proeNGINEER在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

黃曉峰來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:MNGINEER 三維設(shè)計(jì)能力
將proeNGINEER三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類課程教學(xué)及實(shí)踐性環(huán)節(jié),建立三維模型,進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫演示和運(yùn)動(dòng)特性分析,可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),全面提高學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力。

計(jì)算機(jī)和先進(jìn)制造技術(shù)的高速發(fā)展.使得三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的核心內(nèi)容,各種數(shù)控加工機(jī)械以及相關(guān)三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。高等教育教學(xué)改革應(yīng)該使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)與技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)。因此在教學(xué)實(shí)踐中。找到一種既具有先進(jìn)性,又體現(xiàn)創(chuàng)新性的手段.培養(yǎng)和提高學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力是目前的迫切任務(wù)。

proeNGINEER是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公的產(chǎn)品。該軟件采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念。改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念.這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD,CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。將現(xiàn)代化的proeNGINEER三維技術(shù)應(yīng)用到在機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)中?？梢越鉀Q傳統(tǒng)教學(xué)存在的很多不足。對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)具有童要的作用。近年來(lái),筆者在機(jī)械專業(yè)本科教學(xué)中,結(jié)合我校機(jī)械專業(yè)的特點(diǎn),以proengineer作為支撐軟件,研究在教育教學(xué)活動(dòng)努力把提高學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計(jì)能力當(dāng)作主要教學(xué)目標(biāo),調(diào)動(dòng)一切可能的方式和手段。使教師和學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力都得到有效的提高。

一、傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在的主要問(wèn)題

1.缺乏空間想象力。傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師借助于黑板、掛圖、模型對(duì)學(xué)生傳授知識(shí)。展現(xiàn)的圖形是靜態(tài)的,邊講、邊畫。速度較慢,而且對(duì)于圖形的演變或機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程無(wú)法全部直觀化,教師很難用語(yǔ)言形象地表達(dá)出來(lái),影響了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械類課程的興趣。

2.缺少工藝實(shí)踐能力。如在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中。由于學(xué)生對(duì)減速器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、使用和維護(hù)等工藝過(guò)程缺乏實(shí)際的感性認(rèn)識(shí).致使對(duì)大量的工藝問(wèn)題缺乏認(rèn)真的考慮.不能把零件必須具備的良好工藝要求貫穿于設(shè)計(jì)過(guò)程中。

3.缺乏創(chuàng)新意識(shí)。在以往的二維設(shè)計(jì)中.由于學(xué)生缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn).往往要進(jìn)行多次的修改。結(jié)構(gòu)變動(dòng)較大時(shí)則不得不重新設(shè)計(jì),繪圖的工作量較大。學(xué)生的認(rèn)識(shí)始終停留在二維圖紙上.并不能很好地了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)性能的影響以及單個(gè)零件與整機(jī)之問(wèn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,再加上缺乏直觀的認(rèn)識(shí)和理解,往往對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理也不得而知.難以激發(fā)學(xué)生更高一級(jí)思維和創(chuàng)造欲望。也不能最大限度地提高學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力。

二、努力搞好教學(xué)改革。加強(qiáng)學(xué)生三維設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

(1)建立三維設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式

為使提高學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力和整個(gè)課程體系相融合。符合學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律.并對(duì)學(xué)生完成模仿實(shí)物——模擬性設(shè)計(jì)——工程性設(shè)計(jì)——?jiǎng)?chuàng)新性設(shè)計(jì)的全過(guò)程培養(yǎng).在學(xué)生不同的學(xué)習(xí)階段.應(yīng)針對(duì)性地安排不同的教學(xué)內(nèi)容.以循序漸進(jìn)地達(dá)到不同的培養(yǎng)目標(biāo)。在一年級(jí)學(xué)生開設(shè)的機(jī)械制圖課程中插入M工程軟件的教學(xué)。有助于學(xué)生對(duì)各部分知識(shí)的掌握以及對(duì)平面圖形與三維實(shí)體之間關(guān)系的理解。在機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)階段.學(xué)生普遍感到比較困難的問(wèn)題是.如何將實(shí)體在大腦中成像以及對(duì)工程知識(shí)的理解。利用proeNGINEER的實(shí)體造型和編輯功能.可以幫助學(xué)生形象直觀地理解工程制圖教學(xué)相貫線等難點(diǎn)。只需要造型出兩個(gè)相交的實(shí)體,就可以利用proeNGINEER軟件.通過(guò)改變實(shí)體的大小。動(dòng)態(tài)地看到隨著實(shí)體大小的改變.相貫線所發(fā)生的相應(yīng)改變.這樣就可以使學(xué)生很快理解和掌握面、體、截交相貫的投影概念,使學(xué)生的想象能力和思維轉(zhuǎn)換能力顯著增強(qiáng)。實(shí)體模型使學(xué)生能夠更直觀地進(jìn)入真實(shí)的三維工程實(shí)際中.從感性上理解了三維設(shè)計(jì)的初建模方法。同時(shí)也架起了投影與實(shí)體之間的橋梁.增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握,培養(yǎng)了學(xué)生思維、想象、創(chuàng)造構(gòu)形的能力。實(shí)踐表明,學(xué)生的空間想象力大大增強(qiáng).對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握更加快捷順利,教學(xué)效果十分顯著。另外在大三根據(jù)要求開設(shè)了proe的專業(yè)模塊,如鈑金、模具、曲面等高級(jí)模塊的選修課。使學(xué)生的專業(yè)技能得到更大的提高。

(2)注重在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用proe工程軟件

加強(qiáng)實(shí)踐是環(huán)節(jié)是培養(yǎng)應(yīng)用性人才的關(guān)鍵.主要包括:課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。其中課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。在減速器設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)等課程設(shè)計(jì)中在給定設(shè)計(jì)目的后。首先要求學(xué)生擬定設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和相關(guān)尺寸的確定.然后利用proeNGINEER三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)設(shè)計(jì)的零件造型,再進(jìn)行三維裝配干涉檢驗(yàn)等。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。重新修改三維模型。設(shè)計(jì)出的新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上是否可行。相互配合的零件間尺寸是否合理.運(yùn)動(dòng)能否實(shí)現(xiàn),均能非常直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生可以利用proe的自頂向下的設(shè)計(jì)方式和其強(qiáng)大的參數(shù)化功能,完成各零件的設(shè)計(jì)和裝配。在對(duì)某些結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核和修改時(shí),只需修改零件的某個(gè)參數(shù)的數(shù)值即可完成整體修改,而且整個(gè)結(jié)構(gòu)可以非常直觀地顯現(xiàn)出來(lái)。此外。學(xué)生還可以應(yīng)用proe的機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能,直觀地觀察各零件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律更加相符合。使學(xué)生從感性和理性上能夠更加深入地理解設(shè)計(jì)的內(nèi)涵.能夠更好地增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)想象力。三維設(shè)計(jì)不僅能夠使學(xué)生直觀地看到自己的設(shè)計(jì)成果.增強(qiáng)學(xué)生的成就感。而且能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。學(xué)生在完成三維設(shè)計(jì)后,在工程圖模塊中通過(guò)三維轉(zhuǎn)二維。生成裝配體或三維零件的基本視圖和完整的尺寸標(biāo)注。這樣,就可以大大提高設(shè)計(jì)速度,讓學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一目了然.對(duì)三維設(shè)計(jì)與二維工程圖之間關(guān)系的理解會(huì)得到進(jìn)一步的加深。實(shí)踐證明采用三維設(shè)計(jì)的學(xué)生與其他采用二維設(shè)計(jì)的學(xué)生相比。設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他學(xué)生,主動(dòng)性和設(shè)計(jì)的興趣也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他學(xué)生。使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到一種全新的設(shè)計(jì)方法和工作樂(lè)趣.激發(fā)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)愿望,從而強(qiáng)化了學(xué)生的創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新意識(shí)。

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圖一減速器設(shè)計(jì) 圖二模具設(shè)計(jì)

(3)強(qiáng)調(diào)在理論教學(xué)中應(yīng)用proeNGINEER軟件

將proeNGINEER的三維技術(shù)融入機(jī)械類課程的授課,是一種新的教學(xué)理念同時(shí)也激發(fā)了學(xué)習(xí)三維軟件的興趣。機(jī)械原理課程中的各種機(jī)械傳動(dòng),如平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)等。機(jī)械設(shè)計(jì)中各種聯(lián)接、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、離合器、軸及滾動(dòng)、滑動(dòng)軸承等。在proeNGINEER中可以方便地設(shè)計(jì)出所見即所得的三維實(shí)體產(chǎn)品模型.再利用proeNGINEER提供的組件模塊實(shí)現(xiàn)模型的組裝,按照一定的約束條件或連接方式,將各零件組織成一個(gè)整體,便完成了一個(gè)完整機(jī)構(gòu)的組裝,輕松實(shí)現(xiàn)零件模型的虛擬裝配。對(duì)于缺少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的操作環(huán)節(jié)。不了解整機(jī)的裝配工藝,又不具備完善的空間想象力的學(xué)生來(lái)說(shuō).這確實(shí)是一種切實(shí)可行的設(shè)計(jì)模式,從而幫助學(xué)生理解機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程。提高學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。各種零件實(shí)體可以用鼠標(biāo)任意拾取并進(jìn)行操縱如縮放、旋轉(zhuǎn)等。以便從不同角度進(jìn)行觀察,并且還可以進(jìn)入到零件內(nèi)部(如箱體類零件)去觀看,以便進(jìn)一步理解零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特征。利用proeNGINEER裝配檢查.還可以避免以往設(shè)計(jì)中容易產(chǎn)生的碰撞等不合理結(jié)構(gòu),使三維模型的設(shè)計(jì)更趨完美。教學(xué)時(shí)可以在本模塊中給學(xué)生演示裝配各種機(jī)構(gòu)的過(guò)程。還可將裝配到一起的零部件分別移開生成裝配爆炸圖。使學(xué)生可以更好地對(duì)裝配結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系進(jìn)行分析和觀察。還可以利用proeNGINEER的提供的動(dòng)態(tài)仿真功能將典型機(jī)構(gòu)作三維動(dòng)畫演示,十分有效地解決學(xué)生對(duì)各類機(jī)構(gòu)的空間構(gòu)成及其運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)問(wèn)題。通過(guò)人機(jī)交互方式.修改機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)參數(shù),使學(xué)生進(jìn)一步理解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原理。能夠有效地分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真,從中得出所分析的位移、速度、加速度及力的準(zhǔn)確的理論數(shù)據(jù)和特性曲線,并和機(jī)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,分析異同點(diǎn)。

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圖三牛頭刨床機(jī)構(gòu) 圖四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
(4)營(yíng)造學(xué)習(xí)proe的良好環(huán)境

應(yīng)用proeNGINEER進(jìn)行教學(xué).可以顯著增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力,培養(yǎng)和激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新意識(shí)。用proeNGINEER系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),可從根本上改變過(guò)去手工繪圖,憑圖紙組織整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的方式,設(shè)計(jì)構(gòu)思的表達(dá)由二維圖紙演變成能用計(jì)算機(jī)模擬顯示三維實(shí)體模型的虛擬設(shè)計(jì)方式.實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品三維建模、裝配設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、干涉檢查等功能的綜合應(yīng)用,提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,縮短了設(shè)計(jì)周期,減少了設(shè)計(jì)差錯(cuò).使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能不斷了解新技術(shù),為將來(lái)走向社會(huì)打下良好的基礎(chǔ),培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情,也為學(xué)生自行設(shè)計(jì)某一新產(chǎn)品提供了很大的創(chuàng)作空間。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。形成良好的自主學(xué)習(xí)氛圍,我們成立了興趣小組,并和企業(yè)合作參與產(chǎn)品設(shè)計(jì),先后設(shè)計(jì)出彩瓦機(jī)、輪碾機(jī)等。同時(shí)參加了全球PTC大賽,讓學(xué)生發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力。設(shè)計(jì)出海、陸、空三棲軍事飛行器.可裝配機(jī)械人等。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真,當(dāng)這些作品栩栩如生地呈現(xiàn)在顯示屏上時(shí),學(xué)生就會(huì)有一種強(qiáng)烈的成就感。既鍛煉了動(dòng)手能力.又培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神,創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新意識(shí)得到積極體現(xiàn)。通過(guò)這樣的教學(xué)。學(xué)生的創(chuàng)新能力有了顯著提高.充分展示了學(xué)生的創(chuàng)新才能。

三、結(jié)論

為了使學(xué)生具有不同崗位的競(jìng)爭(zhēng)力。提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及其創(chuàng)造力.將三維設(shè)計(jì)作為機(jī)械專業(yè)本科生全過(guò)程培養(yǎng)的改革實(shí)踐表明,這樣的改革更有利于學(xué)生對(duì)相關(guān)課程內(nèi)的理解和掌握,有利于提高學(xué)生實(shí)際t程設(shè)計(jì)能力,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。有利于提高學(xué)生就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

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