機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐體驗(yàn)課程探索

彭寶營(yíng) 劉國(guó)慶 王鵬家

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

摘 要 在新工科背景下，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)受到巨大沖擊。為此，探索開(kāi)設(shè)文獻(xiàn)檢索與學(xué)科導(dǎo)引實(shí)踐體驗(yàn)課程。文獻(xiàn)檢索環(huán)節(jié)，通過(guò)學(xué)習(xí)報(bào)告寫(xiě)作的形式鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱和科技報(bào)告寫(xiě)作能力。學(xué)科導(dǎo)引環(huán)節(jié)，通過(guò)完成個(gè)性化零件設(shè)計(jì)、加工，使學(xué)生快速了解計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、數(shù)控加工整個(gè)過(guò)程。文獻(xiàn)檢索寫(xiě)作與學(xué)科導(dǎo)引相結(jié)合，可以有效提高機(jī)械類學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和基本能力。

關(guān)鍵詞 實(shí)踐體驗(yàn)課程；文獻(xiàn)檢索；學(xué)科導(dǎo)引；機(jī)械設(shè)計(jì)

制造及其自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）03-0136-03

0 引言

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)歷史悠久[1]，作為典型工科專業(yè)，該專業(yè)涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)化等學(xué)科，實(shí)踐性極強(qiáng)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中處于極其重要的地位，對(duì)其他技術(shù)領(lǐng)域起著支撐性作用，是各行業(yè)的基礎(chǔ)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程加快，為實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，急需大量機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才[2]。然而，隨著高校對(duì)轉(zhuǎn)專業(yè)的日益開(kāi)放，不斷降低門(mén)檻，機(jī)械相關(guān)專業(yè)受到巨大的沖擊，普遍存在學(xué)生大量流失現(xiàn)象，學(xué)生大量流入金融、經(jīng)管等管理類專業(yè)或計(jì)算機(jī)、通信等熱門(mén)工科專業(yè)[3]。此外，還有部分學(xué)生流入機(jī)器人工程及智能制造工程等新興專業(yè)。

究其原因，一方面是專業(yè)課程難度大、實(shí)踐性極強(qiáng)，目前本專業(yè)教師很難做到理論與實(shí)踐結(jié)合[4]，課程中實(shí)際動(dòng)手機(jī)會(huì)少，造成學(xué)生普遍覺(jué)得課堂講授內(nèi)容如空中樓閣、難以理解和運(yùn)用；另一方面是人工智能技術(shù)、信息技術(shù)人才薪資待遇高，對(duì)傳統(tǒng)工科專業(yè)學(xué)生影響很大?；谛鹿た评砟畹臋C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)體系仍不成熟，迫切需要改進(jìn)完善。

科技文獻(xiàn)檢索與寫(xiě)作是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)能力[5]?？紤]到相當(dāng)一部分大一學(xué)生文獻(xiàn)查閱及科技報(bào)告寫(xiě)作能力較弱，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大一下學(xué)期，進(jìn)行為期兩周的文獻(xiàn)檢索與學(xué)科導(dǎo)引綜合性實(shí)踐體驗(yàn)，通過(guò)成果導(dǎo)向[6]，使學(xué)生熟悉本專業(yè)基本實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)了解相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)信息資源的獲取渠道，具備報(bào)告撰寫(xiě)與整理的能力。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐體驗(yàn)

課程構(gòu)成

1.1 實(shí)踐體驗(yàn)課基本內(nèi)涵

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐體驗(yàn)課是在大一新生入學(xué)后開(kāi)展兩周的文獻(xiàn)檢索與學(xué)科導(dǎo)引類課程，是一個(gè)獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)文獻(xiàn)檢索、報(bào)告撰寫(xiě)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造及數(shù)控加工實(shí)踐等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，獲得進(jìn)行三維建模及數(shù)控加工、文獻(xiàn)檢索及撰寫(xiě)的初步能力，使學(xué)生對(duì)機(jī)械學(xué)科產(chǎn)生興趣，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

在文獻(xiàn)檢索與科技報(bào)告寫(xiě)作方面，通過(guò)教師的講解，學(xué)生以智能制造為主題，進(jìn)行文獻(xiàn)檢索與學(xué)習(xí)報(bào)告書(shū)寫(xiě)。在實(shí)踐環(huán)節(jié)方面，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)與討論，選取某一零件，并根據(jù)該零件的二維圖紙完成三維造型設(shè)計(jì)。在教師的指導(dǎo)下，選取刀具、加工路線、進(jìn)給量等工藝參數(shù)，獲得CAM數(shù)控加工程序自動(dòng)編程的初步能力。實(shí)踐體驗(yàn)課程成績(jī)比例構(gòu)成如表1所示。

1.2 實(shí)踐體驗(yàn)課程目標(biāo)

通過(guò)課程設(shè)置，使學(xué)生初步具備科技文獻(xiàn)檢索和寫(xiě)作能力，形成對(duì)三維建模與制造技術(shù)等智能制造初步理解，使學(xué)生對(duì)機(jī)械工程裝備產(chǎn)生興趣。課程具體目標(biāo)如下。

課程目標(biāo)1：了解和掌握科技文獻(xiàn)檢索的意義和基本方法。

課程目標(biāo)2：通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，進(jìn)行文獻(xiàn)綜述、分析，培養(yǎng)學(xué)生科技報(bào)告的撰寫(xiě)能力。

課程目標(biāo)3：通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，使學(xué)生了解智能制造領(lǐng)域科技前沿的發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)，并關(guān)注其發(fā)展方向，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注科技前沿發(fā)展的意識(shí)。

課程目標(biāo)4：培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造方面的方案設(shè)計(jì)和可行性分析能力。結(jié)合已有理論知識(shí)和加工設(shè)備，擬定三維建模及自動(dòng)數(shù)控加工的初始設(shè)計(jì)方案，并對(duì)不同設(shè)計(jì)方案作出可行性評(píng)價(jià)。

課程目標(biāo)5：通過(guò)實(shí)踐體驗(yàn)，對(duì)CAD/CAM形成初步認(rèn)識(shí)，倡導(dǎo)學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力以及運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決技術(shù)問(wèn)題的綜合能力。

課程目標(biāo)6：掌握CAD/CAM軟件的基本使用方法，通過(guò)三維建模及自動(dòng)數(shù)控加工過(guò)程，認(rèn)識(shí)到自主和終身學(xué)習(xí)的必要性，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)、自主創(chuàng)業(yè)能力以及自主學(xué)習(xí)的能力。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐體驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容提要與基本要求對(duì)應(yīng)如表2所示。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐體驗(yàn)

課程實(shí)施及效果

2.1 科技文獻(xiàn)檢索及寫(xiě)作的實(shí)施

針對(duì)機(jī)械類大一學(xué)生的特點(diǎn)，在科技文獻(xiàn)檢索模塊首先進(jìn)行科技文獻(xiàn)排版編輯練習(xí)，之后講授科技論文的特點(diǎn)、作用，科技論文寫(xiě)作過(guò)程中的選題、資料檢索、表達(dá)方式及語(yǔ)言的運(yùn)用、表達(dá)規(guī)范，以及學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作與發(fā)表。重點(diǎn)講授學(xué)習(xí)報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告及學(xué)位論文的工作開(kāi)展方法、論文撰寫(xiě)要求與論文答辯等內(nèi)容。

實(shí)施階段，以智能制造為核心，將學(xué)習(xí)報(bào)告劃分成20個(gè)左右的題目，由學(xué)生自由挑選?？萍嘉墨I(xiàn)檢索及寫(xiě)作，授課時(shí)間為兩天，學(xué)習(xí)報(bào)告撰寫(xiě)由學(xué)生利用課后時(shí)間完成。學(xué)習(xí)報(bào)告寫(xiě)作完成后，授課教師對(duì)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)報(bào)告進(jìn)行逐一點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身存在的問(wèn)題并及時(shí)改正。

2.2 學(xué)科導(dǎo)引訓(xùn)練的實(shí)施

目前市場(chǎng)上CAD/CAM軟件較多，考慮到市場(chǎng)占有率及CAD軟件與CAM軟件的兼容情況，實(shí)踐環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件選擇SolidWorks軟件，該軟件是現(xiàn)代三維機(jī)械設(shè)計(jì)的國(guó)際主流軟件，具有界面友好、上手簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在航空、航天、鐵道、兵器、模具、汽車、醫(yī)療器械三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[7]。

UG NX是集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今比較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的高端軟件，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、輪船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。該軟件產(chǎn)生于美國(guó)麥道飛機(jī)公司，是飛機(jī)零件數(shù)控加工首選編程工具[8]。UG NX計(jì)算機(jī)輔助制造模塊與SolidWorks兼容性較好，在CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位。

加工設(shè)備采用桌面型數(shù)控銑床，如圖1所示。桌面型數(shù)控銑床采用全封閉加透明有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)、鑄鐵材料鑄造，采用高精度研磨滾珠絲桿，搭載工業(yè)級(jí)數(shù)控系統(tǒng)，可加工鐵、銅、鋁、塑料、有機(jī)玻璃等材料，操作安全，便于學(xué)生實(shí)踐操作。在實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生自由選擇零件設(shè)計(jì)方案、加工方案、裝卡方案，并判斷方案的合理性和可行性，由教師檢查確認(rèn)。

2.3 實(shí)踐體驗(yàn)課程效果

通過(guò)課程實(shí)施，絕大部分學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、寫(xiě)作方面的能力得到大幅提升。大部分學(xué)生掌握了科技報(bào)告中、英文文獻(xiàn)查詢途徑，能夠根據(jù)模板和要求進(jìn)行標(biāo)題、正文、參考文獻(xiàn)的編輯和排版，效果較好。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)視頻和參考書(shū)籍，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單零件的三維建模及數(shù)控加工，部分加工結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大一學(xué)生開(kāi)設(shè)綜合實(shí)踐體驗(yàn)課，使得大部分學(xué)生具備了科技文獻(xiàn)檢索和寫(xiě)作的初步能力。與實(shí)踐環(huán)節(jié)的結(jié)合，使得學(xué)生快速體驗(yàn)到三維建模、CAM軟件自動(dòng)編程、數(shù)控加工的整個(gè)流程，大幅提高了學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的興趣，課程的多處鋪墊也為后續(xù)專業(yè)課程的開(kāi)設(shè)提供了基礎(chǔ)。

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作者：彭寶營(yíng)，北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)與裝備；劉國(guó)慶、王鵬家，北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（100192）。