应用型机械类专业人才数字化设计制造能力培养体系的研究

2013-08-21钟相强朱协彬梁利东

机械管理开发 2013年1期

钟相强，朱协彬，梁利东

（安徽工程大学机械与汽车工程学院先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽芜湖 241000）

0 引言

安徽工程大学“机械设计制造及其自动化”专业为国家级特色专业，同时为卓越工程师培养试点专业，本科专业特色定位在应用型技术本科，主要培养服务于技术密集生产第一线的技术应用、管理方面的综合性人才，既区别于普通本科的学术型、研究型人才培养定位，又区别于高职高专学生侧重一线操作的培养定位，在这种形式下如何加强机械类专业人才的数字化设计制造能力是急需解决的问题。

结合我校和我院实际，培养体系构建从相关理论课程和实践课程入手，对数字化设计制造能力培养涉及到的相关课程进行优化整合，形成一套面向数字化设计制造能力培养的系统体系方案。

1 数字化设计制造能力培养体系构建

图1 数字化设计制造能力培养体系

图1为数字化设计制造能力培养体系图。从图中可看出，培养体系以机械产品数字化设计制造过程为导向，课程教学内容改革为重点，分学期展开进行。从大一到大四整个过程中，与数字化设计制造相关的软件学习循序渐进，从工程图学能力培养、机械设计能力培养和机械加工工艺及夹具能力培养，到虚拟样机及有限元分析和计算机辅助制造，每一过程都在强化软件的应用和能力的培养[1]。

1.1 工程图学能力培养

工程图学能力培养以画法几何和机械制图为基础，以三维建模为主线，培养学生的空间想象、看图、读图、三维建模和工程图制作能力等，将机械制图经典内容与计算机辅助绘图相结合，将计算机辅助设计软件作为辅助空间思维的有效工具，帮助学生建立由空间到平面，从平面到空间的思维能力，具体结合齿轮泵测绘进行实施[2]。

教学中还引入三维设计软件，如Pro/E，重点进行三维零件创建和装配设计，让学生能够看得见自己的设计。在装配设计中具体还可结合自底向上和自顶向下两种设计方法，为后续的虚拟样机及计算机辅助制造教学奠定基础，不断培养学生养成严谨的工程图制作习惯，能够绘制出符合国家标准及行业标准的工程技术图样。

1.2 基于三维的机械设计综合能力培养

基于三维的机械设计综合能力培养，主要以减速器设计为重点，在第七学期还会结合一个机械制造装备的课程设计。设计题目下达以后，进行方案构思、设计计算，初步建模直至最后完成设计。在整个设计过程中，从零件建模、部件装配到整机的运动仿真，均以数字化、可视化的形式，更直观和形象[3]。

另外，三维设计软件可以直接转换生成二维的零件图和装配图，并在AutoCAD、CAXA中进行适当修改后，就是完成课程设计所要求的图纸。这样，学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解会得到进一步的加深。

1.3 基于三维的机械加工工艺及夹具设计

基于三维的机械加工工艺及夹具设计能力培养包括两个方面：一是零件的工艺过程卡和工序卡制作，二是某道工序的夹具设计。卡片的制作要求学生利用CAXA工艺图表进行生成，便于修改和进一步完善；夹具的设计一般只设计某一道工序即可，一般为钻夹具或者铣夹具，对于钻夹具要设计钻模板，对于铣夹具要有对刀装置和定位装置。

因零件的制造工艺和夹具设计对于学生来说是非常重要的，绝大多数课题都来自企业项目产品，从零件建模到工序夹具设计，都必须采用三维进行表达，夹具的运动形式还要进行仿真。有了三维图之后再进行工程图的制作就更方便和直观。

1.4 虚拟样机及有限元分析技术

先期学生已进行了齿轮泵和减速器的三维设计，但绝大部分还只局限于静态的三维建模和装配的阶段，重点要通过虚拟样机分析产品的动态特性，基于ADAMS软件对机构进行运动学和动力学分析，以更直观的形式理解机构原理等知识，激发学生的学习热情；基于ANSYS软件对设计产品进行工程分析，得到重要零部件的应力、应变等物理量，在物理样机制作之前进行检查，以便提高实际样机制作成功的概率[4]。

1.5 计算机辅助制造

广义计算机辅助制造是利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量保证等。狭义计算机辅助制造是数控加工程序编制。对于复杂零件的加工，采用手工编程已经无能为力，图形交互式数控编程应运而生，此项技术在企业里已被广泛应用。从我院实际出发，二维或三维模型的构建主要基于AutoCAD、Pro/E和UGNX，数控加工程序的生成主要基于MasterCAM[5]。

结合实际，把以前的数控机床课程设计改为数控实训，数控实训中要求学生编制中等复杂程度零件的数控加工工艺过程，NC代码的输入采用手工编写和自动生成两种方式，以宇龙仿真软件为程序验证平台，给学生提供良好的情境教学环境，让学生真正感受到数控机床进行加工制造的过程。

2 实践与效果

利用课程设计、毕业设计等，以机械产品的三维设计和制作为切入点来进行学生数字化设计制造能力培养。通过研究与实践发现，该培养体系具有较好的效果，不但使学生在图形表达和常规工程设计制造能力得到提高，其创新设计和工程实践能力也得到培养和训练。

我校学生通过数字化设计制造能力的培养，获得2010年度全国三维数字化创新设计大赛（简称3D大赛）安徽赛区特等奖两项，一等奖一项，全国总决赛三等奖一项，2011年度全国3D大赛安徽赛区特等奖一项，一等奖一项，全国总决赛二等奖一项。与此同时，学院作为国家制造业信息化三维CAD教育培训基地，近三年培训学生达一千人。