破傳統(tǒng)思維模式，從新的視角思考問題，用創(chuàng)新思維方法觀察問題，用創(chuàng)新技法解決問題，幫助學(xué)生樹立創(chuàng)新意識，提高分析、解決現(xiàn)場問題的能力。鼓勵(lì)學(xué)生參加三維設(shè)計(jì)大賽，利用Inventor數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)工具、創(chuàng)新知識及技巧進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新改進(jìn)與發(fā)明設(shè)計(jì)，為后續(xù)頂崗實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)打下良好基礎(chǔ)，也為今后勝任機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、改造和技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)等崗位準(zhǔn)備相關(guān)的知識與技能。

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