趙林林

(江蘇財經職業(yè)技術學院機械與電子工程系 江蘇 淮安：223003)

目前的機構創(chuàng)新實踐教學中，多以教材的平面機構為主，一般通過預定的方案對硬件進行搭接操作，然后對搭接后的機構進行驗證性分析，這種演示性的實驗缺乏創(chuàng)新性，學生會感到沒有興趣，學生的創(chuàng)新思維能力得不到很好地訓練。

此外，學生在傳統(tǒng)的機構創(chuàng)新實驗平臺上搭建機構時，受其結構和功能的限制，只能做一些平面機構，對機構的分析和修改困難，而且搭建后的機構容易產生干涉，實驗教學效果不是很好。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，國內外很多的三維繪圖軟件在我國工程領域和教育領域不斷地應用，如三維設計軟件SolidWorks、Ug、Pro/e等正在逐漸成為機械工程中應用廣泛的設計工具，與其集成的三維動力學仿真軟件應用也越來越廣泛。

正因為如此，筆者在機構創(chuàng)新課中引入三維設計及分析軟件，將課程的實踐教學與先進的三維虛擬仿真分析技術相結合，可以提高學生的空間想象能力，培養(yǎng)和激發(fā)學生的創(chuàng)新動力和創(chuàng)新意識。利用三維軟件Solidworks的裝配功能，培養(yǎng)學生的機械產品的創(chuàng)新設計能力，利用三維軟件Solidworks的運動仿真功能，可以培養(yǎng)學生的機械產品設計成就感。

1 構建基于Solidworks的機構創(chuàng)新實踐項目

確定基于Solidworks的機構創(chuàng)新實踐命題領域和方向，以機械零部件為基本構件，輔以各種不同類型的運動副和主機架，以所學過的各種典型機構為基礎，盡量減少條條框框的束縛，給學生以極大的想象空間，讓他們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新意識和奇思妙想，最大限度地調動他們的主動性、積極性、創(chuàng)新性和實踐動手能力，按照機構運動原理和組成原理，把各自的創(chuàng)新思想貫穿在機構創(chuàng)新設計方案中，在Solidworks軟件上完成零件繪制、裝配并做運動仿真分析。

結合慧魚組合模型的創(chuàng)新機構，共確定了5個機構創(chuàng)新實踐項目的選題，遵循由易到難，循序漸進、螺旋提升的原則進行教學內容的設計，以培養(yǎng)學生的機械系統(tǒng)分析能力、設計能力和創(chuàng)新能力為目標。注重于開闊學生的思維，強調學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識進行創(chuàng)新設計的能力。使學生具有團結合作精神和認真嚴謹?shù)膶W習態(tài)度、具有一定的溝通知識和技巧、具有一定的創(chuàng)新意識。表1為機構創(chuàng)新實踐項目。

表1 基于Solidworks的機構創(chuàng)新實踐項目

2 基于Solidworks的機構創(chuàng)新實驗教學的教學模式

在具體實施過程中，學生以“個體-團隊”形式開展，分組后每組成員獨立完成、獨立考核。對每一個實踐項目按照運動方案擬定—建模—仿真分析進行實施，教師鼓勵每組做出最優(yōu)結果，然后由同學上臺利用PPT進行講解，再由教師進行綜合評價，保證學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的普遍性和基礎性。

項目實踐之前，由教師布置任務，指導學生運用創(chuàng)新思維，結合《機械設計基礎》課程上講過的機構演化方法，按小組完成創(chuàng)新設計方案，通過與教師討論，對方案進行修改和完善，最終確定個人的實踐方案。在實踐過程中，我們采用Solidworks三維設計軟件自行繪制構件，適當改變參數(shù)，確定形狀，大小不一的連桿、滑塊、凸輪、齒輪、槽輪、軸、帶、螺栓、鍵及彈簧等機械零部件的基本構件，完成對構件的建模，然后由學生按照確定的實踐方案，在Solidworks三維設計軟件中利用其裝配功能，添加不同類型的運動副和機架，完成機構的虛擬化裝配，檢查構件之間有無干涉。然后可以繼續(xù)添加驅動器，實現(xiàn)機構的動態(tài)運動仿真，完成機構的運動軌跡、位移、運動干涉情況的分析。

然后再由學生和教師共同討論小組內不同方案的運動性能和動力性能，對不同的方案進行比較，從而最終確定最佳的創(chuàng)新設計機構。

由教師繼續(xù)引導學生利用Solidworks三維設計軟件對零件進行繪制，完成零部件的建模裝配和運動仿真。

通過這種教學模式，不但提高了學生的實驗設計能力及準備的能力，而且激發(fā)了學生積極創(chuàng)新和熱愛實踐活動的熱情，同時不斷提高學生的計算機輔助設計的能力。

3 基于Solidworks的機構創(chuàng)新實踐教學的評價考核方法

考核要保證每一個學生的工作量和難度適中，要求在機械創(chuàng)新設計中主要突出機構運動方案的擬定和機械傳動與執(zhí)行部分的設計，要求傳動方案中至少含有兩種常用機構且有4-8個傳動構件，要求有必要的設計計算和結構設計。

實踐完成后進行組內評價、教師評價及學生互評；在總結提高環(huán)節(jié)，通過師生共同總結、課外拓展，實現(xiàn)知識和技能的提升。評價內容主要有方案可行性、結構合理性、計算嚴謹性、經濟性、功能演示、講解、答辯、計算說明書、方案草圖、模型及仿真分析結果等。

4 以“翻轉機械手”項目為例的機構設計

4.1 任務描述

由教師布置任務，并簡單介紹翻轉機械手的基本功能，指導學生運用創(chuàng)新思維，在現(xiàn)有的翻轉機械手的基礎上，進行方案的設計。

4.2 計劃與決策

由學生按照小組的形式進行討論，要實現(xiàn)翻轉機械手的機身回轉運動，可選方案有：蝸輪蝸桿、齒輪、鏈傳動、帶傳動、連桿傳動等；要實現(xiàn)翻轉機械手的臂部的升降直線運動，可選的方案有：氣缸、絲杠螺母、凸輪、齒輪齒條、連桿等；要實現(xiàn)翻轉機械手的臂部的前后直線運動，可選的方案有：氣缸、絲杠螺母、凸輪、齒輪齒條、連桿等；要實現(xiàn)翻轉機械手的手爪的夾緊、放松，可選的方案有：夾持式、勾托式、吸附式、擬手指式等。

通過老師的指導，對可選方案進行比較，確定機身回轉運動采用蝸輪蝸桿傳動；臂部升降運動采用絲杠螺母傳動，臂部伸縮運動采用絲杠螺母傳動；機械手爪采用夾持式的結構。

4.3 實施

教師繼續(xù)指導學生利用Solidworks三維設計軟件首先完成翻轉機械手的機構簡圖并進行計算和結構設計，然后對具體零件進行繪制，完成零部件的建模裝配和運動仿真。此項任務占據大部分的時間，需要學生能夠認真完成。

4.4 評價

學生完成之后，利用Solidworks進行翻轉機械手的演示，并對翻轉機械手的計算設計過程進行PPT講解。由學生自評、互評，教師最終評價完成學生的考核。

5 三維設計軟件應用在機構創(chuàng)新課程中的建議

本課程是一門綜合性實踐性很強的課程，需要用到大量的機械方面的知識，在實施過程中，要想成功地將三維軟件應用在機構創(chuàng)新課程中，需要學生熟練地掌握一種三維繪圖軟件及《機械設計基礎》這門課程，否則學生學習起來將有一定的難度。

此課程宜采用項目導向的教學方法進行，需要引導學生去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，課堂上通過布置任務，學生利用課后的時間查閱大量的資料，并采用三維設計軟件進行設計、仿真，學生學習的自主性很大。對于學生來講，有點難度，因為很多東西需要再創(chuàng)造，沒有現(xiàn)成的東西直接拿來用。所以在實施過程中，需要采取一定的措施保證學生能夠積極地完成。

以前開設的機構創(chuàng)新課，沒有采用三維設計軟件，直接在實驗室利用慧魚模型進行組裝搭建，一般學生都是按圖搭建，創(chuàng)新能力沒有得到提高，學生的收獲不是很大。但是在采用Solidworks三維設計軟件之后，學生的學習欲望加強，因為Solidworks軟件的熟練運用將直接應用在以后的工作中，具有針對性，雖然比以前的課程有一定的難度，但是學生學到的內容會更多。通過本課程的學習，對以后學生的畢業(yè)設計及工作崗位能力打下堅實的基礎，可以說本門課的每一個項目對學生掌握本專業(yè)的知識都有著非常重要的作用。

學生在機械運動方案設計、三維設計及仿真分析軟件應用以及團隊合作方面，得到較高水平的訓練，激發(fā)創(chuàng)新意識，增強實踐能力。

6 結束語

將Solidworks軟件應用在機構創(chuàng)新實踐教學中，不僅豐富了課程教學內容，拓寬了機械設計基礎課程的教學體系，最重要的是培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力，可以增強學生的團隊合作意識和繼續(xù)學習的能力。同時，在教學改革中能夠激發(fā)教師求真務實的工作熱情，最大程度地調動學生的學習積極性。

將三維軟件Solidworks應用在機構創(chuàng)新實踐教學改革中，符合機械設計基礎課程的建設目標和發(fā)展要求，符合高等職業(yè)技術院校培養(yǎng)高素質、高技能、創(chuàng)新型人才的總體目標，能夠為培養(yǎng)學生專業(yè)方面的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力做出了一定的探索和實踐，為推廣和應用三維軟件在課程建設中奠定基礎。

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