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摘要：

通過與西門子公司的深度合作，將機械行業的NX系統高端軟件，融入機械類專業四年本科教學的人才培養體系，使智能化設計制造技術與機械類專業人才培養有機結合。運用NX系統軟件將智能化設計制造類工程項目系統訓練的經驗與成果，引入到機械設計課程設計的教學實踐中，形成了有別于其他GOPLM計劃（西門子和高校合作計劃）高校的特色課程設計教學模式。

關鍵詞：

NX系統；機械設計；課程設計；教學改革

隨著國家推進“中國制造2025”，“互聯網+”與傳統制造業全面融合，制造業信息化技術不斷深入制造企業，對應用型人才的要求不斷提高。機械設計作為應用型高校機械方向核心專業教學科目，其課程設計是強化課堂理論教學的綜合型、應用型環節，涉及多方面機械專業基礎課程知識的實際應用。貼近企業現實生產需求的機械設計課程設計，將切實增強應用型高校大學生分析解決實際機械設計相關問題的實戰能力，培養學生的創新意識。傳統的課程設計題目所涉及的機械傳動裝置或結構較為簡單，大部分構件在機械設計課程中已經學過。課程設計對于學生的訓練要求依舊突出手工計算、尺筆繪圖，難以滿足制造業信息化技術時代企業對信息化應用人才的能力要求。針對上述問題我校對機械設計課程設計的教學方案進行了全面改革，制定了基于NX系統軟件設計過程的機械設計課程設計教案，任務指導書，形成了機械設計課程設計教學質量檢驗評價標準。通過與西門子公司的深度合作，利用信息化設計制造技術克服傳統課程設計的枯燥煩瑣，使學生能夠將有限的時間、精力側重于課程設計任務的機構方案設計、結構優化等應用性、創造性較強的內容上，從而提高學生的學習興趣，培養學生先進的設計理念[1，2]。

一、信息化技術在機械設計中的應用

融入制造業信息化技術的工業產品三維仿真設計制造：三維軟件智能造型—>實體零部件數控機床加工—>產品組裝調試，許多制造企業已實現這一生產流程。西門子NX系統軟件融合了三維智能造型、二維工程圖生成、虛擬裝配、機構運動仿真、運動學分析、裝配干涉檢驗及結構受力分析等智能制造技術，功能強大。制造業信息化技術的應用，提高了機械產品設計的效率，在接下來的零部件CAE分析、CAM加工過程中，智能化設計的優勢更加顯著，與傳統機械產品設計相比，產品質量也得到了大幅度提升。智能化設計可以使得復雜的產品設計及工程問題簡單化，通過設計人員的規范化管理、設計任務的合理分工，使得機械產品設計過程中團隊的協同性與個人的獨立性并行，基于制造業信息化技術的機械產品設計流程如圖1所示。

二、借助信息化技術開展機械設計課程設計

1.課程設計選題。目前機械產品設計可以是按照市場導向、沒有參照的全新的創新設計，也可以是在現有產品的基礎上模仿和改進的創新設計。我校機械設計課程設計的選題范圍比較廣，如結合教師科研課題，融合學生機械創新項目，參照課程設計任務書中的傳統帶式運輸機傳動裝置、卷揚機傳動裝置等。但是對課程設計題目的完成要求基本一致：①理解機械產品的工作原理，對產品的零部件進行三維造型設計，運動學仿真、結構受力分析，完成機械產品二維裝配工程圖1張；②繪制重要承載軸、傳動齒輪等部分零部件的二維工程圖各1張；③編寫機械產品設計說明書1份。本機械設計課程設計以三維虛擬模型總成及傳統實物模型總成作為參照，學生通過對三維虛擬模型、傳統實物模型的零部件測量核算、獲取模型結構尺寸參數，對課程設計任務產品總成及其零部件進行設計。課程設計根據工作量的不同，以個人或小組團隊為單位進行，各單位課程設計不同題，或者同題不同數據規格，以常見的減速器課程設計為例：根據減速器輸出軸的輸出功率選擇合適的傳動類型，經校核計算選擇對應的齒輪類型、材料、參數，計算軸徑、選擇軸承等，各單位完成各自課程設計任務[3，4]。

2.課題三維智能設計。作為西門子NX授權教學培訓高校，NX系統軟件是機械類專業學生必修課程，經NX系統軟件教學課程的訓練學習，學生掌握了基本的NX系統軟件三維智能設計、虛擬裝配及運動學仿真的方法步驟，能夠獨立熟練的進行機械產品零部件設計。基于NX系統軟件的三維智能設計，可以將學生的機械產品設計意圖用虛擬三維模型形象的表達出來，當設計過程中發現產品零部件需要修改時，方便學生對任務產品結構尺寸參數進行修改，在面對構造較為復雜的大型課程設計任務產品時，也便于實現學生間的分工設計，團隊合作。二級三軸式減速器箱體、箱蓋、各級傳動齒輪、軸等的設計，綜合運用了機械設計專業課程中的典型零部件設計知識，零部件三維智能造型如圖2所示。在NX系統軟件上，將減速器各零部件的三維智能造型進行虛擬裝配，通過裝配爆炸圖分析各零部件之間的裝配關系。利用裝配干涉檢查功能，查看減速器總成設計是否合理，如存在干涉現象，則需優化設計參數，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.關鍵零部件的運動學分析。NX系統軟件的運動學分析模塊，可以方便快捷的對減速器傳動軸、傳動齒輪等關鍵零部件進行運動學分析，驗證減速器總成設計效果是否合理。在確定輸入或者輸出任一運動參數的情況下，使用NX系統軟件運動學分析即可計算獲得整個減速器的運動參數，進而效驗傳動齒輪等關鍵零部件是否符合減速器的設計要求。對任務產品的裝配總成進行干涉分析，可檢查減速器各運動零部件在運行過程中是否與其他零部件發生碰撞等干涉現象，尤其齒輪與齒輪之間、齒輪與箱體之間，進而檢查零部件的設計及裝配方案是否合理。

4.主要零部件的受力分析。NX高級仿真和其他有限元分析軟件基本操作一致，分為創建有限元模型、創建仿真模型和后處理。確定減速器輸入軸的功率后，即可根據減速器的設計參數，計算獲得各軸及傳動尺寸的受力情況。通過NX系統軟件對關鍵零件進行受力分析，進一步檢驗零部件和減速器整體設計裝配是否合理。當確定某個零部件其結構關鍵部位受力情況超出了材料本身的許用應力時，需要對該零部件的結構參數進行重新效核計算，優化受力結構，從而使任務產品符合設計要求。

5.二維工程圖的生成。將虛擬裝配和模擬分析沒有問題的減速器總成三維模型，及所有定型的零部件，經NX系統軟件的工程圖模塊，智能轉換生成包含三視圖、軸測圖等的二維工程圖。對自動生成的尺寸標注進行檢查修改，或手動添加尺寸標注，然后根據實際機械加工需要，標注相關加工信息、技術要求、工程圖編號等，完成所有零部件及裝配總成的二維工程圖制作。NX系統軟件作為高端CAD/CAE機械產品信息化設計軟件，將其引入到應用型大學生機械設計課程設計中，符合當前“創新驅動、智能轉型”大環境下企業、社會對應用型人才的迫切需求，改善了機械設計專業課程的教學質量，激發了學生的學習興趣。但要制定出一套完整，且行之有效的基于NX系統軟件的課程設計指導規范，仍有很多工作等待完善，如：如何檢驗及評判學生機械設計課程學習的質量？如何評價學生的創新設計能力？等等，都需要進一步實踐、探索，開發出一套實用的基于制造業信息化技術的機械設計課程設計體系。

參考文獻：

[1]周海，等.機械設計課程設計[M].西安電子科技大學出版社，2011.

[2]馬先英，蔡衛國，謝忠東，武立波.面向應用型創新人才培養的《機械設計》課程教學改革[J].教育教學論壇，2015，（2）：116-117.

作者：周海 徐曉明 邢莉 陳西府 黃傳錦 王正剛 焦麗麗 單位：鹽城工學院