机械设计制造及其自动化专业实践体验课程探索

2022-06-30 02:58彭宝营刘国庆王鹏家
中国教育技术装备 2022年3期
关键词:机械设计

彭宝营 刘国庆 王鹏家

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.03.136

摘 要 在新工科背景下,传统的机械设计制造及其自动化专业受到巨大冲击。为此,探索开设文献检索与学科导引实践体验课程。文献检索环节,通过学习报告写作的形式锻炼学生的文献查阅和科技报告写作能力。学科导引环节,通过完成个性化零件设计、加工,使学生快速了解计算机辅助设计、计算机辅助制造、数控加工整个过程。文献检索写作与学科导引相结合,可以有效提高机械类学生的学习兴趣和基本能力。

关键词 实践体验课程;文献检索;学科导引;机械设计

制造及其自动化

中图分类号:G642.0 文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2022)03-0136-03

0 引言

机械设计制造及其自动化专业历史悠久[1],作为典型工科专业,该专业涉及数学、力学、机械设计、机械制造、计算机科学、自动化等学科,实践性极强,在国民经济中处于极其重要的地位,对其他技术领域起着支撑性作用,是各行业的基础。进入新世纪以来,我国工业化的发展进程加快,为实现从制造大国向制造强国迈进,急需大量机械设计制造及其自动化专业人才[2]。然而,随着高校对转专业的日益开放,不断降低门槛,机械相关专业受到巨大的冲击,普遍存在学生大量流失现象,学生大量流入金融、经管等管理类专业或计算机、通信等热门工科专业[3]。此外,还有部分学生流入机器人工程及智能制造工程等新兴专业。

究其原因,一方面是专业课程难度大、实践性极强,目前本专业教师很难做到理论与实践结合[4],课程中实际动手机会少,造成学生普遍觉得课堂讲授内容如空中楼阁、难以理解和运用;另一方面是人工智能技术、信息技术人才薪资待遇高,对传统工科专业学生影响很大。基于新工科理念的机械设计制造及其自动化专业的培养体系仍不成熟,迫切需要改进完善。

科技文献检索与写作是机械设计制造及其自动化专业学生的基础能力[5]。考虑到相当一部分大一学生文献查阅及科技报告写作能力较弱,因此,在机械设计制造及其自动化专业大一下学期,进行为期两周的文献检索与学科导引综合性实践体验,通过成果导向[6],使学生熟悉本专业基本实践环节,同时了解相关专业文献信息资源的获取渠道,具备报告撰写与整理的能力。

1 机械设计制造及其自动化专业实践体验

课程构成

1.1 实践体验课基本内涵

机械设计制造及其自动化专业实践体验课是在大一新生入学后开展两周的文献检索与学科导引类课程,是一个独立实践环节。通过文献检索、报告撰写、计算机辅助设计、计算机辅助制造及数控加工实践等环节的学习,获得进行三维建模及数控加工、文献检索及撰写的初步能力,使学生对机械学科产生兴趣,为后续的专业课程学习做好准备。

在文献检索与科技报告写作方面,通过教师的讲解,学生以智能制造为主题,进行文献检索与学习报告书写。在实践环节方面,学生通过学习与讨论,选取某一零件,并根据该零件的二维图纸完成三维造型设计。在教师的指导下,选取刀具、加工路线、进给量等工艺参数,获得CAM数控加工程序自动编程的初步能力。实践体验课程成绩比例构成如表1所示。

1.2 实践体验课程目标

通过课程设置,使学生初步具备科技文献检索和写作能力,形成对三维建模与制造技术等智能制造初步理解,使学生对机械工程装备产生兴趣。课程具体目标如下。

课程目标1:了解和掌握科技文献检索的意义和基本方法。

课程目标2:通过查阅国内外文献资料,进行文献综述、分析,培养学生科技报告的撰写能力。

课程目标3:通过查阅国内外文献,使学生了解智能制造领域科技前沿的发展趋势、研究热点,并关注其发展方向,培养学生关注科技前沿发展的意识。

课程目标4:培养学生在机械设计、制造方面的方案设计和可行性分析能力。结合已有理论知识和加工设备,拟定三维建模及自动数控加工的初始设计方案,并对不同设计方案作出可行性评价。

课程目标5:通过实践体验,对CAD/CAM形成初步认识,倡导学以致用,培养学生创新实践能力以及运用专业知识解决技术问题的综合能力。

课程目标6:掌握CAD/CAM软件的基本使用方法,通过三维建模及自动数控加工过程,认识到自主和终身学习的必要性,培养学生的科技创新意识、自主创业能力以及自主学习的能力。

机械设计制造及其自动化专业实践体验课教学内容提要与基本要求对应如表2所示。

2 机械设计制造及其自动化专业实践体验

课程实施及效果

2.1 科技文献检索及写作的实施

针对机械类大一学生的特点,在科技文献检索模块首先进行科技文献排版编辑练习,之后讲授科技论文的特点、作用,科技论文写作过程中的选题、资料检索、表达方式及语言的运用、表达规范,以及学术论文的写作与发表。重点讲授学习报告、毕业设计报告及学位论文的工作开展方法、论文撰写要求与论文答辩等内容。

实施阶段,以智能制造为核心,将学习报告划分成20个左右的题目,由学生自由挑选。科技文献检索及写作,授课时间为两天,学习报告撰写由学生利用课后时间完成。学习报告写作完成后,授课教师对每位学生的学习报告进行逐一点评,使学生认识到自身存在的问题并及时改正。

2.2 学科导引训练的实施

目前市场上CAD/CAM软件较多,考虑到市场占有率及CAD软件与CAM软件的兼容情况,实践环节的计算机辅助设计软件选择SolidWorks软件,该软件是现代三维机械设计的国际主流软件,具有界面友好、上手简单等特点,在航空、航天、铁道、兵器、模具、汽车、医疗器械三维机械设计领域应用广泛[7]。

UG NX是集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件,是当今比较先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件,被广泛应用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。该软件产生于美国麦道飞机公司,是飞机零件数控加工首选编程工具[8]。UG NX计算机辅助制造模块与SolidWorks兼容性较好,在CAM领域处于领先的地位。

加工设备采用桌面型数控铣床,如图1所示。桌面型数控铣床采用全封闭加透明有机玻璃结构、铸铁材料铸造,采用高精度研磨滚珠丝杆,搭载工业级数控系统,可加工铁、铜、铝、塑料、有机玻璃等材料,操作安全,便于学生实践操作。在实施过程中,学生自由选择零件设计方案、加工方案、装卡方案,并判断方案的合理性和可行性,由教师检查确认。

2.3 实践体验课程效果

通过课程实施,绝大部分学生在文献检索、写作方面的能力得到大幅提升。大部分学生掌握了科技报告中、英文文献查询途径,能够根据模板和要求进行标题、正文、参考文献的编辑和排版,效果较好。在实践环节,学生能够根据教师提供的学习视频和参考书籍,实现简单零件的三维建模及数控加工,部分加工结果如图2所示。

3 结论

通过对机械设计制造及其自动化专业大一学生开设综合实践体验课,使得大部分学生具备了科技文献检索和写作的初步能力。与实践环节的结合,使得学生快速体验到三维建模、CAM软件自动编程、数控加工的整个流程,大幅提高了学生对机械设计制造及其自动化专业的兴趣,课程的多处铺垫也为后续专业课程的开设提供了基础。

参考文献

[1] 曹进华,方亮.机械设计制造及其自动化专业历史

沿革与发展展望[J].大学教育,2021(6):62-64.

[2] 冯建俊.机械设计制造及其自动化专业的现状反思

与前景展望[J].湖北农机化,2020(3):71.

[3] 颜士伟,施毅宁,蔡铭,等.转专业学生的发展性

研究[J].科教导刊,2018(15):19-21.

[4] 贾振元,孙伟,王殿龙,等.高等院校机械工程专业

青年教师工程实践能力培养的探索和实践[J].教育

教学论坛,2013(8):35-37.

[5] 朱强,陈江义.机械工程“文献检索课”教学创新

探索[J].教育教学论坛,2012(31):177-179.

[6] 解芳,蔡广宇,李阳,等.基于成果导向的机械类

《专业导论与文献检索》课程目标达成度评价[J].

才智,2018(24):124,126.

[7] 张忠将,李敏.SolidWorks2010机械设计从入门到

精通[M].北京:机械工业出版社,2011.

[8] 展迪优.UGNX10.0数控加工完全学习手册[M].北

京:机械工业出版社,2016.

*项目来源:教育部产学合作协同育人项目(201902168012)。

作者:彭宝营,北京信息科技大学机电工程学院,副教授,研究方向为数控技术与装备;刘国庆、王鹏家,北京信息科技大学机电工程学院(100192)。

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