计算机辅助技术在高职院校机械设计教学中的运用探思

徐 创

（广东松山职业技术学院 广东韶关 512000）

如今机械设计领域正处于突飞猛进的发展状态，传统机械设计教学模式已经无法完全满足新时代高职学生的实际发展需求。机械设计在计算机技术相对落后的情况下，只能通过粗略计算处于静止状态的形体来实现设计目标，该类计算方法所得设计结果存在一定的不合理性而且工作效率比较低，不利于设计者有效把握设计精度。随着计算机辅助技术在机械设计中的持续应用，可充分利用电子技术建立数学模型并进行科学计算，实现精简型动态设计。目前高职教育已逐步将机械设计纳入教学重点，在教学实践中应注重计算机辅助技术与机械设计深度融合，力求提升教学实效的同时，培养更多满足新时代发展需求的专业英才。

一、简析计算机辅助机械设计的优势

（一）有利于提高机械设计效率

计算机辅助设计技术能将机械设备内部配件的功能特性予以立体展示，计算机设备中的计算程序能确保机械设计工作顺利开展，并通过相应的计算机辅助程序来提高机械设计工作的计算精准度。采用计算机辅助机械设计技术既能节约人力资源成本又能实现相关数据的自动运算，使设计人员的工作强度得到大幅度降低。计算机辅助设计技术应用于机械设计领域，能结合客户要求快速修改机械产品使其更加完善，进一步体现机械设计工作的便捷与合理性。相关工作人员在使用辅助程序修改原有方案时，能够减轻自身工作压力，在深度优化传统机械设计模式的同时，进一步提高机械设计工作质量及效率。[1]

（二）有利于提高数据处理精准性

众所周知，机械设计工作对数据的准确性要求较高，采用计算机辅助技术创建相应的设计平台，并结合相应的监控功能实时进行相关数据的监管，以此提高相关数据的编辑与修改效率。在出现数据错误时，机械设计人员可通过计算机辅助设计系统直接进行简单的操作即可完成相应的数据修复，以便于他们能及时发现并妥善处理设计环节存在的各种疏漏，进而科学化处理各类信息并及时上报。在计算机辅助机械设计过程中，可充分利用现代CAD 技术进行相关数学建模，无须耗费过多人力、物力等资源就能最大限度还原三维立体实物，而且还能有效确保该类模型的稳定性。在机械设计投入市场之前，可设专人负责模型检测，从根本上消除机械设计所蕴含的各类安全隐患。除此之外，还可以利用计算机信息系统打破原有时间与空间方面的局限，充分发挥计算机超强的控制、计算能力，全方位分析设计参数并多角度监管机械产品的设计效果，有利于减轻各类资源的不必要浪费，并提高机械产品设计的实用性。[2]

（三）有利于缩短机械设计工作周期，使零件的修改设计更加便捷

计算机辅助机械设计能在缩短机械项目设计周期的同时减轻设计人员的工作量，机械设计活动亦无须投入过多人力成本，减轻设计师的工作压力。工程项目设计人员在遇到某些机械设计人员可针对复杂型机械结构，使用CAD 等计算机辅助设计软件快速展现三维立体的设计模型，将零件的烦琐结构以简易的零件组合模式充分体现出来，不仅能降低设计难度还能切实提高设计工作的科学性。充分利用计算机辅助技术能避免机械设计环节的时间被过度浪费，而且设计人员在重新组装简易零部件时，还可以对其进行合理改良，以便于机械设计得到进一步创新。虽然机械设计在实操过程中经常会出现各类影响整体功能与设计效果的弊端问题，但设计人员可根据相应的设计要求及工作特性对其进行有效调整与改进。由于传统机械设计多采用手绘等方式落实相关设计活动，一旦存在设计问题，势必会增大修改难度，甚至可能需要重新绘制相关设计图纸。而计算机辅助机械设计，则可轻松规避此类问题，它能在整体设计中模拟机械产品的装配环境，并有效推演更换零件的相关流程等，使机械设计工作更加简单、便捷，既能有效提升整体性的机械设计成果，又能合理控制机械设计成本。[3]

二、传统高职院校机械设计教学中存在的问题

（一）题目单一且时间有限

传统机械设计领域的课程设计题目多以带式运输机传动系统设计为主，其中减速器的种类颇多（如齿轮/蜗杆减速器、蜗杆齿轮减速器等）。对于基础薄弱的高职学生来说，他们在设计工作中可能会接触到一级直齿圆柱齿轮减速器，而且相关教师会给不同小组学员提供不同类型的设计参数。之所以会使用单一题目，主要是想降低学习难度，确保学生能用书本上的知识解决实质性问题。但是，网络中的课程设计资料很多，若高年级的学生将设计资料进行外传，极有可能会出现严重的抄袭现象。而且该类题目太过具体化，导致学生学了斜齿轮、蜗杆等之后无法将其有效应用，不利于培养学生的创新能力。

传统课程设计一般都在相关课程结束后的半个月之内完成，课程设计内容包括电动机选型、传动系统参数计算以及齿轮传动、轴系等方面设计。各类零件都需要校核（如键、轴承等），学生应提交相关的装配图、零件图以及说明书等资料。整体计算过程大约需要3—5 天，因为绘制装配草图相当耗时间。教师相应对其进行有效批改，而学生也应做好相应的返修工作，直到草图无误后才能对其进行后续完善。在机械设计比较仓促的情况下，部分学生会完全选择参照例图进行公差标注等操作，以至于最终的设计结果与实际需求并不相符。也有部分学生，没时间校核轴或轴承等，在未进行深层次思考的情况下，极易滋生为了完成相关设计任务而选择抄袭，不利于机械设计工作的有效开展。[4]

（二）教学理念、模式相对落后

高职院校机械设计教学中的传统理念早已在教师心中根深蒂固，他们颇为重视理论方面的知识讲授，并未真正意识到理论与实践相结合的意义所在，导致学生对相关教学活动的主动性大幅度降低。学生无法真正弄懂相应的教学内容，教学效果也会因此受到不良影响。毕竟，机械设计属于一种系统庞大且复杂性较强的课程体系，高校在缩短课时的情况下，会导致学生无法全面获取综合性较高的机械设计知识，不利于增强学生在机械设计综合网络平台，提高自身分析、解决问题的能力。尽管很多企业早已不用手工制图的方式进行机械设计工作，改用现代CAD 技术，奈何学校教育相对滞后。学生依然采用传统手工方式制图，对CAD 等先进软件技术的认识与使用都比较薄弱。机械设计教师为了防止学生抄袭，才要求他们进行手工制图，但若因为害怕学生抄袭而杜绝制图软件的使用，则不利于学生紧跟时代的步伐接触前沿技术。因为传统课程设计模式，一旦有某个环节出现错误，就会导致大规模返工，耗时又费力。因此，设计思路应从创建三维模型入手，在装配顺利且相关运动互不干涉，并确保强度校核无误的前提下，利用现代计算机技术生成二维图纸，然后再对其进行试制。[5]

利用三维软件辅助设计能确保修改模型中的某个参数之后，其他参数也会同步变化，并生成新的模型设计图纸。所以，学生应积极学习并将三维制图软件使用技术充分运用到课程设计当中，以便于更好地进行自我完善。机械设计本身就属于实践性较强的专业，合理的实践教学能起到事半功倍的效果。对于学生来说，他们可将所学的理论基础知识在实践过程中从机械结构、工艺等方面进行应用，获取更多新的思想认知，并有效解决实践环节存在的相关问题。若机械设计仅注重于理论知识方面的教学，则不利于强化学生对理论知识的理解与掌握，更不利于培养他们的创新能力，教学效果也会大打折扣。

三、计算机辅助技术在机械设计中的具体应用策略

（一）优化机械设计课程体系

机械设计课堂教学应以学生为中心，着重构建完善的知识系统并注重于培养学生的能力，使之成为满足新时代发展要求的一体化课程体系。课堂教学不仅是单纯的理论讲解，还应通过实操让学生明白计算机辅助设计技术的使用原理，确保机械设计与机械制造等方面的课程理论知识能被合理化综合运用。让学生在学习过程中能把设计、绘图以及制造等环节紧密关联，建立三维技术的全新机械设计系统，深入浅出地归纳绘图环节的设计方法及原理，使学生善于总结设计方法，而非研究软件本身，进而培养出工作态度严谨且创新能力较强的设计人才。

在课堂教学内容方面应充分考虑学生的学习需求，而非教师想教什么就教什么。机械专业就业面广，学生可从事机械设计制造、工艺规程以及机械设计技术管理等，教师可围绕学生的就业与发展需求，进行机械产品设计通用方法的归纳与讲解，以图文并茂的直观方式，搭配通俗易懂的语言话术，从特征建模到装配设计等逐个环节进行有效讲解，直到后续工程图的建立，以确保更多学生都能听懂相关课程内容。

积极改进当前的教学方法，把原来的被动型知识灌输模式逐步转变为现代技术指导模式进行教学，比如采取零件加工方式来确认建模流程时，首先应指导学生进行零件分析，了解计算机软件的实操方法，指导学生探索零件加工方法并引导其正确选用相关的零件草图，必要时还应为学生做出相应的示范直到顺利完成教学目标。如此，便能增强学生对机械设计的学习积极性，同步提高他们的课堂参与度及解决问题的能力。引导学生在机械设计工作中充分利用CAD 软件程序，并了解其各项功能，以便于更好地完善相关模型。值得一提的是，机械设计教师应指导学生严格执行相关规定并确保他们能够依照设计原理进行各环节的零部件排序，采用布尔运算技术达到合理布局零部件的效果。充分利用计算机辅助设计技术有效改变零件状态，使其满足实际工程项目的各项指标要求，进而完善机械产品的实体模型，力求整体机械装配图保持自身应有的科学性及完整性。

（二）应用于三维造型

计算机辅助设计技术主要是通过三维造型设计来完善机械设计工作，利用计算机辅助程序立体化显示三维机械产品的实时信息，使设计人员的思路更加清晰，以便于他们能够以直观、快速的方式有效调整或修改当前的设计方案，使整体设计效果达到最佳。计算机辅助设计软件能够整合并分析原有机械设计版本，并为后续产品的优化升级提供有力的技术支持。既能快速优化三维造型效果，又能提高计算机辅助技术的应用质量与效率，使机械设计更加精准。有利于学生全面细致地认识机械设计模型，使其能直接在计算机软件中快速调整相应的数据信息，大幅度提高机械设计问题的修改效率。由于传统机械设计作品中常会涉及电子文档类型的标注或说明，该类文件资料通常需要手动操作。利用计算机辅助技术则可根据所创建数据模型形成自动化的电子文档，能有效节约机械设计的时间成本。[6]

（三）应用于工程分析、结构优化调试以及逆向工程等

机械设计应根据机械产品的功能要求，合理分析其力学结构与性能。采取动力学建模分析并严格落实CAD 程序工程分析与结构调整等方面工作。充分利用计算机软件系统将机械产品的三维实体模型直接导入有限元分析程序之中，即可对相关结构进行有效改进与优化，并针对设计中的碰撞问题、材料强度以及运动状态等进行细致化认证。对于机械设计来说，有时也会通过逆向工程的形式完成机械设计任务。毕竟逆向工程设计技术比较先进，能切实满足当下行业发展的最新需求。因此，必须结合最新科研成果持续创新并完善逆向工程设计技术，然后利用计算机辅助技术及新型CAD 制图软件，采取测量坐标的方式使逆向工程转变为虚拟模型，最大限度减轻逆向工设计在应用过程中的工作压力，以此提高其应用效率及整体机械设计水平。

结语

综上所述，计算机辅助设计技术能够减轻机械设计人员的实际工作量，以理论与实践相结合的方式提高设计人员处理问题的能力。在提高机械设计智能化水平及信息处理效率的同时，有效解决了传统教学模式中的各种弊端问题，既能避免人工失误又能节约成本，有利于高校在培养高端人才的同时推动机械设计行业的进一步发展。