关于机械工程表达工具课的探试究与实践
机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和维修各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。下面就一起看看机械工程表达工具课的探试究与实践具体有哪些?
论文摘要：随着先进设计制造技术的推广应用，机械学科内涵发生了很大变化，初步形成了以数字化为基础的机械工程知识体系，机械工程表达工具发生了根本的变化，实现了计算机辅助设计与绘图。在当前的设计与绘图教学模式中，绘图工具的学习和使用已不适应当前要求，应使其成为独立的教学环节。介绍了机械类专业本科课程改革方案，通过设立机械工程表达工具课，使学生建立基于三维的工程设计概念，培养工程素质和创新设计能力。
论文关键词：工程图学;教学实验设计;表达工具;课程改革
在信息和知识快速发展的时代，传统的机械工程领域增加了大量新的知识内容，计算机技术改变了机械工程知识体系。计算机辅助设计技术使得机械绘图甩掉了图板，在航空、汽车等大型制造企业内已达到100%计算机辅助出图。计算机辅助设计技术使得产品设计实现了建立全三维数学建模。数控加工技术不再使用尺寸标注完整的二维零件图，而是直接从工件的三维数字模型生成加工轨迹和相应的工艺文件。传统机械类专业的工程图学课程(画法几何、机械制图)重点内容，如二维视图之间的投影关系、几何体之间的相贯线、轴测图等，很容易用CAD软件实现。因此，如何使机械图学课程适应当前技术的发展，业已成为工科高校教师的课程改革重点。美国工程图学教育经过近三十年的调整，课程设置已从尺规绘图为主转变为三维建模和产品全生命期建模，将相关的教学内容整合在计算机辅助设计、设计与制造等课程当中。
我国近年已将三维建模引入工程图学的教学和设计类课程，教学模式主要分为：机械基础课程的融合模式和以三维为主线的模式。机械基础课程的融合模式中，将工程制图、机械原理、机械零件、CAD(AutoCAD)合并为一门“机械设计制图”课程;而以三维为主线的模式是将三维建模的原理、方法和技能融入、渗透到工程图学课程中，形成新的教学体系、教学内容和教学方法 。
在这两种教学模式中，CAD软件基本取代了传统的尺规绘图方式，即机械工程表达所采用的工具发生了根本的变化，从笔、尺、绘图板变为计算机及相应的软件。在传统的教学中，由任课教师教授学生使用绘图工具。而在采用CAD软件进行绘图和设计的教学模式中，仍然是由任课教师配合既定的教学进度，在授课的过程中教学生使用CAD软件的基本功能，由此带来一系列教学问题。
在对大型企业要求高校本科毕业生能力的调研中，用人单位一致反映，机械类专业的毕业生应能使用一种CAD软件进行三维造型、三维转二维、二维工程图的标注等基本操作，要了解一个CAD 系统的整体基本功能，但是不需要非常熟练地使用其中的某些功能，因为企业根据需要，会对新毕业的大学生进行培训，深化专业技能。
目前由任课教师根据教学进度，教学生使用CAD 软件的某些基本功能，使学生仅仅熟悉软件的个别操作，并未形成软件的整体概念。传统的高等教育是培养知识型人才，注重理论教育，而当前提倡的创新人才，重视培养动手能力已成为教学大纲的重点。在创新型人才的培养过程中，基本工程工具的学习和使用应该成为独立的教学环节。因此，对于机械学科专业来说，开设独立的机械工程表达工具课程，首先系统地教会学生使用这些基本的计算机软件工具，才能为后续的图学及相关专业课程做好准备。
1 设立独立的机械工程表达工具课
北航机械学院在大量进行国内外教学体系调研的基础上，结合我校的特点，在2005年对机械学院的机械类课程体系进行了改革，为大一新生开设了“工程设计工具”课程，作为设计类入门课，纳入机械基础课程体系，增加CAD软件学习课时，使学生在专业基础课的学习之前，掌握基本三维设计工具的使用。
课程为本科必修课，18学时+l8机时，课内外时间为1：1，教学软件使用SolidWorks。课程目标是使学生掌握二维绘图、三维造型、文挡、表格等设计工具的使用，能够独立用二维工程图、三维造型、装配爆炸示意图等多种方式表现设计结果，重视建立工程设计的概念，培养基本工程素质，为机械类基础课和专业课做基础准备。通过三轮的课程教学，受到了学生的好评，后续课程的任课教师一致表示，机械学院的大一学生在画法几何、机械制图的学习过程中，对基本投影关系的理解、三维CAD软件的基本操作，基本工程概念明显优于其他机械类院系的学生。
2 课程内容设计
传统的基于二维工程图的设计是一种基于投影关系的设计，对于空间想象能力较差的学生，很难通过二维图纸在头脑中形成物体的三维形状，尤其是装配图，一直是机械类本科生的学习难点。基于三维的设计首先要建立物体的三维数字模型，完整表现物体的几何结构，再从三维模型投影得到各种二维视图，通过对视图中的个别线条进行调整，并标注工程符号，即可生成工程图。
由于两种设计方法本质的不同，在深入细致的调研基础上，针对三维CAD在企业的应用现状及毕业学生的要求，设计了课程内容：以三维设计为重点，会用三维模型生成二维图，掌握产品装配设计手段，配合动画的制作了解产品的功能。由于本课程的教学对象是一年级新生，没有学习过任何与机械设计、制图相关的课程，给本课程的教学带来难度。在教学过程中，采用自顶向下的学习过程，从一个简单的完整机械装配体开始(以带轮支撑为例)，使学生知道一个机械产品是由若干零件组成，每个零件在CAD系统中可以用三维实体表示，学习实体不同造型方法;同时告诉学生在制造产品过程中，需要二维图纸和尺寸标注，因此要学习从三维模型生成二维图的`方法和基本尺寸的标注。在此基础上，增加了产品的装配和动画制作，帮助学生建立整体的产品设计理念，学会软件工具的使用。
3 教学方法与手段
本课程采用课堂讲授+计算机软件操作+项目实践。
3.1 课堂讲授
介绍CAD技术的基本概念;CAD系统的软件和硬件环境及相关技术; 国内外主要的商用CAD软件及其应用现状等。SolidWorks软件简介，包括：SolidWorks软件基于特征、参数化、全相关的技术特点;了解基本设计特征和局部设计特征基本体特征、驱动尺寸、几何约束等概念;了解SolidWorks零件设计的用户界面及基准面; 了解特征管理器的作用。
3.2 软件操作
掌握软件的基本操作，分步骤完成简单零件的制作。软件的基本操作重点：基本拉伸特征;基本旋转特征;扫成特征;放样特征;基准面和特征;装配体和工程图;动画制作。
3.3 项目实践
在本课程结束时，学生完成：
(1) 1-2个符合工程要求的三维零件设计;
(2) 符合专业应用和国标标准的模板图的设置;
(3) 1-2张完整的专业应用二维图。
4 建立多媒体教学环境
为培养学生创新能力，提高教学水平和教育质量，建立了多媒体教学环境，包括以下内容：
(1) CAD 中心服务网站
将中心教师为教学制作的各种课件、练习、题库和相关知识提供给学生，提供资料和数据下载服务，为学生创造一个开放的实验环境。
(2) 编制实验教材
已完成SolidWorks和CAXA电子实验教材的编制，并应用到实验教学中，收到了良好的教学效果。结合航空特色，建立了SolidWorks典型零件库，丰富了学生的实验题材。
(3) 制作多媒体课件
已完成SolidWorks多媒体课件，用于辅助本课程的教学。
该课件将课程学习的内容分为7大部分，形成主菜单的7个子菜单。在每一子菜单中，按照零件的造型特点分为若干项，每一项中，包括概述、调用方法和实例操作动画演示三部分。
5 结 论
开设独立的机械工程表达工具课，将CAD软件的学习从理论课程中独立出来，进行系统的学习，增加CAD软件学习实践机时，使学生在专业基础课的学习之前，掌握设计工具的使用，为专业基础课和专业课的学习打好基础。课程内容突出三维实体造型，采用自顶向下学习过程，拓展装配设计和动画制作，使得学生对于机械产品有了整体的概念，对设计步骤有了初步的了解，为后续课程的学习打下良好的基础，提高学生的工程素质和创新能力。通过三年的教学实践检验，这些工作取得非常好的教学效果。
参考文献
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