构建面向现代工程的机械设计方向课程新体系

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1、体系作者：杨放琼，夏建芳，许良琼 来源：大学教育 2017年第2期摘要随着信息科技、网络化、智能化技术的发展，以信息技术为标志的高新技术在机械 制造领域的交叉融合，使得机械工程学科本身的内涵、外延发生了质的变化。应该以数字化设 计为主线，以工程培养为核心，优化重组课程内容，从系统的角度对机械设计课程体系进行整 体构建，培养具有国际化、社会化、高素质的创新型机械类人才，以满足机械类专业创新型人 才培养的需要。关键词现代工程；机械设计；课程体系中图分类号G642.0文献标识码A文章编号2095-3437 (2017) 02-0052-03一、研究现状分析随着信息科技、网络化、智能化技术的发展，以信

2、息技术为标志的高新技术在机械制造领 域的交叉融合，使得机械工程学科本身的内涵、外延发生了质的变化。以CAX技术为代表的制 造业信息化技术的出现，不但促进了生产力水平的提高，也带来了设计方式的变革。与之相关 的机械产品设计方法经历了从手工绘图一2DCAD/3DCAD数字原型的过程。手工绘图、 2DCAD/3DCAD着重于零件的设计和制造，而数字原型着重于产品的形成过程。而基于虚拟现实 技术产品全生命周期的设计方法是其进一步发展的方向，体现了现代工业产品从构思研发到运 行改良乃至终结废弃的生命全过程。1目前，机械行业对综合型人才的需求越来越高，其要求 毕业生不仅要具备机械设计制造及其自动化方面的基

3、础理论知识和应用能力，还要具备从事机 械制造领域内的科技开发、设计制造、应用研究、运行管理和经营销售的能力。从培养人才的 角度考虑，如何通过大学教育培养面向现代机械工程的高素质复合型人才，这是摆在机械专业 教育者面前迫切需要解决的问题。2由于历史原因，我国的教育体制借鉴的是前苏联的教育模式，学科分散且相对独立。如机 械工程学科就多达十余个，这种教育模式下培养的学生专业面窄，所学课程内容陈旧，缺乏学 科之间的交叉渗透，已难以满足当今社会发展对机械类人才的要求。1998年，教育部对专业进 行了优化整合，开始了从专才教育向通才教育转变的教育理念。2012年公布的新的专业目录增 加了覆盖面，拓宽了专业

4、范围，开始从传统机械逐步向以机电、自动控制、智能化结合的现代 机械转变。但随着智能化、网络化和现代设计制造技术的发展，其仍存在如下问题：课程设置 单一、知识面和专业面窄、课程教学内容及方法与社会经济需求相脱节，这些都不利于我国人 才的培养及国际化。国外大学如美国麻省理工学院、康奈尔大学、德克萨斯州大学、明尼苏达大学等机械类课 程设置普遍涵盖内容广，这种宽泛的课程设置，学科大类的构建，为学科的融合和技术的进步 创造了很好的条件。澳大利亚悉尼大学、新南威尔士大学、莫纳什大学等，强调学科之间的交 叉融合，如将机械专业与流动专业和传热专业融合，机械专业与信息专业的融合等，这种人才 培养适应了本国社会和

5、经济的发展要求。增加专业适用面，以便更好地满足社会对人才的需求这一观点逐步被一些教育家和高校重视。国内像清华大学、浙江大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学等我国高校都 结合自己的教学资源和人才培养特色，从管理理念、课程体系、课程内容等方面进行了改革， 同时强调素质教育和学生团队精神的培养。我校自 2012 新增机械设计这一专业方向以来，项目负责人及课程组成员在机械设计专业方 向课程结构体系和内容的构建中，以强化不同课程间的互补和整合为原则，初步建立了机械设 计方向课程体系。在 2016版培养方案的制订中，针对课程之间部分内容重叠等问题，我们进行 了大量的调研，重新对方案进行了优化调整

6、，加强了各课程之间的有机联系，避免空白和重复， 使课程体系进一步完善。基于对目前国内外现状的分析及专家观点，我们提出了以数字化设计为主线，以培养机械 类专业创新型人才为目标的机械设计专业方向人才培养模式，真正培养面向现代工程的具有国 际视野的高素质创新型人才。二、机械设计方向课程体系的构建我院自2010年开始机械设计专业方向课程建设，2012 年正式纳入机械设计制造及自动化 培养方案，并进行了相关配套课程的建设。2016 年培养方案在此基础上进行了调整，并以期在 今后的教学过程中不断探索总结与完善。方案以数字化设计为主线，将机械设计专业方向系列 课程重新整合，使其有机衔接与整体优化，并根据它们

7、之间的相互关系，对其教学内容、体系 和方法手段进行综合性、系统性的改革，初步达到了预期的效果。在机械设计专业方向课程结 构体系和内容的构建中，项目团队成员本着加强教学内容的有机联系，强化不同课程间的互补 和整合为原则，以培养学生运用现代设计技术手段在传统设计方法的基础上进行机械设备数字 化设计、分析的能力，让学生具备机械制造、控制的基本能力为目标，对整个课程体系进行整 體优化与有机衔接，精选教学内容，体现专业特色，真正体现课程体系的时代性、前瞻性，初 步构建了从大一到大四的以数字化设计为主线的机械设计课程新体系。2012 年以来，随着机械 设计专业方向的建设，我系新增了两个校外实习基地：东莞市

8、亿鑫丰精密机械设备科技有限公 司、东莞市力顺源机械有限公司，依托实习基地平台，促进了校企合作与交流，具体内容如下。（一）以数字化设计为主线，整合优化课程内容通过对机械设计方向一到四年级主干课程工程图学、机械产品测绘与三维设计、工程图学 综合设计与创新实践、机械产品数字化设计、机械产品创新设计与开发、面向制造和装配的产 品设计、现代设计方法、产品数据管理 PDM 等课程内容进行优化重组，结合数字化设计软件工 具 PRO/E、Solidworks、Matlab、Ansys 等相关热门应用软件知识，做到理论与实践相结合，既 有基础理论的介绍，又有经典案例的讲解，最后通过软件应用融会贯通，培养学生面向

9、现代工 程的综合设计能力。以数字化设计为主线，体现为：2DCAD计算机绘图设计（一年级）一3D零 部件数字化建模与虚拟装配（二年级）一3D数字化参数设计、机构运动仿真（三年级）一面向 制造装配数字化设计、PDM技术并应用于产品管理，协同管理产品设计、制造、销售过程产品 生命周期管理工业 4.0 理念（四年级），与之平行的是现代设计理论与方法的课程，体现为： 设计导论一2D-3D设计一创新设计一优化设计一相似设计一可靠性设计一反求设计一有限单元 法等现代设计方法贯穿其中。其中，机械产品创新设计与开发课程内容包括：创新思维基础知识、创新原理、创新技法、 机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、

10、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创 新设计、创造力开发和创新案例分析。机电产品数字化设计采用典型的计算机三维造型软件进 行复杂零件的参数化三维造型设计、产品的虚拟装配、机构的运动仿真；让学生掌握机电产品 数字化分析技术，掌握用计算机数值分析软件进行机电产品的运动分析技术，从而能对机电产 品进行优化。现代设计方法重点介绍现代设计理论与方法中的实用理论与方法，包括：设计方 法学、人机工程学、相似设计、可靠性设计、设计分析语言MATLAB、机械优化设计方法、优化 设计工程实例及程序设计。有限单元法及应用重点介绍有限单元法及其 ANSYS 商业软件的应用。 产品数据管理（PDM）技术主要介绍PDM

11、技术的基本概念和发展、CIMS环境下PDM的定义；PDM 的管理功能，包括PDM的文档管理功能、产品配置管理功能、工作流程管理功能、分类和编码 功能及项目管理功能；介绍PDM系统的企业信息集成以及企业对PDM需求的分析、设计、实施 和开发的具体步骤和方法。各课程之间层层相扣、相辅相成。图一为大一到大四机械设计方向 课程设置。1r w.- - A-aitte K-s.:nj?i +ta.堪亡庐詐ujli計也忌戒*户品si艸寺找.叩.上辄弓卢丄上；jh章啊弊哺宙L肉愦孙f.古向渥裂i5L.亘（二）改革教学方式，进行开放式课堂教学探索针对学生工程应用能力及创新能力较弱、教学内容与现实需求脱节、工程实

12、践环节薄弱等 问题，我们进行了开放式课堂教学探索，发挥学生的主观能动性，以及主动、批判、质疑的精 神，强调理论知识与实践训练的紧密结合。1. 以学生为中心在工程图学的课程改革中，我系教学团队率先进行了开放式精品示范课堂的教学。在2016 版培养方案的制定中，学校要求所有课程全部开放，并落实到教学大纲的每一个环节，强调学 习过程，弱化考试结果，以“学生为主”贯穿整个教学过程。具体教学方式可以多种多样，如 可以采取课堂讨论、课堂讲解、习题讲解、思维拓展等方式。2. 采取项目分组形式教学，强调团队合作突破传统的教学方式，采取2人一组，团队合作的形式，分工协作，鼓励学生自由组合进 行创意设计，给出开放

13、性的设计主题，由学生自主进行产品开发前期的调研，项目的组织管理 以及具体的设计、建模、虚拟设计与装配工作。3. 考核形式多样化教师可在课程内容的各个阶段，进行与课程进度相适应的方法多样的考核方式，如平时作 业、讨论、写小论文、小测验、上机操作等。对在结构表达小设计中具有独到见解或创新性的 合理答案，亦可在总评中适当加分。可以在部分课程如工程图学、机械产品测绘与三维设计、面向制造和装配的产品设计课程 中进行开放式课堂教学，要求学生充分利用所学软件进行零部件的测绘与二维草图的绘制，并 利用PRO/E、Solidworks等软件进行三维建模与虚拟装配，运动仿真，将数字化设计、智能设 计融入其中，以符

14、合现代工程设计的需要，待取得经验后在其他主干课程中推广。三）强化课程设计环节，培养学生的综合创新能力和团队精神在工程图学、机械产品测绘与三维设计等课程结束后，进行工程图学综合设计与创新实践 的课程设计。这分为两个部分：测绘部分与创新设计部分，采取项目组的方式，学生自由分组， 团队合作完成项目。第一部分：每个组员分别完成一级直齿圆柱齿轮减速器中不同零件草图的 绘制工作，并通过Solidworks或其他三维设计软件的学习，进行所测绘零件的计算机三维几何 造型和装配图工程图绘制。利用三维设计技术，以较快的速度创建零件三维模型，然后进行虚 拟装配，并输出二维工程图。第二部分：采取项目组的方式，学生自由

15、分组并在指导教师指定 的范围内自选题目进行创意制图设计。要求学生设计出主要结构并绘制工程图，最后以组为单 位完成设计报告，并制作PPT进行公开答辩。（四）强化实践教学，搭建校企联合教学平台在实践性教学的改革中，应将工程图学、机械产品测绘与三维设计、机械原理、机械设计、 机电产品数字化设计、现代设计方法等课程的实验教学环节融为一体，体现以机械数字化设计 为主线这一指导思想。应遵循学生认知规律，对于一、二年级基础课，以基础型实验为主；专 业课，则应以培养能综合运用知识能力为目标，多进行一些开放型、综合型的实验。我们依托学院特有的湖南省普通高等学校优秀实习教学基地：工业制造技术训练中心和湖 南山河智

16、能机械股份有限公司，知名工程机械生产企业“三一重工”，建立校内外拓展性人才 创新实践基地，为学生提供必要的软硬件环境，使学生的创新设计从思路、方案走向实际、产 品。可以将复杂机电产品设计专题、现代机电产品设计研发流程与案例分析两门课程与企业的 研发相结合，并由现场的生产管理人员向学生讲解。这能缩短课堂与生产一线的距离，增强他 们的感性认识，引导学生走出课堂，走向社会，不断积累。三、教学改革具体实施与初步效果圖2为机械产品测绘与设计学生作品。新课程体系相关课程的实施，极大地提高了学生的 创新设计能力、综合运用能力、团队协作能力，受益学生人数每学年达1000人左右，课程取得 了较好的效果，体现了我

17、院在创新人才培养道路上“敢为人先”的精神。四、结论在当今制造业信息化、中国参与国际竞争和经济全球化进程不断加快的环境下，产品设计 数字化、智能化等先进设计制造技术为机械设计方向课程的构建和发展提供了新的契机。本项 目的建立符合当今社会对机械类创新人才的需求，可操作性强。新的课程体系具有以下特色。1. 以数字化设计为主线，优化重组课程内容，从系统角度对机械设计课程体系进行整体构 建，真正体现课程体系的时代性、前瞻性。2. 以工程培养为核心，培养具有国际化、社会化、高素质的创新型机械类人才。每年的受 益学生达到1000人，公共课受益学生达3000人左右。3. 满足机械类专业创新型人才培养的需要，培养学生的四种能力，即创造性的思维能力， 表达设计思维的能力，严谨细致的工程设计开发能力，团队协作能力。参考文献1于涛，王素玉，杨俊茹机械类专业特色课程体系改革研究J.黑龙江教育，2011 (11)：6-7.2吴伟中，党培基于专业特色的机械设计制造及其自动化专业课程体系构建J.中国电 力教育，2012 (1)： 43-46.3吴何畏机械设计制造及自动化专业课程体系的改革与实践J.机械管理开发，2008 (23)： 160-161.责任编辑：陈明