基于PRO/E的計算機輔助設計與制造課程項目化教學研究

戴星　鄧先智　湯世友

摘要本文結合Pro/Engineer軟件在當前企事業單位的應用案例，把如何實現計算機輔助設計與制造課程的項目化教學為重點，在教學內容、教學方法方面進行教學改革研究。以平板天線的伺服轉臺設計為教學內容，說明如何使用項目化教學法，使每個小組切實掌握“項目分析-設計-優化設計”整個流程，達到教學目的。

關鍵詞Pro/Engineer計算機輔助設計與制造項目化教學方法伺服轉臺設計

0引言

計算機輔助設計是指技術人員以計算機為輔助工具來完成產品設計過程中的各項工作，如零件設計、裝配設計、工程分析等，并達到提高產品設計質量、縮短產品開發周期、降低產品成本的目的。計算機輔助制造指借助計算機來完成從生產準備到產品制造出來過程中的各項活動，包括工藝過程設計、工裝設計、計算機輔助數控加工編程、生產作業計劃、制造過程控制、質量檢測與分析等。

對計算機輔助設計與制造課程的教學采用項目化教學法能夠突出表現學生的實際操作能力。以學生為主體，通過工作任務引導學生積極主動地參與教學活動，充分調動學生的學習主動性、探究性、參與性與創造性，將學生置于動態、開放和多元的學習環境中，培養學生的開放性思維、創新精神及團隊合作精神。

1項目化教學方法①②

項目化教學法需要與實際生產緊密相連，能夠培養學生的多種能力，充分發揮教師的創造性。項目化教學法的教學過程設計流程如圖１所示，該方法充分表現出學生在整個教學過程中占主導地位，教師只是在側面進行引導。變“結果導向”為“途徑導向”，教師不是把現成技能直接傳遞給學生，或是讓學生按照老師的安排和講授去得到一個結果，而是在教師指導下，讓學生自己去探索得到這個結果的途徑，最終得到這個結果。從而使學生在教學實施過程中理解和把握課程要求的知識，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的思想和方法。

2課程內容設計

以下為本文以Pro/Engineer為設計軟件，以平板天線的伺服轉臺為設計目標，說明項目化教學的實施過程。

2.1工作任務下達③

任務內容：某平板天線是用于作戰時點對點間加密通訊，為了提高對點精度及對點速度，要求天線伺服轉臺具有快速全方位調整功能。注意事項：伺服轉臺工作在架高設備頂部，需承受由風產生的較大傾覆力矩，所以在設計時需使伺服轉臺以有限的體積和重量滿足高空作業的使用要求，又具有足夠的剛度和強度性能，以保證系統良好的安全性能。

工作任務提煉：設計一個重量輕、強度高，能帶動平板天線實現方位、俯仰、側傾方位轉動的伺服轉臺，如圖2所示。

2.2確定技術方案④

要完成本設計內容，需要用機械設計基礎方面的知識，同時學生還需查閱大量的技術文獻以完成設計。通過技術文獻查閱，發現傳統天線伺服機構以采用俯仰-側傾型結構為主，即X-Y型，如圖4所示。通過分析不難發現，如在X-Y型伺服轉臺的結構形式，增加方位的執行機構及其驅動和自鎖機構，能夠滿足天線在方位、俯仰及側傾的動作。但是這樣設計出來的伺服系統超過了架高設備的承載能力，不能滿足伺服轉臺重量輕的要求。

提示思考：參考萬向聯軸器的運動模式和結構形式，改變X軸（側傾運動）、Y軸（俯仰運動）的空間關系，使兩旋轉軸在同一平面內，應能達到設計要求。立軸既要承受俯仰－側傾部分及其負載的質量，也要承受由風產生的較大的顛覆力矩。所以方位執行機構采用立軸式結構形式。

確定技術方案階段，難度加大，教師應引導學生查閱文獻及輔助學生回顧相關學科知識。各項目組獨立確定任務實施方案并最終得到教師認可。

2.3確定工作計劃

根據擬制的設計方案，學生以小組為單位制訂三維建模、運動仿真、有限元分析等內容的實施計劃。

2.4工作任務實施

（1）3D樣機設計。根據制訂的實施方案及實施計劃，開展對工作任務的實施過程。項目組成員要運用Pro/Engineer軟件的零件造型模塊、組建模塊對所有零部件進行3D設計、裝配樣機。（2）有限元分析及優化設計。運用運動仿真模塊，裝配干涉功能及有限元分析技術檢查所設計機構在功能上能否滿足要求，在強度上能否滿足要求以及可否做進一步優化改進。

2.5項目的檢驗與驗收

通過工作任務的完成，讓學生體會工作過程的成就感并肩負責任感，要嚴格檢查控制，把好質量關，體會產品質量的重要性。根據工作任務進行檢查，主要包含有：（1）轉臺的總重量；（2）轉臺能否實現3個方向的轉動；（3）有限元分析是否正確，強度能否滿足要求。

2.6課堂小結與反饋

學生工作任務完成后，必須進行交流、展示與討論，對學生的學習情況作評價。本階段是學生對知識掌握和能力提高的重要階段，同時也能極大地培養學生的成就感。展示評價包括：（1）自評、互評。教師給學生一定時間，讓學生互相交流學習、取長補短，并推薦優秀作品。（2）作品展示。由學生推薦，教師根據實際情況選出幾個有代表性作品，由學生進行作品展示。（3）教師總結。指出作品值得大家學習和借鑒的地方，同時指出學生在項目實施過程中出現的問題，總結成功的經驗和失敗的教訓。教師在點評中要總結比較各組特點，引導學生學習別人的長處，鼓勵學生采用多種方法完成項目任務。

3結束語

通過項目化教學法，能真正地實現在教學過程中理論與實踐的一體化，提高教學效果和教學質量，增強學生的學習興趣與教學課堂的氛圍，能達到預期的教學目的。同時，在教學內容上引入企業典型事例為我們的學生走上工作崗位更快進入工作角色搭建了橋梁。