制造業(yè)信息化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、制造業(yè)信息化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用- 機(jī)械制造論文制造業(yè)信息化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用周海，徐曉明，邢莉，陳西府，黃傳錦，王正剛，焦麗麗（鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城224051 ）摘要：通過(guò)與西門(mén)子公司的深度合作， 將機(jī)械行業(yè)的 NX 系統(tǒng)高端軟件，融入機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)四年本科教學(xué)的人才培養(yǎng)體系，使智能化設(shè)計(jì)制造技術(shù)與機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合。 運(yùn)用 NX 系統(tǒng)軟件將智能化設(shè)計(jì)制造類(lèi)工程項(xiàng)目系統(tǒng)訓(xùn)練的經(jīng)驗(yàn)與成果，引入到機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐中，形成了有別于其他GO PLM 計(jì)劃（西門(mén)子和高校合作計(jì)劃）高校的特色課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。關(guān)鍵詞：NX 系統(tǒng)；機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革中圖分類(lèi)號(hào)

2、： G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674-9324（2016 ）03-0215-02項(xiàng)目資助：本文得到： 2015年江蘇省高教育教改項(xiàng)目“面向先進(jìn)制造業(yè)應(yīng)用型高級(jí)工程人才培養(yǎng)的校企協(xié)同育人機(jī)制研究”（ 2015JSJG264 ）；2015年江蘇省中高等職業(yè)教育銜接項(xiàng)目“面向先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的中等職業(yè)教育與應(yīng)用型本科銜接（3+4 ）銜接課程體系建設(shè)”（ZYJY2015053 ）；2015年江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”（ PPZY2015B123 ）；2014 年鹽城工學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“基于CDIO 理念的機(jī)械類(lèi)“卓越工程師”實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研

3、究與實(shí)踐（YGGJ2013021 ）”的資助作者簡(jiǎn)介：周海（ 1965- ），男，博士，教授，江蘇濱海人，主要研究方向： CAD/CAM 、超精密加工。隨著國(guó)家推進(jìn)“中國(guó)制造2025 ”，“互聯(lián)網(wǎng)+”與傳統(tǒng)制造業(yè)全面融合，制造業(yè)信息化技術(shù)不斷深入制造企業(yè)，對(duì)應(yīng)用型人才的要求不斷提高。機(jī)械設(shè)計(jì)作為應(yīng)用型高校機(jī)械方向核心專(zhuān)業(yè)教學(xué)科目，其課程設(shè)計(jì)是強(qiáng)化課堂理論教學(xué)的綜合型、 應(yīng)用型環(huán)節(jié)， 涉及多方面機(jī)械專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。貼近企業(yè)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，將切實(shí)增強(qiáng)應(yīng)用型高校大學(xué)生分析解決實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的實(shí)戰(zhàn)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。 傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)題目所涉及的機(jī)械傳動(dòng)裝置或結(jié)構(gòu)

4、較為簡(jiǎn)單，大部分構(gòu)件在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)。課程設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生的訓(xùn)練要求依舊突出手工計(jì)算、尺筆繪圖， 難以滿(mǎn)足制造業(yè)信息化技術(shù)時(shí)代企業(yè)對(duì)信息化應(yīng)用人才的能力要求。針對(duì)上述問(wèn)題我校對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方案進(jìn)行了全面改革，制定了基于 NX 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教案， 任務(wù)指導(dǎo)書(shū)，形成了機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)與西門(mén)子公司的深度合作，利用信息化設(shè)計(jì)制造技術(shù)克服傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的枯燥煩瑣， 使學(xué)生能夠?qū)⒂邢薜臅r(shí)間、 精力側(cè)重于課程設(shè)計(jì)任務(wù)的機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等應(yīng)用性、創(chuàng)造性較強(qiáng)的內(nèi)容上，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念1 ，2 。一、信息化技術(shù)在機(jī)械設(shè)

5、計(jì)中的應(yīng)用融入制造業(yè)信息化技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品三維仿真設(shè)計(jì)制造：三維軟件智能造型實(shí)體零部件數(shù)控機(jī)床加工產(chǎn)品組裝調(diào)試，許多制造企業(yè)已實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)流程。西門(mén)子 NX 系統(tǒng)軟件融合了三維智能造型、二維工程圖生成、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、 裝配干涉檢驗(yàn)及結(jié)構(gòu)受力分析等智能制造技術(shù)，功能強(qiáng)大。制造業(yè)信息化技術(shù)的應(yīng)用，提高了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，在接下來(lái)的零部件 CAE 分析、 CAM 加工過(guò)程中， 智能化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)更加顯著，與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)相比，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了大幅度提升。智能化設(shè)計(jì)可以使得復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程問(wèn)題簡(jiǎn)單化， 通過(guò)設(shè)計(jì)人員的規(guī)范化管理、設(shè)計(jì)任務(wù)的合理分工， 使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中團(tuán)

6、隊(duì)的協(xié)同性與個(gè)人的獨(dú)立性并行，基于制造業(yè)信息化技術(shù)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖1 所示。二、借助信息化技術(shù)開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)1.課程設(shè)計(jì)選題。目前機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以是按照市場(chǎng)導(dǎo)向、沒(méi)有參照的全新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 也可以是在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上模仿和改進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的選題范圍比較廣，如結(jié)合教師科研課題， 融合學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目，參照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的傳統(tǒng)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置、卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置等。 但是對(duì)課程設(shè)計(jì)題目的完成要求基本一致：理解機(jī)械產(chǎn)品的工作原理， 對(duì)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)， 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、 結(jié)構(gòu)受力分析， 完成機(jī)械產(chǎn)品二維裝配工程圖 1 張；繪制重要承載軸、傳動(dòng)齒輪等部分零部件的

7、二維工程圖各1 張；編寫(xiě)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 份。本機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)以三維虛擬模型總成及傳統(tǒng)實(shí)物模型總成作為參照， 學(xué)生通過(guò)對(duì)三維虛擬模型、 傳統(tǒng)實(shí)物模型的零部件測(cè)量核算、獲取模型結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)， 對(duì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)產(chǎn)品總成及其零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)根據(jù)工作量的不同， 以個(gè)人或小組團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行，各單位課程設(shè)計(jì)不同題，或者同題不同數(shù)據(jù)規(guī)格， 以常見(jiàn)的減速器課程設(shè)計(jì)為例：根據(jù)減速器輸出軸的輸出功率選擇合適的傳動(dòng)類(lèi)型，經(jīng)校核計(jì)算選擇對(duì)應(yīng)的齒輪類(lèi)型、材料、參數(shù)，計(jì)算軸徑、選擇軸承等，各單位完成各自課程設(shè)計(jì)任務(wù)3 ，4 。2.課題三維智能設(shè)計(jì)。作為西門(mén)子NX 授權(quán)教學(xué)培訓(xùn)高校， NX 系統(tǒng)軟件是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)

8、學(xué)生必修課程，經(jīng) NX 系統(tǒng)軟件教學(xué)課程的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基本的 NX 系統(tǒng)軟件三維智能設(shè)計(jì)、 虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的方法步驟，能夠獨(dú)立熟練的進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)?；?NX 系統(tǒng)軟件的三維智能設(shè)計(jì)， 可以將學(xué)生的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖用虛擬三維模型形象的表達(dá)出來(lái)，當(dāng)設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品零部件需要修改時(shí)， 方便學(xué)生對(duì)任務(wù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進(jìn)行修改，在面對(duì)構(gòu)造較為復(fù)雜的大型課程設(shè)計(jì)任務(wù)產(chǎn)品時(shí)，也便于實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的分工設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)合作。二級(jí)三軸式減速器箱體、箱蓋、各級(jí)傳動(dòng)齒輪、軸等的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程中的典型零部件設(shè)計(jì)知識(shí)，零部件三維智能造型如圖2 所示。在NX 系統(tǒng)軟件上，將減速器各零部件

9、的三維智能造型進(jìn)行虛擬裝配，通過(guò)裝配爆炸圖分析各零部件之間的裝配關(guān)系。利用裝配干涉檢查功能， 查看減速器總成設(shè)計(jì)是否合理，如存在干涉現(xiàn)象，則需優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，修改零部件三維模型。減速器裝配總成及爆炸圖如圖3 所示。3.關(guān)鍵零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。NX 系統(tǒng)軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊，可以方便快捷的對(duì)減速器傳動(dòng)軸、 傳動(dòng)齒輪等關(guān)鍵零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，驗(yàn)證減速器總成設(shè)計(jì)效果是否合理。在確定輸入或者輸出任一運(yùn)動(dòng)參數(shù)的情況下，使用NX系統(tǒng)軟件運(yùn)動(dòng)學(xué)分析即可計(jì)算獲得整個(gè)減速器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而效驗(yàn)傳動(dòng)齒輪等關(guān)鍵零部件是否符合減速器的設(shè)計(jì)要求。對(duì)任務(wù)產(chǎn)品的裝配總成進(jìn)行干涉分析，可檢查減速器各運(yùn)動(dòng)零部件在運(yùn)行過(guò)程中是否

10、與其他零部件發(fā)生碰撞等干涉現(xiàn)象，尤其齒輪與齒輪之間、 齒輪與箱體之間， 進(jìn)而檢查零部件的設(shè)計(jì)及裝配方案是否合理。4.主要零部件的受力分析。NX 高級(jí)仿真和其他有限元分析軟件基本操作一致，分為創(chuàng)建有限元模型、 創(chuàng)建仿真模型和后處理。 確定減速器輸入軸的功率后，即可根據(jù)減速器的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算獲得各軸及傳動(dòng)尺寸的受力情況。通過(guò)NX 系統(tǒng)軟件對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行受力分析，進(jìn)一步檢驗(yàn)零部件和減速器整體設(shè)計(jì)裝配是否合理。當(dāng)確定某個(gè)零部件其結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位受力情況超出了材料本身的許用應(yīng)力時(shí)，需要對(duì)該零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新效核計(jì)算，優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)， 從而使任務(wù)產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求。5.二維工程圖的生成。將虛擬裝配和模擬分析

11、沒(méi)有問(wèn)題的減速器總成三維模型，及所有定型的零部件， 經(jīng) NX 系統(tǒng)軟件的工程圖模塊，智能轉(zhuǎn)換生成包含三視圖、軸測(cè)圖等的二維工程圖。 對(duì)自動(dòng)生成的尺寸標(biāo)注進(jìn)行檢查修改，或手動(dòng)添加尺寸標(biāo)注，然后根據(jù)實(shí)際機(jī)械加工需要，標(biāo)注相關(guān)加工信息、技術(shù)要求、工程圖編號(hào)等，完成所有零部件及裝配總成的二維工程圖制作。NX 系統(tǒng)軟件作為高端CAD/CAE機(jī)械產(chǎn)品信息化設(shè)計(jì)軟件，將其引入到應(yīng)用型大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，符合當(dāng)前“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、 智能轉(zhuǎn)型”大環(huán)境下企業(yè)、社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的迫切需求，改善了機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 但要制定出一套完整， 且行之有效的基于NX 系統(tǒng)軟件的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)范， 仍有很多工作等待完善， 如：如何檢驗(yàn)及評(píng)判學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)的質(zhì)