数字化设计背景下“制造工艺课程设计”的教学改革与创新

范素香

摘要：探讨了华北水利水电大学与英国提赛德大学合作办学的“制造工艺课程设计”在实践教学中出现的问题，针对存在的问题，提出了改革的措施。经过两届学生三个班的教学实践，学生的主动性得到了更好发挥，数字化设计水平得到了提高，达到了教学改革的目的。

关键词：数字化设计;课程设计;制造工艺;教学改革

中图分类号：G642

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.057

1 引言

华北水利水电大学从2013年起，与英国提赛德大学开展合作办学，机械设计制造及其自动化专业开设三个班，目的是培养具有国际视野，掌握现代机械设计和制造的基本理论和方法，从事新型、机电液一体化产品的开发、试验、研究的国际化复合型高等工程技术人才。课程设置是公共基础课程和具有系统特色的专业课程，执行中方教学大纲，由中方人员授课，制造工艺等10门课程由英方提供全部教学资源，主要包括教学人员、教材、教学大纲等，教学内容和教学要求以英方的教学大纲为主。

2 存在的问题

2.1 课程理论基础与课程设计的衔接问题

制造工艺课程设计是机械工程及自动化专业合作办学（以下简称合作办学专业）的学生在修完制造工艺，并且进行过金工实习和生产实习之后进行的一个教学环节。通过课程设计，使学生了解机械加工工艺规程和工序，能设计出某一工序的专用夹具，为日后走向工作岗位打下基础。根据培养方案和教学大纲，制造工艺课程内容主要是金属材料的制造工艺，内容分为传统的材料成型方法，如制造、锻造、焊接、轧制和先进的制造方法，如粉末冶金、特种制造技术、3D打印技术等两大部分，对国内的零件加工工艺规程和夹具的设计并不涉及。这就造成制造工艺的课程理论基础与课程设计两者之间的衔接问题。

2.2 学生课程设计缺乏主观能动性

学生课程设计只是机械式模仿，缺乏主观能动性，被动设计，不愿意动脑筋思考，更谈不上创新性思维，学生抄袭现象严重，為了防止抄袭，要求学生图纸采用手绘说明书，手写占用大量时间，效率低，修改困难，与企业和社会现实脱节，不使用以计算机为主的现代设计方法，不利于创新性人才的培养。

2.3 采用一刀切的设计方法不利于学生潜能的发挥

学生层次不一，采用一刀切的设计方法不利于学生潜能的发挥。针对我校出现的这些情况，近两年来，课程组以合作办学专业3个自然班作为改革试点，大胆改革，进行了为期3年的实践。

3 改革措施

3.1 完善理论知识

针对英方授课制造工艺理论课程与中方课程设计内容的衔接问题，制造工艺增设20个学时，由中方授课，传授有关机械加工工艺规程和夹具设计的理论知识。

3.2 因材施教，改革设计方法

每个学生都是独立的个体，结合学生的兴趣和个人的理论基础和专业技能以及学习能力的差异，分为三维设计组、CAD二维设计组和手工设计组。

对三维设计组的要求：对于给定的被加工零件（二维图和三维图指导教师已给定）利用专用三维设计软件Solidworks等完成所有机械零件的结构设计，进入装配环境完成夹具装配，然后将三维转化为二维工程图，因为目前二维工程图仍然是业内主要的制造加工依据。三维设计组主要培养学生的设计能力和创新能力。

对CAD二维设计组的要求：熟练运用二维CAD软件如AUTOCAD、CAXA等软件绘制夹具装配图和零件图，绘制要求符合国家制图标准规范。在之前的课程中学生学过二维软件，在本课程设计中要求学生以CAD软件为工具完成夹具的设计，培养学生的设计能力。

手工设计组主要是为那些没有数字化设计基础又不愿意花费时间学习软件的同学设置的，手工绘图耗时长、效率低、不易修改，但是可以加深理解，防止抄袭。需要说明的是，虽然采用的设计手段不同，但教学大纲要求的知识点和能力点必须掌握。

3.3 过程控制，阶段性成果

加强过程控制，不再一图定终身。整个评价分为平时表现、零件的加工要求分析及毛坯确定、加工工艺规程、夹具方案设计、夹具图纸绘制、设计计算说明书、答辩八部分，教师对课程设计的全过程给予指导和监督，增强师生交流，避免抄袭现象。加强过程控制，分为以下几个阶段。

3.3.1 平时表现

平时表现分为学习态度和考勤情况。为解决课程设计期间学生考研、考雅思、找工作、补考对本课程设计的干扰，首先严格考勤制度，采用8h学习制，规定周一至周五上午08：00-12：00、下午02：30-06：30必须在设计教室做设计。其他时段和周六周日不做硬性要求，只要按进度完成课程设计即可。这样既给出了课程设计时间，又给出了学生自主学习其他课程的时间。学生的态度在课程设计中起着关键的作用，在一定程度上决定着课程设计的质量。教师要关注学生的考勤、纪律和学习态度，多和学生交流沟通和引导。

3.3.2 零件的加工要求和毛坯确定

对于给定的零件，学生要分析研究零件图纸，进行工艺审查，明确加工要求，明确夹具设计是设计中哪一道工序。每年都有一两个学生设计夹具不是任务书中指定的工序。学生需要根据零件计算出各个待加工表面的余量总和，绘制出毛坯图。

3.3.3 制定零件加工工艺规程

要求学生根据制造工艺课程选择定位基准面，进行加工方法比较，确定各加工面适宜采用的加工方法，确定最佳加工方案，制定零件加工工艺路线并填写工艺过程卡片和工序卡片，培养学生合理选用加工方法、机床、刀具的能力，初步具有设计工艺规程的综合能力。

3.3.4 方案设计阶段

夹具方案设计非常重要，决定了夹具设计的成败，也决定了课程设计的质量。所设计的夹具不但机构要合理，结构也应当合理，否则无法正常工作。学生要确定夹具结构形式，确定工件合理定位方案和夹紧力，合理选择和设置定位元件和夹紧方案，确定对刀块、钻模、镗套等对刀引导元件。指导教师要严格把关。

3.3.5 夹具图纸绘制阶段

在设计方法上虽然分为三维设计组、CAD二维设计组和手工设计组三个组，但无论是手工绘图、CAD二维出图还是三维模型转化为二维工程图，对最后出图的要求却是相同的。装配图绘制要求符合国家制图标准规范，标题栏及明细栏按国家标准规定，夹具装配图上需要标注轮廓尺寸（外形的长、宽、高）、配合尺寸、与加工精度有关的尺寸等。

3.3.6 设计计算说明书

设计计算说明书是整个课程设计的重要组成部分，也是审核设计合理与否的重要技术文件，锻炼学生的写作能力、总结能力。为毕业设计做准备，说明书的排版格式按照华北水利大学机械学院毕业设计（论文）格式的统一规定。为了避免出现学术不端情况，要求设计计算重复率不超过30%。

3.3.7 答辩

给定学生5 min左右时间进行成果阐述，老师根据设计计算说明书、图纸、规程卡提出问题，学生回答，从而确定学生對内容的掌握程度，并确定学生是否抄袭。在各个阶段都有成果要求，指导老师要审查每个学生的各阶段性成果完成情况，作为课程设计成绩很重要的一部分。

4 总结

本文针对本校机械设计制造及其自动化中英合作办学专业的制造工艺课程设计的问题，提出改进措施，经过两届学生的改革实践，提高了课程设计质量，取得了不错的效果。通过课程设计，学生的设计能力、撰写论文能力，运用数字化设计方法或手工绘制图纸的能力得到了锻炼，锻炼了学院查阅和利用文献、设计资料和手册的能力。协调了课程设计和学生考研、出国、考雅思、补考、找工作等问题的矛盾。如果不顾学生需求，硬性要求学生全部时间用来做课程设计，学生易产生抵触情绪，会影响学校和谐和课程设计的质量。所以采取八小时工作制，除非进度落后需要“加班”，否则大部分学生都可以按进度完成。

强化过程控制，审核阶段性成果，避免出现那种“课程设计不见人，最后一天交成果”的情况。经过过程控制和检查阶段性成果，老师可以及时发现学生出现的问题，也彻底打破了“三人设计，全班抄袭”的现象。经过此次课程设计改革，绝大部分同学的课程设计为独立完成。分为三维设计组、CAD二维设计组和手工设计组三个组，学生可结合自己的知识基础和爱好自主选择设计手段，学生的潜力得到挖掘，积极性得到提高，专业兴趣大大增强。

参考文献：

[l]罗云霞，唐艳丽，曲建俊，等.三维设计能力培养的系列课程改革与探索[J].机械设计，2018，35（ Suppl 2）：11-13.

[2]卢孔宝.基于创新能力培养为核心的实践教学改革探索与研究[J].浙江水利水电学院学报，2019，31（1）： 87-90.

[3]董丽琴.三维CAD在机械课程设计中的应用[J].煤炭技术，2009，28 （9）： 16-18.