數(shù)字化設(shè)計背景下“制造工藝課程設(shè)計”的教學(xué)改革與創(chuàng)新

范素香

摘要：探討了華北水利水電大學(xué)與英國提賽德大學(xué)合作辦學(xué)的“制造工藝課程設(shè)計”在實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的問題，針對存在的問題，提出了改革的措施。經(jīng)過兩屆學(xué)生三個班的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的主動性得到了更好發(fā)揮，數(shù)字化設(shè)計水平得到了提高，達(dá)到了教學(xué)改革的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計;課程設(shè)計;制造工藝;教學(xué)改革

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.057

1 引言

華北水利水電大學(xué)從2013年起，與英國提賽德大學(xué)開展合作辦學(xué)，機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)開設(shè)三個班，目的是培養(yǎng)具有國際視野，掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計和制造的基本理論和方法，從事新型、機(jī)電液一體化產(chǎn)品的開發(fā)、試驗(yàn)、研究的國際化復(fù)合型高等工程技術(shù)人才。課程設(shè)置是公共基礎(chǔ)課程和具有系統(tǒng)特色的專業(yè)課程，執(zhí)行中方教學(xué)大綱，由中方人員授課，制造工藝等10門課程由英方提供全部教學(xué)資源，主要包括教學(xué)人員、教材、教學(xué)大綱等，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求以英方的教學(xué)大綱為主。

2 存在的問題

2.1 課程理論基礎(chǔ)與課程設(shè)計的銜接問題

制造工藝課程設(shè)計是機(jī)械工程及自動化專業(yè)合作辦學(xué)（以下簡稱合作辦學(xué)專業(yè)）的學(xué)生在修完制造工藝，并且進(jìn)行過金工實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后進(jìn)行的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生了解機(jī)械加工工藝規(guī)程和工序，能設(shè)計出某一工序的專用夾具，為日后走向工作崗位打下基礎(chǔ)。根據(jù)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，制造工藝課程內(nèi)容主要是金屬材料的制造工藝，內(nèi)容分為傳統(tǒng)的材料成型方法，如制造、鍛造、焊接、軋制和先進(jìn)的制造方法，如粉末冶金、特種制造技術(shù)、3D打印技術(shù)等兩大部分，對國內(nèi)的零件加工工藝規(guī)程和夾具的設(shè)計并不涉及。這就造成制造工藝的課程理論基礎(chǔ)與課程設(shè)計兩者之間的銜接問題。

2.2 學(xué)生課程設(shè)計缺乏主觀能動性

學(xué)生課程設(shè)計只是機(jī)械式模仿，缺乏主觀能動性，被動設(shè)計，不愿意動腦筋思考，更談不上創(chuàng)新性思維，學(xué)生抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，為了防止抄襲，要求學(xué)生圖紙采用手繪說明書，手寫占用大量時間，效率低，修改困難，與企業(yè)和社會現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，不使用以計算機(jī)為主的現(xiàn)代設(shè)計方法，不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

2.3 采用一刀切的設(shè)計方法不利于學(xué)生潛能的發(fā)揮

學(xué)生層次不一，采用一刀切的設(shè)計方法不利于學(xué)生潛能的發(fā)揮。針對我校出現(xiàn)的這些情況，近兩年來，課程組以合作辦學(xué)專業(yè)3個自然班作為改革試點(diǎn)，大膽改革，進(jìn)行了為期3年的實(shí)踐。

3 改革措施

3.1 完善理論知識

針對英方授課制造工藝?yán)碚撜n程與中方課程設(shè)計內(nèi)容的銜接問題，制造工藝增設(shè)20個學(xué)時，由中方授課，傳授有關(guān)機(jī)械加工工藝規(guī)程和夾具設(shè)計的理論知識。

3.2 因材施教，改革設(shè)計方法

每個學(xué)生都是獨(dú)立的個體，結(jié)合學(xué)生的興趣和個人的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能以及學(xué)習(xí)能力的差異，分為三維設(shè)計組、CAD二維設(shè)計組和手工設(shè)計組。

對三維設(shè)計組的要求：對于給定的被加工零件（二維圖和三維圖指導(dǎo)教師已給定）利用專用三維設(shè)計軟件Solidworks等完成所有機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)入裝配環(huán)境完成夾具裝配，然后將三維轉(zhuǎn)化為二維工程圖，因?yàn)槟壳岸S工程圖仍然是業(yè)內(nèi)主要的制造加工依據(jù)。三維設(shè)計組主要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

對CAD二維設(shè)計組的要求：熟練運(yùn)用二維CAD軟件如AUTOCAD、CAXA等軟件繪制夾具裝配圖和零件圖，繪制要求符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在之前的課程中學(xué)生學(xué)過二維軟件，在本課程設(shè)計中要求學(xué)生以CAD軟件為工具完成夾具的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力。

手工設(shè)計組主要是為那些沒有數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)又不愿意花費(fèi)時間學(xué)習(xí)軟件的同學(xué)設(shè)置的，手工繪圖耗時長、效率低、不易修改，但是可以加深理解，防止抄襲。需要說明的是，雖然采用的設(shè)計手段不同，但教學(xué)大綱要求的知識點(diǎn)和能力點(diǎn)必須掌握。

3.3 過程控制，階段性成果

加強(qiáng)過程控制，不再一圖定終身。整個評價分為平時表現(xiàn)、零件的加工要求分析及毛坯確定、加工工藝規(guī)程、夾具方案設(shè)計、夾具圖紙繪制、設(shè)計計算說明書、答辯八部分，教師對課程設(shè)計的全過程給予指導(dǎo)和監(jiān)督，增強(qiáng)師生交流，避免抄襲現(xiàn)象。加強(qiáng)過程控制，分為以下幾個階段。

3.3.1 平時表現(xiàn)

平時表現(xiàn)分為學(xué)習(xí)態(tài)度和考勤情況。為解決課程設(shè)計期間學(xué)生考研、考雅思、找工作、補(bǔ)考對本課程設(shè)計的干擾，首先嚴(yán)格考勤制度，采用8h學(xué)習(xí)制，規(guī)定周一至周五上午08：00-12：00、下午02：30-06：30必須在設(shè)計教室做設(shè)計。其他時段和周六周日不做硬性要求，只要按進(jìn)度完成課程設(shè)計即可。這樣既給出了課程設(shè)計時間，又給出了學(xué)生自主學(xué)習(xí)其他課程的時間。學(xué)生的態(tài)度在課程設(shè)計中起著關(guān)鍵的作用，在一定程度上決定著課程設(shè)計的質(zhì)量。教師要關(guān)注學(xué)生的考勤、紀(jì)律和學(xué)習(xí)態(tài)度，多和學(xué)生交流溝通和引導(dǎo)。

3.3.2 零件的加工要求和毛坯確定

對于給定的零件，學(xué)生要分析研究零件圖紙，進(jìn)行工藝審查，明確加工要求，明確夾具設(shè)計是設(shè)計中哪一道工序。每年都有一兩個學(xué)生設(shè)計夾具不是任務(wù)書中指定的工序。學(xué)生需要根據(jù)零件計算出各個待加工表面的余量總和，繪制出毛坯圖。

3.3.3 制定零件加工工藝規(guī)程

要求學(xué)生根據(jù)制造工藝課程選擇定位基準(zhǔn)面，進(jìn)行加工方法比較，確定各加工面適宜采用的加工方法，確定最佳加工方案，制定零件加工工藝路線并填寫工藝過程卡片和工序卡片，培養(yǎng)學(xué)生合理選用加工方法、機(jī)床、刀具的能力，初步具有設(shè)計工藝規(guī)程的綜合能力。

3.3.4 方案設(shè)計階段

夾具方案設(shè)計非常重要，決定了夾具設(shè)計的成敗，也決定了課程設(shè)計的質(zhì)量。所設(shè)計的夾具不但機(jī)構(gòu)要合理，結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)合理，否則無法正常工作。學(xué)生要確定夾具結(jié)構(gòu)形式，確定工件合理定位方案和夾緊力，合理選擇和設(shè)置定位元件和夾緊方案，確定對刀塊、鉆模、鏜套等對刀引導(dǎo)元件。指導(dǎo)教師要嚴(yán)格把關(guān)。

3.3.5 夾具圖紙繪制階段

在設(shè)計方法上雖然分為三維設(shè)計組、CAD二維設(shè)計組和手工設(shè)計組三個組，但無論是手工繪圖、CAD二維出圖還是三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，對最后出圖的要求卻是相同的。裝配圖繪制要求符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，標(biāo)題欄及明細(xì)欄按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，夾具裝配圖上需要標(biāo)注輪廓尺寸（外形的長、寬、高）、配合尺寸、與加工精度有關(guān)的尺寸等。

3.3.6 設(shè)計計算說明書

設(shè)計計算說明書是整個課程設(shè)計的重要組成部分，也是審核設(shè)計合理與否的重要技術(shù)文件，鍛煉學(xué)生的寫作能力、總結(jié)能力。為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備，說明書的排版格式按照華北水利大學(xué)機(jī)械學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）格式的統(tǒng)一規(guī)定。為了避免出現(xiàn)學(xué)術(shù)不端情況，要求設(shè)計計算重復(fù)率不超過30%。

3.3.7 答辯

給定學(xué)生5 min左右時間進(jìn)行成果闡述，老師根據(jù)設(shè)計計算說明書、圖紙、規(guī)程卡提出問題，學(xué)生回答，從而確定學(xué)生對內(nèi)容的掌握程度，并確定學(xué)生是否抄襲。在各個階段都有成果要求，指導(dǎo)老師要審查每個學(xué)生的各階段性成果完成情況，作為課程設(shè)計成績很重要的一部分。

4 總結(jié)

本文針對本校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中英合作辦學(xué)專業(yè)的制造工藝課程設(shè)計的問題，提出改進(jìn)措施，經(jīng)過兩屆學(xué)生的改革實(shí)踐，提高了課程設(shè)計質(zhì)量，取得了不錯的效果。通過課程設(shè)計，學(xué)生的設(shè)計能力、撰寫論文能力，運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計方法或手工繪制圖紙的能力得到了鍛煉，鍛煉了學(xué)院查閱和利用文獻(xiàn)、設(shè)計資料和手冊的能力。協(xié)調(diào)了課程設(shè)計和學(xué)生考研、出國、考雅思、補(bǔ)考、找工作等問題的矛盾。如果不顧學(xué)生需求，硬性要求學(xué)生全部時間用來做課程設(shè)計，學(xué)生易產(chǎn)生抵觸情緒，會影響學(xué)校和諧和課程設(shè)計的質(zhì)量。所以采取八小時工作制，除非進(jìn)度落后需要“加班”，否則大部分學(xué)生都可以按進(jìn)度完成。

強(qiáng)化過程控制，審核階段性成果，避免出現(xiàn)那種“課程設(shè)計不見人，最后一天交成果”的情況。經(jīng)過過程控制和檢查階段性成果，老師可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生出現(xiàn)的問題，也徹底打破了“三人設(shè)計，全班抄襲”的現(xiàn)象。經(jīng)過此次課程設(shè)計改革，絕大部分同學(xué)的課程設(shè)計為獨(dú)立完成。分為三維設(shè)計組、CAD二維設(shè)計組和手工設(shè)計組三個組，學(xué)生可結(jié)合自己的知識基礎(chǔ)和愛好自主選擇設(shè)計手段，學(xué)生的潛力得到挖掘，積極性得到提高，專業(yè)興趣大大增強(qiáng)。

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