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软件在机械工程专业实践教学中的应用

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软件在机械工程专业实践教学中的应用

机械类专业毕业生作为我国机械类企业人才的重要组成部分,其不仅要具有较高的专业知识,还要具有较高的动手能力,以适应当今企业对人才的需求。随着社会的不断进步和科学技术的迅猛发展,中国国际化步伐的进一步加快,各大企业面临的竞争环境日趋激烈,其产品面对的不仅是国内产品的竞争,并且还受到国外产品的冲击。企业要在其市场上占有一席之地,必须依靠优秀的设计团队开发出具有竞争力的产品,人才资源重要性变得越来越重要。机械类专业学生毕业的主要就业方向为机械设计、工艺设计、机械设备的维护、采购等。无论从事哪方面的工作,较强的动手能力是完成工作的重要基础,而创新能力则是工作水平进一步提升的重要保障。因此,为适应企业对机械类专业毕业生综合素质和创新能力的需求,使机械专业毕业学生在未来的工作中能够设计出性能优良、在市场上具有竞争力的产品,一方面要求高等学校在人才培养的过程中让学生学好基础课程,能系统地掌握专业知识;另一方面培养学生的动手能力和创新能力,以提高其综合素质,以适应日益激烈的竞争环境[1]。实践教学在培养学生的动手能力和创新能力方面有着十分重要的作用,是培养现代应用型、创新型人才素质的重要途径,国内外各知名院校对教学实践环节都非常重视[2]。国内各高校也都对现有的培养方案和教学大纲进行了重大的修改,新的培养方案增强了实践能力的培养,注重了学生动手能力和创新能力等综合素质的发展。随着计算机技术的飞速发展,其硬件的运算处理能力提高很快,目前一些典型的机械类软件如:AutoCAD、PR/E、UG、CATIA、ADAMS、SimulationX、MSC、ANSYS、Hyperworks、MasterCAM、Modelflow等在微机上都能运行起来。在实践教学环节中让学生合理运用各种仿真分析软件,其通过建立模型进行分析,在计算机上就可以虚拟完成在实验室里才可以开设的实验,并且时间不受限制,可重复性高。有效的缓解实验室的压力,甚至能完成现有实验室条件所不能开设的实验,能作为各门课程教学实验环节的一种有效补充手段。机械类专业实践教学环节主要由参观实习、各课程讲授期间相应的实验和课程设计、SRT等环节构成[3]。学生创新能力的培养首先要对所学理论知识有一个较深刻的理解,并且使学生能理论联系实际,解决一些实际工程问题。但是实际工程问题往往具有一定的复杂性,理论上建立其数学模型需要作很多简化,并且许多数学模型都是非线性的,求解比较困难。而在计算机上运用软件建立模型之后,让计算机进行求解,并运用所学的知识对分析结果进行评判,从而得到较为可靠的分析结果,不仅能使学生较圆满地完成教学实践的任务,同时对提高学生解决实际问题的积极性也起到促进作用。因此,在教学实践环节中,要鼓励学生对较复杂的机械设计问题进行建模分析,把仿真结果运用到产品设计中。实践证明学生在实践教学环节中运用仿真分析方法后,其课程设计水平和质量都有不同程度的提高,同时其动手能力和创新能力也得到了很大程度的锻炼和提升[4]。

1制图软件的应用

目前机械专业常用的制图软件包括二维制图软件和三维制图软件两大类。最常用的二维制图软件有AutoCAD、CAXA等。由于传统的机械设计方法是用二维视图来表达三维结构,此方法是基于画法几何中的投影规律,理论体系很成熟,一直被称为“工程的语言”。二维制图软件在精确性和制图效率上的优势较为明显,在二维零件图的表达上应用十分广泛。目前实际生产用的图纸基本仍然都是二维的平面图形。虽然从二维图纸到实际零件加工需要中间的转换,直观性远不及三维图纸,三维图纸是未来的发展方向,但是短时间内三维图纸标准不会马上出台,二维图纸在未来几年内仍然是主要的零件表达方式。许多教学实践环节如“机械设计课程设计、机械制造工艺课程设计”等需要绘制零件图的环节都可以应用到二维设计软件来出图。除此之外,在“机械创新设计”的课程设计中也可以运用到它,如根据输出构件的运动规律图,采用“反转作图法”来设计凸轮轮廓曲线的时,可以应用二维制图软件的精确划分角度和截取位移尺寸的方法来设计凸轮轮廓曲线。随着计算机硬件技术的发展,特别是三维CAD设计软件应用的普及,机械设计方法已经实现了直接三维零件的结构设计,这种设计方法具有形象、直观、快速的特点[5～6]。国外一些企业甚至实现了无图纸加工,即从设计到加工,全部由三维图形来实现,中间不需要再转换成二维图纸了。目前三维设计软件的种类很多,如普遍使用的有UGⅡ、Pro/E、CATIA、Ideas、SolidEdge等,功能也不断增强,而其中从三维到二维的投影又可以完全自动实现,并且可实现任意视图的表达,包括局部视图,放大视图等。我国不少大中企业目前都已投入应用,尽管没有全部普及,