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数字化设计与制造环境下课程体系设置与应用型人才培养的探索实践

作者2021-09-24 16:23未知

  摘要将数字化产品开发技术涉及的各项单元技术,与机械设计制造及其自动化专业培养计划中的相关课程进行有机的结合,并以新产品的数字化开发为主线,强化综合性实训环节,建立适宜于在数字化设计与制造环境下新的培养模式。

  制造业是一个的支柱产业,制造业的发展水平直接反映出经济和科技的发展水平。以信息技术为主导的现代科学技术的迅速发展,推动了制造业和数字化产品开发技术的快速发展,使传统的制造业面临巨大挑战。

  传统的产品开发过程采取串行设计模式,从产品设计、样机试制到经过改进再投产,导致新产品开发的周期较长,缺乏市场竞争力。而现代制造业则借助数字化产品开发技术实现了从设计、制造全过程的并行设计模式,尽可能采用数字化三维数据模型取代原来的物理原型,从而缩短新产品开发周期,加快上市速度。

  目前许多高校机械工程学科在数字化产品开发系列技术方面存在较多问题,主要表现在:原有的传统教学模式是以常规机械设计制造流程为主线,课程体系的设置重理论轻实践,各单元技术之间存在很大的脱节与重复现象,没有形成完整的课程体系。

  数字化设计与制造环境下的现代制造业,正逐步普及以三维cad技术为核心的数字化产品开发模式,这便要求机械类专业的人才培养目标、课程体系设置与之相适应。在充分调研的基础上,提出将原有课程体系调整为:“以综合素质培养为核心、创新教育为主线、以数字化产品开发技术为手段、拓宽基础、加强工程实践能力培养”。

  数字化产品开发技术集成了现代设计制造过程中的相关先进技术,可分为:数字化设计、数字化制造、数字化管理等三大模块,各模块涉及的单元技术如图1所示。

  上述各项单元技术贯穿于产品设计、分析、制造、使用等全过程,是一项多学科的综合技术。以三维cad/cae/cam为核心的数字化产品开发技术已成为新产品开发不可缺少的现代技术手段。

  机械设计制造及其自动化专业属于工程应用型专业,人才类型分成应用研究型和技术应用型。技术应用型人才主要是应用知识而非科学发现,其知识结构应围绕现代制造业的实际需要进行设置,拓展基础、注重实践。在对重庆市众多制造类企业(国营、民营;大、中、小型)进行广泛调研的基础上(涉及汽车整车制造厂、汽车零部件、摩托车制造企业、装备制造业),并参照全国其他高等院校本专业的培养计划,结合我校的实际情况,本专业方向人才培养目标为高素质应用型高级专门人才。

  机械设计制造及其自动化专业课程体系的设置,应该建立在“机械设计技术基础”、“机械制造技术基础”以及“机电系统集成技术”三大平台之上,并以数字化设计制造技术为特色、注重培养学生技术应用能力,强化综合实践与工程训练。机械设计制造及其自动化课程体系框图如图2所示。

  整个课程体系由理论教学、实践环节以及课外社会活动实践等三大部分构成,其中理论教学按课程的性质可分为:公共基础课、学科基础课、专业主干课以及专业方向选修课等四大类(图2中只列出少部分课程)。

  从课程体系中可以看出,综合实践性环节在整个课程体系中占有十分重要的地位,图3为实践性环节所涉及的主要内容,从中可以看出,数字化设计与制造技术在整个实践环节中占有突出显要的位置,并且四年不间断。

  在大一年级开设的“工程图学课程实践”、“计算机辅助绘图(二维)”实训中,要求学生用autocad软件完成减速器的测绘,使学生得到最基本的数字化设计基本训练;在“金工实习”环节,除进行车、铣、磨、钳工以及铸造、焊接等常规的方式外,重点强调数控机床、中心、线切割机床等设备所采用的数字化制造方式给传统制造业所带来的巨大变革。

  在大二年级开设的“三维cad应用实训”综合实践是数字化设计与制造技术最核心、最基础的组成部分,通过高端三维cad\cae\cam一体化软件——ug nx5的学习,学生应掌握实体建模、曲面设计、钣金设计、装配、工程图等模块,为后续环节打下坚实基础;在“机械设计基础”课程设计环节中,除完成以齿轮减速器为主体的一般机械传动装置的设计过程外,同时要求学生必须完成该减速器的三维建模、虚拟装配及简单的机构运动分析;在“电子工艺实习”中,除完成收音机的装配调试以外,同时要求学生用“protel电路图绘制软件”完成收音机的整张电路图。

  在大三年级开设的“机械制造技术基础课程设计”中,除常规内容以外,同时要求学生采用capp软件完成该零件的计算机辅助工艺规程编制,并且用三维cad软件采取自顶向下的装配建模方法完成整套夹具的三维设计;在“计算机辅助制造实训”综合实践环节中,要求学生掌握数控自动编程的原理、方法,并熟练运用ug nx5软件中的cam模块,完成一个中等复杂程度带异形曲面零件的数控铣削自动编程,并实际操作。在“计算机辅助工程分析”综合实训环节中,要求学生掌握有限元分析的基本原理、方法,并基本掌握利用adams软件对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。

  在大四年级开设的“逆向工程综合实训”,与其它实践环节相比较,所涉及的范围及综合性则显得更加突出,从概念设计到效果图、油泥造型到三坐标扫描、点云数据处理到曲面设计及实体建模、快速原型制造,通过该实训环节,强化学生在数字化设计与制造环境下进行新产品快速开发的实施流程。在“产品数据管理综合实训”实践环节中,要求学生掌握数字化管理技术所涉及的领域,并熟练使用国产caxa v5 pdm软件的使用方法。在整个课程体系中,依据不同的专业方向特点设置了相应的“专业实训环节”。诸如在模具设计与制造方向,其专业实训环节则是“注塑模具cad/cae/cam”综合实训,主要学习ug nx5软件中的moldwizard注塑模具设计模块以及的moldflow流动分析模块的使用;在毕业设计环节,若毕业设计题目为工程设计类型,则要求学生必须完成一定工作量的三维设计。

  近三年来,机械工程学院在重视理论教学的同时强化实践环节对学生能力的培养,学生的综合素质得到显著提高。并积极组织学生参加全国及重庆市的各种学科竞赛,如:在第二届全国机械创新设计大赛中获得三等奖一项、第三届全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛荣获四个单项二等奖、第一届全国大学生工程训练综合能力竞赛重庆赛区三等奖二项、2009年度全国三维数字化创新设计大赛(简称3d大赛)重庆赛区二等奖两项等较好成绩。与此同时,学院作为制造业信息化三维cad教育培训基地,近三年培训学生达五百人。

  [1]曹建树.应用型本科“cad/cam”课程的教学改革与实践.实验室研究与探索,2010.5.

  [2]刘炎,罗学科.机械设计制造及其自动化专业本科教育多层次人才培养模式探索[j].煤炭高等教育,2008.1.

  [3]熊志卿.机械制造专业应用型人才培养方案的改革与实践.南京工程学院学报(社会科学版),2007.9.

  [4]王全先,张玉华.机械类专业人才三维数字化设计能力培养的研究.安徽工业大学学报(社会科学版),2007.5.

  [5]刘迎春,宁立伟,邓奕等.应用型本科机械设计制造及其自动化专业人才培养课程体系的研究[j].湖南工程学院学报,2004.3.

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