錢曉平

摘要：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是技師學(xué)院機(jī)械專業(yè)“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、涉及范圍廣、實(shí)踐性要求高。準(zhǔn)對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)探討課程教學(xué)內(nèi)容與方法，強(qiáng)化應(yīng)用和實(shí)踐，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：本科+技師;智能型;現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

技師是具備相關(guān)技術(shù)，掌握或精通某一類技巧、技能的人員，傳統(tǒng)技師主要注重的是技能水平。隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，現(xiàn)代社會(huì)的專業(yè)化、自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從而對(duì)相關(guān)人員的專業(yè)技能要求將逐漸下降，智能水平要求日益提升。智能是將感覺(jué)、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)是把一種設(shè)想通過(guò)合理的規(guī)劃、周密的計(jì)劃、通過(guò)各種感覺(jué)形式傳達(dá)出來(lái)的過(guò)程，設(shè)計(jì)是智能的核心。然而，當(dāng)前作為我國(guó)高技能人才培養(yǎng)主陣地的技師學(xué)院，其技師培養(yǎng)方式與過(guò)程中，單純重視操作技能訓(xùn)練，片面強(qiáng)調(diào)社會(huì)化考核的對(duì)口訓(xùn)練，造成培養(yǎng)出來(lái)的技師存在技能單一、綜合能力弱等諸多問(wèn)題。為適應(yīng)當(dāng)今基于知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的智能制造產(chǎn)業(yè)對(duì)技能人才的需求，無(wú)錫技師學(xué)院“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，在課程體系設(shè)置上開(kāi)設(shè)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程教學(xué)。

1課程定位與內(nèi)容選取

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程是機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，其綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、多元交叉性，涉及內(nèi)容體系龐大。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展概況與趨勢(shì)，對(duì)常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法理論、創(chuàng)新思維和技法、內(nèi)涵、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域有一定的認(rèn)識(shí)，有助于開(kāi)拓學(xué)生的視野;讓學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，擴(kuò)大學(xué)生專業(yè)知識(shí)的廣度和深度，提高學(xué)生的理論認(rèn)知能力、應(yīng)用實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下一定基礎(chǔ)。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要研究設(shè)計(jì)方法學(xué)的基礎(chǔ)理論，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、工程遺傳算法等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，課程內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、復(fù)雜抽象，涉及數(shù)學(xué)建模、數(shù)值分析、模擬仿真等多方面的知識(shí)，對(duì)學(xué)生的工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。同時(shí)，該課程又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，研究的內(nèi)容直接面向工程中的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，與工程應(yīng)用緊密結(jié)合。

“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)開(kāi)設(shè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程，是側(cè)重于工程應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)應(yīng)該是解決實(shí)際工程問(wèn)題中的常用技術(shù)，讓學(xué)生在了解基本概念、基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)掌握應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法求解實(shí)際問(wèn)題的方法和步驟。因此，課程教學(xué)內(nèi)容選取了理論上成熟并已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的幾種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元法和可靠性設(shè)計(jì)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠解決工程實(shí)際中的一些基本問(wèn)題。對(duì)于其它的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和方法作為前沿知識(shí)介紹給學(xué)生，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。從教學(xué)內(nèi)容上既突出現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重點(diǎn)，又覆蓋現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的全貌。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，依靠不同層次的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件支撐來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。在教學(xué)中不要過(guò)多地局限于知識(shí)的理論介紹，而是要注重對(duì)學(xué)生實(shí)際技能的培養(yǎng)，讓學(xué)生對(duì)常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件有所了解并初步掌握。

2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是將工程設(shè)計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為求解最優(yōu)化問(wèn)題，利用數(shù)學(xué)最優(yōu)化理論，借助于計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

教學(xué)中對(duì)常用優(yōu)化方法的基本理論進(jìn)行講解，輔以多媒體，采用圖像、動(dòng)畫、聲音、視頻播放等手段，把抽象問(wèn)題具體化、生動(dòng)化，降低基礎(chǔ)理論的枯燥乏味性。增加實(shí)際工程案例分析，選取相應(yīng)的實(shí)際工程案例進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

MATLAB具有強(qiáng)大的科技計(jì)算、圖形處理、可視化等功能，已廣泛應(yīng)用于數(shù)值分析、工程優(yōu)化、數(shù)學(xué)建模等領(lǐng)域。采用MATLAB軟件作為課堂教學(xué)的輔助工具，將學(xué)生分組，對(duì)不同的優(yōu)化計(jì)算分別使用MATLAB 進(jìn)行編程求解。引入工程優(yōu)化問(wèn)題，讓學(xué)生選擇不同優(yōu)化方法求解，加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)了對(duì)MATLAB軟件熟悉程度。

3有限元法

有限元法是根據(jù)變分原理和插值法，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)求解工程問(wèn)題的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法。通過(guò)離散化將研究對(duì)象變換成一個(gè)與原始結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過(guò)一系列規(guī)范化步驟以求解應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，主要涉及靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、非線性分析以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析，是對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜件進(jìn)行精確分析、計(jì)算的一種十分有效的方法。

在有限元法的內(nèi)容教學(xué)中，除講述有限元法基本理論外，重點(diǎn)要向?qū)W生介紹工程中常用的ANSYS有限元分析軟件。通過(guò)輔助軟件的應(yīng)用，對(duì)一些典型結(jié)構(gòu)分析實(shí)例的學(xué)習(xí)，學(xué)生既學(xué)習(xí)了基本理論，熟悉了利用ANSYS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的求解過(guò)程，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力也得到了提高。

4可靠性設(shè)計(jì)方法

可靠性設(shè)計(jì)即根據(jù)可靠性理論與方法確定產(chǎn)品零部件以及整機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和有關(guān)參數(shù)的過(guò)程，是保證機(jī)械及其零部件滿足給定的可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法?？煽啃栽O(shè)計(jì)理論內(nèi)容比較枯燥，為提高學(xué)生的興趣，通過(guò)案例來(lái)引出可靠性問(wèn)題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)可靠性的必要性，可靠性的重要性。 講解可靠性的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合實(shí)例講解可靠性模型的建立， 如螺栓連接、軸、滾動(dòng)軸承和圓柱彈簧等典型機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)。為增強(qiáng)學(xué)生的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力，借助ANSYS可靠性分析模塊把分析結(jié)果圖形化，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有一個(gè)生動(dòng)、形象的認(rèn)識(shí)。

5計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算能力，輔助技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案，快速檢索數(shù)字、文字、圖形的設(shè)計(jì)信息，進(jìn)行圖形的編輯等。

工程數(shù)據(jù)處理的教學(xué)，播放相關(guān)視頻資料，使學(xué)生體會(huì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)過(guò)程中查詢工程數(shù)據(jù)的不同手段和方法，從而理解對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)記載的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的必要性。零部件的三維模型建立，結(jié)合工程應(yīng)用軟件SolidWorks、Pro/E、UG熟悉產(chǎn)品建模方法。AutoCAD用于二維工程圖紙的繪制和二次開(kāi)發(fā)。講解CAD技術(shù)時(shí)，可以結(jié)合完成的科研項(xiàng)目進(jìn)行，穿插引用工程實(shí)際案例演示，以增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)。通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的講解，可使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的綜合應(yīng)用能有更全面的認(rèn)識(shí)。

6結(jié)論

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法隨科技發(fā)展而不斷更新。不同類型的知識(shí)采用多種的授課方法，多媒體演示與實(shí)際操作訓(xùn)練結(jié)合，實(shí)際應(yīng)用案例與探究式教學(xué)方法結(jié)合，利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的渴求，提高學(xué)習(xí)積極性及能動(dòng)性，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的思想、理論、方法和手段有所掌握。圍繞提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力，推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，使教學(xué)工作的重點(diǎn)真正落到學(xué)生能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高上來(lái)，著力技師學(xué)院機(jī)械專業(yè)“本科+技師”應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

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