智能制造環境下機械制造裝備設計課程改革探索

【摘要】《機械制造裝備設計》是機械工程類專業本科階段的主干專業必修課程，學生通過本課程的學習，并結合對機械專業所學知識的綜合運用，初步獲得機械制造裝備設計與解決工程實際問題的能力。隨著機械制造裝備越來越專業化、模塊化、智能化，課程發展至今，弊端與不足日趨凸顯，本文在充分研究課程講授特點和機械制造裝備發展趨勢的基礎上，系統地闡述了智能制造時代對課程發展的要求，分析了課程的不足和亟需改進之處，并針對性地提出了課程改革思路和具體教學措施，使課程進一步契合新時代行業對新型應用型人才培養的需要，更系統全面地與新時代智能制造發展相適應。

【關鍵詞】機械制造裝備設計? 課程改革? 教改措施

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）47-0112-02

引言

《機械制造裝備設計》是機械工程類專業本科階段的主干專業課程，通過該課程的學習，使學生系統全面地獲得機械制造裝備設計的相關知識，掌握機械制造裝備設計的總體思路和主要功能部件的設計準則、制造流程、應用方法;掌握機械加工檢測裝置的基本原理、應用場景和應用方法;掌握制造業物流系統、工業機器人、自動化立體倉庫等設備的設計和應用方法等，進而通過專業所學知識的綜合運用，從而獲得綜合運用所學專業知識解決工程實際問題的能力，并初步獲得設計機械制造裝備的能力。

但目前該課程發展緩慢，沒有跟上新時代技術發展的步伐，依然停留在傳統的機械制造裝備設計階段。在新時代，隨著機械制造裝備越來越專業化、模塊化、智能化，設計方法和設計手段也應該與時俱進，課程講授也應更系統全面地與新時代智能制造發展相匹配。

問題分析與改革思路

隨著社會工業體系的不斷發展，社會對專業人才的需求標準也在不斷發生變化，使得高校必須順應這些變化，不斷調整對于大學生的培養方向和培養方法。《機械制造裝備設計》課程發展至今，仍然存在著一些問題，例如：課程發展較緩慢，跟不上時代要求;學生對標準零部件的認知和應用比較膚淺;忽視電控系統、傳感器、人機工程學、外觀設計的學習和與機械裝備的有效銜接的重要性;沒有充分考慮裝備設計中線路及管路的布置安裝;缺乏精密設計的理念等。

針對以上問題，提出切實可行的思路，即對本課程的課本、授課安排和學生的培養方式進行改革，具體實現改革需要分為四步：

一、需要對《機械制造裝備設計》教材進行更新，增加電控、傳感器、人機工程學等相關專業知識。

二、對于本課程的課時安排進行調整，增加10個及以上的課時，并添加相應的調研作業部分。

三、加強學生對于本課程以外專業知識的學習，培養學生與其他機械相關專業知識的銜接能力。

四、與《機械制造裝備設計課程設計》緊密結合，在課程開始階段，即向學生布置課程設計題目，在授課過程中，按照授課進度每講授一個階段性知識點，即啟發學生在課程設計需要完成的裝備設計中實現該功能的設計，達到學習的專業知識與應用能力的無縫銜接，提高學習效果。

為了適應新時代機械行業對于大學生的要求，對本課程的改革勢在必行，以使學生成為符合社會需要的新型應用型人才，符合日趨專業化、模塊化、智能化的機械制造裝備對人才的需要。

具體教學改革措施

探索新時代的《機械制造裝備設計》課程發展方向，該課程需要從以下幾個方面進行教學改革，以適應時代發展的需要。

一、增加對標準零部件的認知和應用，提高機械設計效率。

學生在進行裝備設計的過程中，在完成機械傳動方案設計后，對于如何實現機械裝備的具體設計存在較大困難。學生專業課程學習中，只接觸到螺栓、齒輪、軸承等少數常規標準零件和標準部件，缺乏通過較大程度的標準零部件選型，并結合部分非標零部件的設計，來實現裝備預定設計功能的能力。

隨著工業的高速度發展，企業分工越來越細，標準件、標準外購件、標準部件等方面都取得了長足的進步。除了《機械設計手冊》列明的標準零件以外，涌現出了很多種創新型標準零件，能夠高效、準確地完裝備所需要的功能;眾多的部件生產企業，也研發了大量的標準部件，例如轉臺、直線運動模組、電動缸等。在課程中，為了讓學生對標準零件和標準部件進行深入掌握，可以增加2學時的標準零件和標準部件介紹，并增加一個學生自主調研環節，通過網絡查詢或者市場走訪的方式，對標準件的發展有一個全面準確的認知，提高機械制造裝備設計效率和水平。

二、增強電控系統講解，實現電控系統與機械裝備的有效銜接。

機械工程類專業的學生，在課程設計方面更多的偏向于傳統機械設計方面的知識，對電控知識僅僅局限于對功能的了解，除了學過的步進電機和PLC等方面的基礎知識，對電器元器件的了解甚少，從而造成了在設計機械制造裝備的時候，不了解選用何種電氣元器件，更不知該如何將電氣元器件與機械部分進行銜接。

為了突破上述瓶頸問題，在課程改革中，學生應該在已學電控知識的基礎上，增加對電控系統和電氣元器件的了解，可以增加2學時的電控系統和電氣元器件介紹，同時增加一個對電氣元器件的調研和查詢環節，從而實現在機械制造裝備設計過程中，實現電控系統與機械裝備的有效銜接。

三、增強傳感元器件在機械制造裝備中的應用，提高裝備的智能化水平。

智能制造和智能制造裝備是未來的主要發展方向，機械制造裝備也會朝著智能化方向發展。智能化的一個重要應用就是在機械制造裝備應用過程中，要對各個傳動環節的運行狀態和運行參數進行有效監測，并能夠對監測得到的數據進行采集和分析。在此過程中，與機械制造裝備設計息息相關的就是對傳感器的應用，而在傳感器等專業課程上，只對部分傳感器的基本原理進行了講解，并沒有對其進行詳細介紹，學生對傳感器的功能、應用場景和與機械的銜接等方面存在著較大的欠缺。針對此問題，可增加2學時的傳感器功能和應用場景介紹，同時增加一個對傳感器的調研環節，從而在機械制造裝備設計過程中，實現傳感器等智能化元器件與機械制造裝備的有效銜接，提高裝備的智能化設計和應用水平。

四、人機工程學和外觀設計應該貫穿在機械制造裝備設計過程中。

學生在進行機械制造裝備設計過程中，存在著一個共性的問題，就是設計的裝備雖然能夠實現預設的功能需求，但不符合人機工程學原理，也不符合基本的外形設計美觀性要求。存在這個問題的原因是，在機械工程類專業的專業課程設置中沒有把人機工程學和外觀設計作為主要課程進行講解，只在某些課程的某些章節一帶而過。而《機械制造裝備設計》課程需要設計完整可用的機械裝備，對其進行人機工程學設計和外觀設計勢在必行。可以增加2學時的人機工程學和外觀設計講解，讓學生在設計過程中兼顧關于人機工程和外觀的基本設計因素，達到最基本的裝備可操作、外觀不丑陋的設計要求。

五、重視管路設計和鈑金設計，增強裝備的規范化和可復制性。

在機械制造裝備設計的過程中，會有電線、電纜線、油管、氣管等軟零件，學生甚至某些企業工程師在進行機械制造裝備設計的過程中，并不考慮上述軟零件的布局和占用空間規劃。造成在完成裝備的裝配后，電線和管路的布置亂成一團，對裝備的可復制性和規范化造成了很大的困難，對裝備的應用也存在著較大的安全隱患。應該增加1學時最基本的管路設計介紹，使得學生在設計過程中考慮軟零件走向，考慮設計和工程成本，提高裝備的規范化和可復制性。

同時，在機械工程類專業的課程設置中，并沒有對鈑金件的加工和安裝進行講解，會影響學生進行機械制造裝備設計過程中對鈑金件的設計結果，學生不了解應該如何完成鈑金件的加工，不了解如何快速進行安裝，不了解如何實現其設計的裝備外觀防護罩，也不了解裝備防護罩如何起到合理的防護、防油、隔音、隔熱、安全等作用。應該增加1課時的鈑金件設計和加工基本知識講解，再通過學生的調研和查詢，完成鈑金件的簡單設計。

六、增強精密設計理念，提高設計的理論應用水準，精益求精。

在機械制造裝備設計過程中，還存在一個共性的問題，就是設計過程中并沒有應用基本理論對設計過程進行計算、校核和優化，往往憑經驗照貓畫虎、形而上學，甚至不思理論，直接敷衍了事。因此，應該向學生全程灌輸精密設計的理念，讓學生了解到每設計一個零件，都關系到該裝備的整體設計水平;每確定一個形狀、尺寸和形位公差，都關系到裝備的設計基準、加工基準、裝配基準、零件檢驗基準、裝配檢驗基準，以及由此產生的工具、量具、刃具、夾具的變化，更關系到機械制造裝備的生產和維護成本，甚至關系到裝備的核心競爭力和企業的生存動力。讓學生在設計過程中自始至終重視設計的每個環節。

同時，要求學生加強對基礎專業理論的應用，尤其是利用材料力學、理論力學、有限元分析、運動學分析、動力學分析等理論和方法對設計結果進行分析和優化，達到對機械制造裝備精益求精的設計目的。

總結

本文拋磚引玉，提出上述課程發展思路，即通過增加10個學時的講解，并布置一些必要的學生調研作業，提高學生對于標準零件和標準部件的了解和應用水平，增強電控系統和傳感元器件與機械制造裝備系統的有效銜接，增強人機工程學和外觀美觀設計在機械制造裝備設計過程中的比重;通過對管路和鈑金件進行設計，增強機械制造裝備的規范化和可復制性水平，使學生掌握精益求精的設計理念。

經過全面調整，使得學生通過該課程的學習和實踐，獲得全面的機械制造裝備設計知識和設計方法，能夠更高效地對機械制造裝備進行設計，提升裝備設計水平，適應新時代智能制造對機械工程類大學畢業生的需求，更好地為智能制造工業發展服務，助力中國制造2025。

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作者簡介：

劉福聰（1981-），男，漢族，畢業于天津大學，碩士研究生，高級工程師，天津職業技術師范大學教師。2015年入選天津市“131”創新型人才培養工程第一層次;2017年被天津市人力資源和社會保障局聘為天津市大學生創業導師。主講《機械制造裝備設計》等課程。曾參與“國家重大專項”2項和國家自然科學基金面上項目1項，獲得專利18項，其中發明專利9項。