基于PRO/E的计算机辅助设计与制造课程项目化教学研究

戴星　邓先智　汤世友

摘要本文结合Pro/Engineer软件在当前企事业单位的应用案例，把如何实现计算机辅助设计与制造课程的项目化教学为重点，在教学内容、教学方法方面进行教学改革研究。以平板天线的伺服转台设计为教学内容，说明如何使用项目化教学法，使每个小组切实掌握“项目分析-设计-优化设计”整个流程，达到教学目的。

关键词Pro/Engineer计算机辅助设计与制造项目化教学方法伺服转台设计

0引言

计算机辅助设计是指技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。计算机辅助制造指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来过程中的各项活动，包括工艺过程设计、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。

对计算机辅助设计与制造课程的教学采用项目化教学法能够突出表现学生的实际操作能力。以学生为主体，通过工作任务引导学生积极主动地参与教学活动，充分调动学生的学习主动性、探究性、参与性与创造性，将学生置于动态、开放和多元的学习环境中，培养学生的开放性思维、创新精神及团队合作精神。

1项目化教学方法①②

项目化教学法需要与实际生产紧密相连，能够培养学生的多种能力，充分发挥教师的创造性。项目化教学法的教学过程设计流程如图１所示，该方法充分表现出学生在整个教学过程中占主导地位，教师只是在侧面进行引导。变“结果导向”为“途径导向”，教师不是把现成技能直接传递给学生，或是让学生按照老师的安排和讲授去得到一个结果，而是在教师指导下，让学生自己去探索得到这个结果的途径，最终得到这个结果。从而使学生在教学实施过程中理解和把握课程要求的知识，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的思想和方法。

2课程内容设计

以下为本文以Pro/Engineer为设计软件，以平板天线的伺服转台为设计目标，说明项目化教学的实施过程。

2.1工作任务下达③

任务内容：某平板天线是用于作战时点对点间加密通讯，为了提高对点精度及对点速度，要求天线伺服转台具有快速全方位调整功能。注意事项：伺服转台工作在架高设备顶部，需承受由风产生的较大倾覆力矩，所以在设计时需使伺服转台以有限的体积和重量满足高空作业的使用要求，又具有足够的刚度和强度性能，以保证系统良好的安全性能。

工作任务提炼：设计一个重量轻、强度高，能带动平板天线实现方位、俯仰、侧倾方位转动的伺服转台，如图2所示。

2.2确定技术方案④

要完成本设计内容，需要用机械设计基础方面的知识，同时学生还需查阅大量的技术文献以完成设计。通过技术文献查阅，发现传统天线伺服机构以采用俯仰-侧倾型结构为主，即X-Y型，如图4所示。通过分析不难发现，如在X-Y型伺服转台的结构形式，增加方位的执行机构及其驱动和自锁机构，能够满足天线在方位、俯仰及侧倾的动作。但是这样设计出来的伺服系统超过了架高设备的承载能力，不能满足伺服转台重量轻的要求。

提示思考：参考万向联轴器的运动模式和结构形式，改变X轴（侧倾运动）、Y轴（俯仰运动）的空间关系，使两旋转轴在同一平面内，应能达到设计要求。立轴既要承受俯仰－侧倾部分及其负载的质量，也要承受由风产生的较大的颠覆力矩。所以方位执行机构采用立轴式结构形式。

确定技术方案阶段，难度加大，教师应引导学生查阅文献及辅助学生回顾相关学科知识。各项目组独立确定任务实施方案并最终得到教师认可。

2.3确定工作计划

根据拟制的设计方案，学生以小组为单位制订三维建模、运动仿真、有限元分析等内容的实施计划。

2.4工作任务实施

（1）3D样机设计。根据制订的实施方案及实施计划，开展对工作任务的实施过程。项目组成员要运用Pro/Engineer软件的零件造型模块、组建模块对所有零部件进行3D设计、装配样机。（2）有限元分析及优化设计。运用运动仿真模块，装配干涉功能及有限元分析技术检查所设计机构在功能上能否满足要求，在强度上能否满足要求以及可否做进一步优化改进。

2.5项目的检验与验收

通过工作任务的完成，让学生体会工作过程的成就感并肩负责任感，要严格检查控制，把好质量关，体会产品质量的重要性。根据工作任务进行检查，主要包含有：（1）转台的总重量；（2）转台能否实现3个方向的转动；（3）有限元分析是否正确，强度能否满足要求。

2.6课堂小结与反馈

学生工作任务完成后，必须进行交流、展示与讨论，对学生的学习情况作评价。本阶段是学生对知识掌握和能力提高的重要阶段，同时也能极大地培养学生的成就感。展示评价包括：（1）自评、互评。教师给学生一定时间，让学生互相交流学习、取长补短，并推荐优秀作品。（2）作品展示。由学生推荐，教师根据实际情况选出几个有代表性作品，由学生进行作品展示。（3）教师总结。指出作品值得大家学习和借鉴的地方，同时指出学生在项目实施过程中出现的问题，总结成功的经验和失败的教训。教师在点评中要总结比较各组特点，引导学生学习别人的长处，鼓励学生采用多种方法完成项目任务。

3结束语

通过项目化教学法，能真正地实现在教学过程中理论与实践的一体化，提高教学效果和教学质量，增强学生的学习兴趣与教学课堂的氛围，能达到预期的教学目的。同时，在教学内容上引入企业典型事例为我们的学生走上工作岗位更快进入工作角色搭建了桥梁。