機電產品數字化設計與仿真課程建設

摘 "要 "根據機電一體化技術專業的人才培養要求，以常州信息職業技術學院為例，對專業課機電產品數字化設計與仿真進行課程建設。該課程以機電產品為項目載體，以工作任務為驅動，將思政元素融入課程實施過程，深入系統地推進立德樹人，旨在培養機電產品數字化設計與制造人才，滿足現代社會對高技能人才培養的需要。

關鍵詞 "機電產品數字化設計與仿真；三維CAD設計軟件；課程思政

中圖分類號：G712 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）02-0056-03

Course Construction of Digital Design and Simulation of

Mechanical and Electrical Products//LIN Huan， LIU Anmin

Abstract "According to the mechatronics engineering profe-

ssional training requirements， this article takes the Chang-zhou Institute of Information Technology as an example， the

course construction of “Digital Design and Simulation of Mechanical and Electrical Products” is carried out in higher vocational colleges. This course takes the mechanical and electrical products as the project carrier， takes the work task

as the driving force， penetrates the ideological and political

elements into the course implementation process， promotes

the establishment of moral education deeply and systemati-cally， in order to train the digital design and manufacture ta-lents of mechanical and electrical products， to meet the needs of high-skilled personnel training in modern society.

Key words "digital design and simulation of mechanical and

electrical products; 3D CAD design software; ideological and

political education in curriculum

0 "引言

隨著《中國制造2025》的實施與推進，專業基礎扎實、融合度高、創新能力強的高技能人才需求逐步凸顯[1]。制造業的發展推動機電一體化技術的發展，機電一體化產品層出不窮。作為先進制造技術與信息技術相結合的產物，數字化設計與制造技術在機電行業獲得越來越廣泛的應用[2-3]。廣泛的企業調查表明，數字化設計與制造人才作為國家技能緊缺人才，必須掌握三維機構設計、三維虛擬裝配、仿真與分析等技術，同時具有強烈的社會責任感、明確的職業理想和良好的職業道德[4]。本文以常州信息職業技術學院為例，結合機電產品數字化設計與仿真教學團隊多年來的教學實踐，對該課程的整體設計和思政融入進行分析與探討。

1 "課程簡介

機電產品數字化設計與仿真課程在第二學年的上學期開設，是高等職業技術學院機電一體化技術專業課程，在完成本專業大部分專業課程學習之后，作為一門能力提升專業課程開設。該課程以機械設計基礎、機械制圖與CAD、機電產品安裝與制作等課程為基礎，采用以工作任務為驅動的教學活動。其功能與教學目標是培養學生利用所學知識技能進行機電產品三維造型設計、部件虛擬裝配、二維工程圖設計、工程導向設計、機電產品仿真分析等能力，為今后勝任機電產品設計、開發、改造和技術培訓服務等實際工作奠定能力基礎。

2 "課程目標

通過本課程的學習和六個項目的實施，學生能綜合運用三維CAD設計軟件（Autodesk Inventor）

進行機電產品結構設計，能掌握零件三維造型、三維裝配、二維工程圖生成和分析等知識與技能；在項目學習和設計過程中，能從新的視角思考問題，用創新思維方法觀察問題，用創新技法解決問題，養成與人協作、尊重他人、尊重科學、敢于質疑的合作習慣和創新品質。

2.1 "能力目標

能夠分析機電產品結構，利用三維CAD軟件完成相關零件的三維造型，正確進行機電產品的三維裝配，生成符合國標的二維工程圖紙，對機電產品相關零部件進行簡單的機械結構適用性分析，對三維CAD軟件進行數據管理與維護，提高學生的創新思維能力及創新技法的應用能力。

2.2 "知識目標

了解創新的幾種思維方式及創新技法的內容，學習用創新思維及技法解決現實問題；掌握三維CAD軟件的數據結構和基本操作方法、機械和電氣類零件的三維造型基本步驟、部件裝配和生成二維工程圖的基本方法；了解三維CAD軟件中仿真分析的基本功能。

3 "課程項目分配

針對企業對CAD技術在機電產品設計中的市場需求，設計不同的學習情境覆蓋CAD技術在機電產品數字化設計中的五大主流應用方向。每個學習情境均采用一個真實工作項目（企業典型產品項目或學生創新項目）的學習包為載體進行構建，并按由易至難、循序漸進的教學規律進行傳授，如圖1所示。

項目1：CAD概述

主要能力目標：利用相關制圖知識，分析零件結構，能合理繪制草圖。相關知識點：Inventor工作界面、功能、草圖工具、草圖設計命令。

項目2：機電產品三維數字化零件設計

主要任務點：簡單實體零件數字化設計、軸類零件數字化設計、鈑金零件數字化設計和復雜零件數字化設計。主要能力目標：能運用Inventor軟件特征設計工具和組合創新技巧設計中等難度的薄壁類、復雜回轉類、鈑金類和復雜零件的三維特征建模。相關知識點：草圖、拉伸、旋轉、抽殼、打孔、掃掠、鈑金、螺紋、加強筋、凸雕等特征工具的使用方法和創建三維特征模型的過程。

項目3：機電產品部件虛擬裝配設計

主要任務點：機電產品數字化裝配、機電產品在裝配環境下的自適應設計和機電產品在裝配環境下的關聯設計。主要能力目標：能運用Inventor軟件和聯想思維完成機電產品零件的虛擬裝配、零件間的自適應設計、零件間的關聯設計和產品裝配中標準件的插入及管理。相關知識點：部件環境的操作方法、零件的裝入、零件約束、零部件自適應、關聯設計功能的使用方法以及標準件庫的操作與管理。

項目4：機電產品二維工程圖創建

主要任務點：零件二維工程圖設計和部件二維裝配圖設計。主要能力目標：能利用Inventor軟件創建符合標準的零件二維工程圖紙及相關標準化圖紙環境的定制、創建符合標準的部件裝配二維工程圖紙及明細表。相關知識點：零件工程視圖、工程尺寸、部件工程視圖、部件標注的創建以及圖紙初始環境的定制方法與操作過程。

項目5：工程導向設計

主要任務點：減速器零件設計、減速器傳動類零件工程導向設計、減速器部件裝配工程導向設計。主要能力目標：能綜合運用項目1、2所學知識技能進行減速器上蓋、下蓋零件模型的設計；減速器傳動齒輪、軸、軸承、鍵、聯接螺栓的工程導向設計以及減速器的數字化裝配。相關知識點：草圖、拉伸、打孔、旋轉、參數、陣列、鏡像、投影、掃掠等特征建模使用方法和創建三維特征模型的過程；裝配約束命令以及設計加速器創建命令。

項目6：機電產品數字化仿真分析

主要任務點：曲柄傳動運動仿真、機電產品有限元分析。主要能力目標：能對零部件結構作簡單的適用性分析，能夠對零件進行靜應力分析。相關知識點：約束和載荷設置、接觸設置和網格分析設置、連接方式的選擇、運動分析方法與報告創建。

4 "課程思政融入

在緒論部分介紹三維軟件的發展歷史以及制圖軟件的工作性能，積極引導學生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀。在教學實施過程中以小組為單位，培養學生團隊協作、互利互助的精神。同時，始終堅持以德立身、以德立學、以德施教，注重加強對學生的世界觀、人生觀和價值觀的教育。結合武漢疫情防控期間雷神山、火神山醫院建設，講解機電產品從圖紙設計到生產加工的過程，體現工程設計者、建設者的價值。

每個項目在實操過程中融入組合創新、聯想創新和逆向創新等多種創新思維模式與創新技法，打破傳統思維模式，從新的視角思考問題，用創新思維方法觀察問題，用創新技法解決問題，幫助學生樹立創新意識，提高分析、解決現場問題的能力。鼓勵學生參加三維設計大賽，利用Inventor數字化樣機設計工具、創新知識及技巧進行產品創新改進與發明設計，為后續頂崗實習和畢業設計等環節打下良好基礎，也為今后勝任機電產品設計、開發、改造和技術培訓服務等崗位準備相關的知識與技能。

參考文獻

[1] 茍秉宸，周憲，余隋懷.機電產品數字化工業設計多

目標評價關鍵技術[J].計算機工程與應用2005（29）：

107-109.

[2] 周大農，袁鋒，蔣新萍，等.校企協同共建平臺：培

養數字化設計與制造高技能人才的探索與實踐[J].

中國職業技術教育.2015（17）：101-107.

[3] 劉檢華，孫連勝，張旭，等.三維數字化設計制造技

術內涵及關鍵問題[J].計算機集成制造系統，2014，

20（3）：494-504.

[4] 張敬凱.淺談數字化設計與制造技術的應用[J].工

業設計，2016（6）：137-138.