智能制造环境下机械制造装备设计课程改革探索

【摘要】《机械制造装备设计》是机械工程类专业本科阶段的主干专业必修课程，学生通过本课程的学习，并结合对机械专业所学知识的综合运用，初步获得机械制造装备设计与解决工程实际问题的能力。随着机械制造装备越来越专业化、模块化、智能化，课程发展至今，弊端与不足日趋凸显，本文在充分研究课程讲授特点和机械制造装备发展趋势的基础上，系统地阐述了智能制造时代对课程发展的要求，分析了课程的不足和亟需改进之处，并针对性地提出了课程改革思路和具体教学措施，使课程进一步契合新时代行业对新型应用型人才培养的需要，更系统全面地与新时代智能制造发展相适应。

【关键词】机械制造装备设计  课程改革  教改措施

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）47-0112-02

引言

《机械制造装备设计》是机械工程类专业本科阶段的主干专业课程，通过该课程的学习，使学生系统全面地获得机械制造装备设计的相关知识，掌握机械制造装备设计的总体思路和主要功能部件的设计准则、制造流程、应用方法;掌握机械加工检测装置的基本原理、应用场景和应用方法;掌握制造业物流系统、工业机器人、自动化立体仓库等设备的设计和应用方法等，进而通过专业所学知识的综合运用，从而获得综合运用所学专业知识解决工程实际问题的能力，并初步获得设计机械制造装备的能力。

但目前该课程发展缓慢，没有跟上新时代技术发展的步伐，依然停留在传统的机械制造装备设计阶段。在新时代，随着机械制造装备越来越专业化、模块化、智能化，设计方法和设计手段也应该与时俱进，课程讲授也应更系统全面地与新时代智能制造发展相匹配。

问题分析与改革思路

随着社会工业体系的不断发展，社会对专业人才的需求标准也在不断发生变化，使得高校必须顺应这些变化，不断调整对于大学生的培养方向和培养方法。《机械制造装备设计》课程发展至今，仍然存在着一些问题，例如：课程发展较缓慢，跟不上时代要求;学生对标准零部件的认知和应用比较肤浅;忽视电控系统、传感器、人机工程学、外观设计的学习和与机械装备的有效衔接的重要性;没有充分考虑装备设计中线路及管路的布置安装;缺乏精密设计的理念等。

针对以上问题，提出切实可行的思路，即对本课程的课本、授课安排和学生的培养方式进行改革，具体实现改革需要分为四步：

一、需要对《机械制造装备设计》教材进行更新，增加电控、传感器、人机工程学等相关专业知识。

二、对于本课程的课时安排进行调整，增加10个及以上的课时，并添加相应的调研作业部分。

三、加强学生对于本课程以外专业知识的学习，培养学生与其他机械相关专业知识的衔接能力。

四、与《机械制造装备设计课程设计》紧密结合，在课程开始阶段，即向学生布置课程设计题目，在授课过程中，按照授课进度每讲授一个阶段性知识点，即启发学生在课程设计需要完成的装备设计中实现该功能的设计，达到学习的专业知识与应用能力的无缝衔接，提高学习效果。

为了适应新时代机械行业对于大学生的要求，对本课程的改革势在必行，以使学生成为符合社会需要的新型应用型人才，符合日趋专业化、模块化、智能化的机械制造装备对人才的需要。

具体教学改革措施

探索新时代的《机械制造装备设计》课程发展方向，该课程需要从以下几个方面进行教学改革，以适应时代发展的需要。

一、增加对标准零部件的认知和应用，提高机械设计效率。

学生在进行装备设计的过程中，在完成机械传动方案设计后，对于如何实现机械装备的具体设计存在较大困难。学生专业课程学习中，只接触到螺栓、齿轮、轴承等少数常规标准零件和标准部件，缺乏通过较大程度的标准零部件选型，并结合部分非标零部件的设计，来实现装备预定设计功能的能力。

随着工业的高速度发展，企业分工越来越细，标准件、标准外购件、标准部件等方面都取得了长足的进步。除了《机械设计手册》列明的标准零件以外，涌现出了很多种创新型标准零件，能够高效、准确地完装备所需要的功能;众多的部件生产企业，也研发了大量的标准部件，例如转台、直线运动模组、电动缸等。在课程中，为了让学生对标准零件和标准部件进行深入掌握，可以增加2学时的标准零件和标准部件介绍，并增加一个学生自主调研环节，通过网络查询或者市场走访的方式，对标准件的发展有一个全面准确的认知，提高机械制造装备设计效率和水平。

二、增强电控系统讲解，实现电控系统与机械装备的有效衔接。

机械工程类专业的学生，在课程设计方面更多的偏向于传统机械设计方面的知识，对电控知识仅仅局限于对功能的了解，除了学过的步进电机和PLC等方面的基礎知识，对电器元器件的了解甚少，从而造成了在设计机械制造装备的时候，不了解选用何种电气元器件，更不知该如何将电气元器件与机械部分进行衔接。

为了突破上述瓶颈问题，在课程改革中，学生应该在已学电控知识的基础上，增加对电控系统和电气元器件的了解，可以增加2学时的电控系统和电气元器件介绍，同时增加一个对电气元器件的调研和查询环节，从而实现在机械制造装备设计过程中，实现电控系统与机械装备的有效衔接。

三、增强传感元器件在机械制造装备中的应用，提高装备的智能化水平。

智能制造和智能制造装备是未来的主要发展方向，机械制造装备也会朝着智能化方向发展。智能化的一个重要应用就是在机械制造装备应用过程中，要对各个传动环节的运行状态和运行参数进行有效监测，并能够对监测得到的数据进行采集和分析。在此过程中，与机械制造装备设计息息相关的就是对传感器的应用，而在传感器等专业课程上，只对部分传感器的基本原理进行了讲解，并没有对其进行详细介绍，学生对传感器的功能、应用场景和与机械的衔接等方面存在着较大的欠缺。针对此问题，可增加2学时的传感器功能和应用场景介绍，同时增加一个对传感器的调研环节，从而在机械制造装备设计过程中，实现传感器等智能化元器件与机械制造装备的有效衔接，提高装备的智能化设计和应用水平。

四、人机工程学和外观设计应该贯穿在机械制造装备设计过程中。

学生在进行机械制造装备设计过程中，存在着一个共性的问题，就是设计的装备虽然能够实现预设的功能需求，但不符合人机工程学原理，也不符合基本的外形设计美观性要求。存在这个问题的原因是，在机械工程类专业的专业课程设置中没有把人机工程学和外观设计作为主要课程进行讲解，只在某些课程的某些章节一带而过。而《机械制造装备设计》课程需要设计完整可用的机械装备，对其进行人机工程学设计和外观设计势在必行。可以增加2学时的人机工程学和外观设计讲解，让学生在设计过程中兼顾关于人机工程和外观的基本设计因素，达到最基本的装备可操作、外观不丑陋的设计要求。

五、重视管路设计和钣金设计，增强装备的规范化和可复制性。

在机械制造装备设计的过程中，会有电线、电缆线、油管、气管等软零件，学生甚至某些企业工程师在进行机械制造装备设计的过程中，并不考虑上述软零件的布局和占用空间规划。造成在完成装备的装配后，电线和管路的布置乱成一团，对装备的可复制性和规范化造成了很大的困难，对装备的应用也存在着较大的安全隐患。应该增加1学时最基本的管路设计介绍，使得学生在设计过程中考虑软零件走向，考虑设计和工程成本，提高装备的规范化和可复制性。

同时，在机械工程类专业的课程设置中，并没有对钣金件的加工和安装进行讲解，会影响学生进行机械制造装备设计过程中对钣金件的设计结果，学生不了解应该如何完成钣金件的加工，不了解如何快速进行安装，不了解如何实现其设计的装备外观防护罩，也不了解装备防护罩如何起到合理的防护、防油、隔音、隔热、安全等作用。应该增加1课时的钣金件设计和加工基本知识讲解，再通过学生的调研和查询，完成钣金件的简单设计。

六、增强精密设计理念，提高设计的理论应用水准，精益求精。

在机械制造装备设计过程中，还存在一个共性的问题，就是设计过程中并没有应用基本理论对设计过程进行计算、校核和优化，往往凭经验照猫画虎、形而上学，甚至不思理论，直接敷衍了事。因此，应该向学生全程灌输精密设计的理念，让学生了解到每设计一个零件，都关系到该装备的整体设计水平;每确定一个形状、尺寸和形位公差，都关系到装备的设计基准、加工基准、装配基准、零件检验基准、装配检验基准，以及由此产生的工具、量具、刃具、夹具的变化，更关系到机械制造装备的生产和维护成本，甚至关系到装备的核心竞争力和企业的生存动力。让学生在设计过程中自始至终重视设计的每个环节。

同时，要求学生加强对基础专业理论的应用，尤其是利用材料力学、理论力学、有限元分析、运动学分析、动力学分析等理论和方法对设计结果进行分析和优化，达到对机械制造装备精益求精的设计目的。

总结

本文拋砖引玉，提出上述课程发展思路，即通过增加10个学时的讲解，并布置一些必要的学生调研作业，提高学生对于标准零件和标准部件的了解和应用水平，增强电控系统和传感元器件与机械制造装备系统的有效衔接，增强人机工程学和外观美观设计在机械制造装备设计过程中的比重;通过对管路和钣金件进行设计，增强机械制造装备的规范化和可复制性水平，使学生掌握精益求精的设计理念。

经过全面调整，使得学生通过该课程的学习和实践，获得全面的机械制造装备设计知识和设计方法，能够更高效地对机械制造装备进行设计，提升装备设计水平，适应新时代智能制造对机械工程类大学毕业生的需求，更好地为智能制造工业发展服务，助力中国制造2025。

参考文献：

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[2]危卫华，连小莹.机械制造装备设计课程建设与教学改革探讨[J].价值工程，2013（27）：258-259.

[3]丁晓红，李郝林，钱炜.基于成果导向的机械工程创新人才培养模式[J].高等工程教育研究，2017（1）：119-144.

作者简介：

刘福聪（1981-），男，汉族，毕业于天津大学，硕士研究生，高级工程师，天津职业技术师范大学教师。2015年入选天津市“131”创新型人才培养工程第一层次;2017年被天津市人力资源和社会保障局聘为天津市大学生创业导师。主讲《机械制造装备设计》等课程。曾参与“国家重大专项”2项和国家自然科学基金面上项目1项，获得专利18项，其中发明专利9项。