對《機械設計課程設計》的一次數字化教改實踐與分析

張敏　唐利芹　鹿新建　黃輝祥

摘 要：在《機械設計課程設計》中引入綜合性、系統性的數字化設計理念并進行了教改實踐，請校內專家與企業專家參與了設計成果答辯，獲得了校內外專家的好評，該教改對學生的設計能力、團隊協作、工程思想與解決問題的能力提升很大，課程的教學效果得到提升。

關鍵詞：數字化；機械設計基礎課程設計；教改

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.211

0 前言

《機械設計課程設計》是在《機械設計》課程以后的一個實踐性教學環節，其目的是對學生所學的理論課進行一次綜合的全面的工程訓練，是全面掌握機械設計能力的重要步驟。課程設計的目標包括提升學生應用知識、選擇方案、解決問題與進程規劃等方面的能力。

作者所在學校的《機械設計課程設計》具有詳細的流程與要求：通過2周的時間，完成二級減速器紙質版設計說明書的撰寫與包括齒輪、低速軸和總裝配圖共3張零件圖的繪制，最終完成設計成果答辯。盡管很多學校針對本課程有過不少數字化，尤其是圖紙數字化方面的教改嘗試，但綜合性、系統性的數字化嘗試，引入團隊協作、有限元、工藝分析、成本分析、校內外專家共同答辯，可以預見對本課程的提升更大，因此，在本課程中進行了一次綜合性、系統性的數字化嘗試。

1 《機械設計課程設計》的數字化教改內容與實踐

首先，向開始課程設計的學生介紹了數字化教改嘗試的內容，并提出了完成設計的目標與要求，目標與要求包括數字版設計說明書、三維圖紙、三維圖紙轉化修改而成的二維圖紙、有限元受力分析、各個零件與裝配的工藝與成本分析、校內外專家答辯與針對答辯進行修改方面的內容。4位同學組成了設計小組，協作完成本課程設計。

學生在課程設計的進行中，逐漸熟悉了三維軟件的應用之后，很開心，加班加點，既加深了軟件的應用，又更進一步理解課程設計的意義，對二級減速器的尺寸設計理解更到位。當尺寸不對，裝配后軟件系統會進行干涉檢查并提醒。學生還不斷互相交流溝通，分配各自的工作并互相銜接與寫作。因為這4位同學的三維繪制，同班同學會相互觀看，他們用三維軟件制作出來的圖紙供其他同學參考，使其他同學更加理解二級減速器的結構，又加繪了局部放大圖。此外，還請校內教師進行有限元力建模與分析指導，學生領悟很多。

2 設計成果的校內外專家答辯意見

設計成果答辯中，校內外專家都積極評價了這種創新性的數字化教改實踐，認為這種綜合性、系統性的數字化設計的理念有利于提升學生的設計能力、團隊協作、工程思想與解決問題的能力。針對設計說明書與圖紙，校內外專家的提問與意見內容有明顯特性與區別：

（1）校內專家關注點主要集中在流程與方法的合理性與正確性方面，具體包括：團隊協作中，4位同學如何進行的協作與任務分配；在二級減速器設計階段的兩級傳動比的分配，各個參數的選取與計算；在有限元分析方面，怎么施加的載荷與約束，方法是否合理；在三維模型方面，模型的可動性以及是否互相干涉；在圖紙方面是否符合制圖規范。（2）校外專家的關注點不同于校內專家對整個過程的把握，更為具體與細致：設計的合理性方面，如筋太弱、箱體厚度8mm最好改為15-20mm、軸承壓蓋與箱體之間加啟蓋螺釘、檔油環上要加甩油用齒、軸肩偏小、齒輪做成減重結構、定位銷偏長、軸入軸齒輪可以做成齒輪軸、齒輪到箱體臂距離太小、啟蓋螺釘上小孔多余等；工藝方面，如鑄造工藝結構的鑄造圓角和撥模斜度、軸承壓蓋處增加一個注油孔、軸承壓蓋上的螺栓應該是全螺紋螺栓、軸端加頂尖孔、安裝孔處加锪平孔；圖紙規范性方面如箱體箱蓋上都沒圓角、裝配基準不對、材料牌號沒有、定位銷一定要有公差、油尺剖切位置不對、零件圖中尺寸要圓整等。

企業專家關注的問題都是具體的，設計、結構、工藝或圖紙方面的問題，通過改進這些問題，能讓這個二級減速器更容易生產、裝配與使用，如軸承壓蓋處增加一個注油孔在現用的課程指導書中是沒有的；但企業專家意見和現有課程指導書有部分矛盾，如箱體厚度和鍵長都是根據指導書經驗公式算出的，這表明了現有經驗公式與企業習慣的區別。

3 關于本次數字化教改實踐與分析

在整個設計與答辯過程中，學生、上課教師與答辯專家均對本次數字化教改實踐滿意，這種綜合性、系統性的，引入三維圖紙、有限元分析與專家答辯的課程設計有助于提升學生應用知識、選擇方案、解決問題與進程規劃等方面的能力，具體包括：

（1）學生能充分意識到進行數字化課程設計的優勢并積極參與到整個過程：參與到教材的4位同學能認識到自己在整個過程中可以獲得較大的能力提升，進而積極參與到整個過程中去，最終克服設計計算、軟件操作、成本分析等方面的困難，完成設計。（2）能充分調動學生的各種綜合知識，有利于培養學生的實踐與工程思維：不同于傳統純手工畫圖停留在二維階段，對各個結構都是修改參數、照搬照抄，4位同學在設計與建模中對結構、運動、功能等必須進行更深入的理解與分析，運用工藝、材料等知識進行理解和設計。（3）充分鍛煉學生的團隊寫作能力：由于零件多，工作量大，4位同學需要分別完成個零件的建模并最終完成裝配，滿足尺寸配合要求，此外，前期的設計部分與后續的有限元分析也鍛煉了協作與溝通能力。

4 結束語

《機械設計課程設計》中進行了綜合性、系統性的教改實踐，更好的完成了課程對培養學生應用知識、選擇方案、解決問題與進程規劃能力的要求，獲得了校內外專家與參與學生的好評，在后續教學中可以獲得進一步采用。

參考文獻：

[1]王建，李鋼.基于OBE的機械設計類課程設計“1234”模式探索[J].教育教學論壇，2019（09）：200-202.

[2]沈秋紅，陳青.我國地方工科高校《機械設計課程設計》實踐教學研究[J].中國農機化學報，2019，40（01）：215-218+230.

[3]姜魏梁，石怡.理實結合的機械設計課程設計教學改革與研究[J].課程教育研究，2019（02）：56-57.

基金項目：本文系南京工程學院高層次引進人才科研啟動基金（YKJ201701）、南京工程學院校級教改項目（JG201711）與江蘇省青藍工程優秀教學團隊資助的研究成果。

作者簡介：張敏（1983-），男，河南商丘人，博士，講師，研究方向：先進制造技術、特種加工、電火花加工、電弧加工。