《面向船舶行业特色的机械CADCAM课程项目化教学改革》
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摘 要：为进一步培养新形势下的船舶行业应用创新型人才,提出机械CAD/CAM课程项目化教学改革.首先具体对机械CAD/CAM课程教学现状进行了分析,然后具体阐述了课程项目化改革的内容及实施,最后以船用柴油机关键零部件建模及虚拟仿真加工为例,给出了项目化教学方法改革的基本模式.研究成果为以工程认证为导向的机械CAD/CAM课程改革奠定了良好的基础
关键词：机械CAD/CAM；项目化；教学改革
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）02-0114-02
《中国制造2025》明确提出大力推动重点领域突破发展,聚焦航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车等重点领域.作为一门随着信息技术发展而形成的新技术,CAD/CAM技術已经被广泛的应用在了船舶、机械、电子、航天等领域[1].是否能够熟练地掌握CAD/CAM理论知识并将其运用到具体的产品结合设计中去已经成为检验一名机械工程师是否合格的重要指标,同时也能用来衡量一个企业的综合实力.因此,应用型高等院校机械工程类专业担负着为《中国制造2025》的顺利推进培养一大批在CAD/CAM方面有成就的人才的重要任务.
一、项目化教学改革模式的提出背景
1.教学设计缺乏与船舶行业的结合.江苏科技大学是江苏省内唯一的以船舶与海洋工程装备产业为主要服务对象的行业特色型大学,机械专业本科毕业生大多进入船舶行业企业从事生产设计工作.机械CAD/CAM是一门非常重要的专业课,该课程中涉及零件二维图纸绘制、三维几何造型的设计、数控加工仿真等.教师在进行教学设计的过程中必然需要挑选一些实例来让学生进行上机操作.而目前教学用例的选取比较随意,往往偏离了船舶行业特色,使得学生错失了通过该门课程进一步了解船用典型零部件结构特征的机会[2].
2.理论脱离实践,授课方式单一.机械CAD/CAM课程涉及的内容较多,但是培养方案中该课程的总课时为32课时,其中理论授课部分达到20课时.而该课程传统的教学方式与别的课程类似,教师按照课本中的步骤讲解,然后学生模仿教师进行操作,最后撰写实验报告.这样的教学方式往往导致学生对课堂上的例子很熟悉,但很难做到对其他零部件进行结构分析和快速建模,并没有真正地掌握CAD/CAM技术的核心[3].这样的传统教学方式不能有效地将理论知识点和实际操作技能结合在一起,整个学习过程中学生缺少实践环节,严重影响了对学生综合应用能力的培训.
3.操作软件的选取不符合企业需求.随着计算机的快速发展以及各软件公司的激烈竞争,市场上的应用软件种类繁多,并且很多软件的功用均有一定程度的交叉.目前课程会涉及二维绘图软件Auto CAD、三维制图软件Solidwork、数控加工仿真软件Mastercam及有限元分析软件Abaqus.走访中船集团部分企业的调查结果显示：在我校传统教学过程中,有关操作软件的选择并没有和企业的需求紧密结合,导致学生走向工作岗位后,需要去学习新的软件,不能很快地适应企业的工作节奏,大大降低了工作效率.
二、课程项目化改革内容及实施
1.教学设计研究.我校在科研项目方面历来和中船重工及中船工业相关下属研究所及企业保持密切联系,充分利用学院科研项目资源,整合出部分适用于本科教学的项目案例.在教学设计时,让学生结合某些船舶关键零部件来进行学习和探究,进而完成一系列的任务.通过项目学习来培训学生对理论知识的综合运用能力,有利于帮助学生对整体知识的把握.在具体教学过程中,可以根据项目的实际复杂程度拆分成若干个子课题,让学生根据自己的兴趣去选择
2.丰富授课模式.打破传统的授课模式,不再单纯依靠授课教师的讲解.在学生完成相关上机作业后,让他们自己走上讲台去作报告,阐述自己是如何一步一步进行产品的设计、工艺的规划等.这样不仅锻炼了学生的口头表达能力,同时也能让他们进一步加深对所学知识的理解.
3.深入了解用人单位的技术需求.鼓励一线教师走出校门,走向企业,去了解企业用人单位对所在专业毕业生的真正需求,根据企业的需求去培养学生的专业能力.选择一些相对较新、企业正在使用的软件来教学生,这样能够调动学生的学习积极性,同时使得学生在学习的过程中做到有的放矢.
三、项目化教学改革实例——船用柴油机关键零部件建模及虚拟仿真加工
1.教学设计.考虑到我校是省内唯一的以船舶与海洋工程装备产业为主要服务对象的行业特色型大学,机械专业本科毕业生大多进入船舶行业企业从事生产设计工作,因此在设计项目化教学改革方案时,以某型号船用柴油机为研究对象,考虑到柴油机结构复杂,教师在授课前需对其进行合理的结构简化,选取6个关键零部件,即活塞、曲轴、连杆、排气门摇臂、进气门摇臂和气缸盖.机械制造专业2016级单个班级学生为42名,将学生分为6组,每组选择1个关键零部件作为项目研究对象.
2.具体实施步骤.在整个教学实施环节,每小组同学以各自的关键零部件为对象,完成以下任务：（1）根据教师提供的图纸,利用三维建模软件UG对船用柴油机关键零部件进行三维建模,并撰写相应的实验报告,阐述建模思想和建模过程,提交实验报告一份.（2）根据所建立的三维模型,利用UG软件生成关键零部件的二维草图,并根据绘图要求完善部件图纸绘制.（3）将自己所在组建立的关键零部件与其他组建立的关键零部件装配在一起,生成相应的爆炸视图,并运用干涉分析来检查零件干涉情况.（4）对关键零部件进行机加工工艺分析,确定其加工方法、加工顺序等,拟定关键零部件的工艺卡片.（5）结合已拟定的工艺卡片,运用UG软件,合理确定加工工艺、加工参数,完成各关键零部件的数控加工刀具轨迹的生产,为进一步生成数控加工G代码做准备,提交实验报告一份.（6）调用步骤（5）得到的各关键零部件的G代码,利用上海宇龙数控仿真软件及数控机床操作相关知识,完成各关键零部件的仿真加工过程,验证各种数控加工方法及加工参数优劣,完成加工方法及加工参数的优化.（7）进入中船动力有限公司车间,在生产师傅的指导下,在实际机床上完成1—2个关键零部件的加工,对比实际加工和仿真加工的区别,进一步优化所选用加工方法及加工参数.
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船舶行业引用文献:
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