徐 創(chuàng)

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東韶關(guān) 512000）

如今機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域正處于突飛猛進(jìn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)模式已經(jīng)無法完全滿足新時(shí)代高職學(xué)生的實(shí)際發(fā)展需求。機(jī)械設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)技術(shù)相對(duì)落后的情況下，只能通過粗略計(jì)算處于靜止?fàn)顟B(tài)的形體來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，該類計(jì)算方法所得設(shè)計(jì)結(jié)果存在一定的不合理性而且工作效率比較低，不利于設(shè)計(jì)者有效把握設(shè)計(jì)精度。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的持續(xù)應(yīng)用，可充分利用電子技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)型動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。目前高職教育已逐步將機(jī)械設(shè)計(jì)納入教學(xué)重點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)深度融合，力求提升教學(xué)實(shí)效的同時(shí)，培養(yǎng)更多滿足新時(shí)代發(fā)展需求的專業(yè)英才。

一、簡(jiǎn)析計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

（一）有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)能將機(jī)械設(shè)備內(nèi)部配件的功能特性予以立體展示，計(jì)算機(jī)設(shè)備中的計(jì)算程序能確保機(jī)械設(shè)計(jì)工作順利開展，并通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助程序來提高機(jī)械設(shè)計(jì)工作的計(jì)算精準(zhǔn)度。采用計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)既能節(jié)約人力資源成本又能實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)運(yùn)算，使設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度得到大幅度降低。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，能結(jié)合客戶要求快速修改機(jī)械產(chǎn)品使其更加完善，進(jìn)一步體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的便捷與合理性。相關(guān)工作人員在使用輔助程序修改原有方案時(shí)，能夠減輕自身工作壓力，在深度優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式的同時(shí)，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)工作質(zhì)量及效率。[1]

（二）有利于提高數(shù)據(jù)處理精準(zhǔn)性

眾所周知，機(jī)械設(shè)計(jì)工作對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求較高，采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，并結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)控功能實(shí)時(shí)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)管，以此提高相關(guān)數(shù)據(jù)的編輯與修改效率。在出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員可通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)直接進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)修復(fù)，以便于他們能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并妥善處理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的各種疏漏，進(jìn)而科學(xué)化處理各類信息并及時(shí)上報(bào)。在計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可充分利用現(xiàn)代CAD 技術(shù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)建模，無須耗費(fèi)過多人力、物力等資源就能最大限度還原三維立體實(shí)物，而且還能有效確保該類模型的穩(wěn)定性。在機(jī)械設(shè)計(jì)投入市場(chǎng)之前，可設(shè)專人負(fù)責(zé)模型檢測(cè)，從根本上消除機(jī)械設(shè)計(jì)所蘊(yùn)含的各類安全隱患。除此之外，還可以利用計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)打破原有時(shí)間與空間方面的局限，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的控制、計(jì)算能力，全方位分析設(shè)計(jì)參數(shù)并多角度監(jiān)管機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果，有利于減輕各類資源的不必要浪費(fèi)，并提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)用性。[2]

（三）有利于縮短機(jī)械設(shè)計(jì)工作周期，使零件的修改設(shè)計(jì)更加便捷

計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)能在縮短機(jī)械項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期的同時(shí)減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)亦無須投入過多人力成本，減輕設(shè)計(jì)師的工作壓力。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在遇到某些機(jī)械設(shè)計(jì)人員可針對(duì)復(fù)雜型機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用CAD 等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件快速展現(xiàn)三維立體的設(shè)計(jì)模型，將零件的煩瑣結(jié)構(gòu)以簡(jiǎn)易的零件組合模式充分體現(xiàn)出來，不僅能降低設(shè)計(jì)難度還能切實(shí)提高設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性。充分利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能避免機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的時(shí)間被過度浪費(fèi)，而且設(shè)計(jì)人員在重新組裝簡(jiǎn)易零部件時(shí)，還可以對(duì)其進(jìn)行合理改良，以便于機(jī)械設(shè)計(jì)得到進(jìn)一步創(chuàng)新。雖然機(jī)械設(shè)計(jì)在實(shí)操過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各類影響整體功能與設(shè)計(jì)效果的弊端問題，但設(shè)計(jì)人員可根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求及工作特性對(duì)其進(jìn)行有效調(diào)整與改進(jìn)。由于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)多采用手繪等方式落實(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)活動(dòng)，一旦存在設(shè)計(jì)問題，勢(shì)必會(huì)增大修改難度，甚至可能需要重新繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙。而計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)，則可輕松規(guī)避此類問題，它能在整體設(shè)計(jì)中模擬機(jī)械產(chǎn)品的裝配環(huán)境，并有效推演更換零件的相關(guān)流程等，使機(jī)械設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)單、便捷，既能有效提升整體性的機(jī)械設(shè)計(jì)成果，又能合理控制機(jī)械設(shè)計(jì)成本。[3]

二、傳統(tǒng)高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題

（一）題目單一且時(shí)間有限

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)題目多以帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主，其中減速器的種類頗多（如齒輪/蝸桿減速器、蝸桿齒輪減速器等）。對(duì)于基礎(chǔ)薄弱的高職學(xué)生來說，他們?cè)谠O(shè)計(jì)工作中可能會(huì)接觸到一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器，而且相關(guān)教師會(huì)給不同小組學(xué)員提供不同類型的設(shè)計(jì)參數(shù)。之所以會(huì)使用單一題目，主要是想降低學(xué)習(xí)難度，確保學(xué)生能用書本上的知識(shí)解決實(shí)質(zhì)性問題。但是，網(wǎng)絡(luò)中的課程設(shè)計(jì)資料很多，若高年級(jí)的學(xué)生將設(shè)計(jì)資料進(jìn)行外傳，極有可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象。而且該類題目太過具體化，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)了斜齒輪、蝸桿等之后無法將其有效應(yīng)用，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一般都在相關(guān)課程結(jié)束后的半個(gè)月之內(nèi)完成，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電動(dòng)機(jī)選型、傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算以及齒輪傳動(dòng)、軸系等方面設(shè)計(jì)。各類零件都需要校核（如鍵、軸承等），學(xué)生應(yīng)提交相關(guān)的裝配圖、零件圖以及說明書等資料。整體計(jì)算過程大約需要3—5 天，因?yàn)槔L制裝配草圖相當(dāng)耗時(shí)間。教師相應(yīng)對(duì)其進(jìn)行有效批改，而學(xué)生也應(yīng)做好相應(yīng)的返修工作，直到草圖無誤后才能對(duì)其進(jìn)行后續(xù)完善。在機(jī)械設(shè)計(jì)比較倉促的情況下，部分學(xué)生會(huì)完全選擇參照例圖進(jìn)行公差標(biāo)注等操作，以至于最終的設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際需求并不相符。也有部分學(xué)生，沒時(shí)間校核軸或軸承等，在未進(jìn)行深層次思考的情況下，極易滋生為了完成相關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)而選擇抄襲，不利于機(jī)械設(shè)計(jì)工作的有效開展。[4]

（二）教學(xué)理念、模式相對(duì)落后

高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的傳統(tǒng)理念早已在教師心中根深蒂固，他們頗為重視理論方面的知識(shí)講授，并未真正意識(shí)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的意義所在，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)相關(guān)教學(xué)活動(dòng)的主動(dòng)性大幅度降低。學(xué)生無法真正弄懂相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果也會(huì)因此受到不良影響。畢竟，機(jī)械設(shè)計(jì)屬于一種系統(tǒng)龐大且復(fù)雜性較強(qiáng)的課程體系，高校在縮短課時(shí)的情況下，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法全面獲取綜合性較高的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，不利于增強(qiáng)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)綜合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，提高自身分析、解決問題的能力。盡管很多企業(yè)早已不用手工制圖的方式進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作，改用現(xiàn)代CAD 技術(shù)，奈何學(xué)校教育相對(duì)滯后。學(xué)生依然采用傳統(tǒng)手工方式制圖，對(duì)CAD 等先進(jìn)軟件技術(shù)的認(rèn)識(shí)與使用都比較薄弱。機(jī)械設(shè)計(jì)教師為了防止學(xué)生抄襲，才要求他們進(jìn)行手工制圖，但若因?yàn)楹ε聦W(xué)生抄襲而杜絕制圖軟件的使用，則不利于學(xué)生緊跟時(shí)代的步伐接觸前沿技術(shù)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)課程設(shè)計(jì)模式，一旦有某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模返工，耗時(shí)又費(fèi)力。因此，設(shè)計(jì)思路應(yīng)從創(chuàng)建三維模型入手，在裝配順利且相關(guān)運(yùn)動(dòng)互不干涉，并確保強(qiáng)度校核無誤的前提下，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)生成二維圖紙，然后再對(duì)其進(jìn)行試制。[5]

利用三維軟件輔助設(shè)計(jì)能確保修改模型中的某個(gè)參數(shù)之后，其他參數(shù)也會(huì)同步變化，并生成新的模型設(shè)計(jì)圖紙。所以，學(xué)生應(yīng)積極學(xué)習(xí)并將三維制圖軟件使用技術(shù)充分運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，以便于更好地進(jìn)行自我完善。機(jī)械設(shè)計(jì)本身就屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，合理的實(shí)踐教學(xué)能起到事半功倍的效果。對(duì)于學(xué)生來說，他們可將所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識(shí)在實(shí)踐過程中從機(jī)械結(jié)構(gòu)、工藝等方面進(jìn)行應(yīng)用，獲取更多新的思想認(rèn)知，并有效解決實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的相關(guān)問題。若機(jī)械設(shè)計(jì)僅注重于理論知識(shí)方面的教學(xué)，則不利于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握，更不利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，教學(xué)效果也會(huì)大打折扣。

三、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用策略

（一）優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系

機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，著重構(gòu)建完善的知識(shí)系統(tǒng)并注重于培養(yǎng)學(xué)生的能力，使之成為滿足新時(shí)代發(fā)展要求的一體化課程體系。課堂教學(xué)不僅是單純的理論講解，還應(yīng)通過實(shí)操讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的使用原理，確保機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造等方面的課程理論知識(shí)能被合理化綜合運(yùn)用。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能把設(shè)計(jì)、繪圖以及制造等環(huán)節(jié)緊密關(guān)聯(lián)，建立三維技術(shù)的全新機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)，深入淺出地歸納繪圖環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法及原理，使學(xué)生善于總結(jié)設(shè)計(jì)方法，而非研究軟件本身，進(jìn)而培養(yǎng)出工作態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)且創(chuàng)新能力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)人才。

在課堂教學(xué)內(nèi)容方面應(yīng)充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，而非教師想教什么就教什么。機(jī)械專業(yè)就業(yè)面廣，學(xué)生可從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造、工藝規(guī)程以及機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)管理等，教師可圍繞學(xué)生的就業(yè)與發(fā)展需求，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)通用方法的歸納與講解，以圖文并茂的直觀方式，搭配通俗易懂的語言話術(shù)，從特征建模到裝配設(shè)計(jì)等逐個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效講解，直到后續(xù)工程圖的建立，以確保更多學(xué)生都能聽懂相關(guān)課程內(nèi)容。

積極改進(jìn)當(dāng)前的教學(xué)方法，把原來的被動(dòng)型知識(shí)灌輸模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代技術(shù)指導(dǎo)模式進(jìn)行教學(xué)，比如采取零件加工方式來確認(rèn)建模流程時(shí)，首先應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行零件分析，了解計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)操方法，指導(dǎo)學(xué)生探索零件加工方法并引導(dǎo)其正確選用相關(guān)的零件草圖，必要時(shí)還應(yīng)為學(xué)生做出相應(yīng)的示范直到順利完成教學(xué)目標(biāo)。如此，便能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)積極性，同步提高他們的課堂參與度及解決問題的能力。引導(dǎo)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中充分利用CAD 軟件程序，并了解其各項(xiàng)功能，以便于更好地完善相關(guān)模型。值得一提的是，機(jī)械設(shè)計(jì)教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定并確保他們能夠依照設(shè)計(jì)原理進(jìn)行各環(huán)節(jié)的零部件排序，采用布爾運(yùn)算技術(shù)達(dá)到合理布局零部件的效果。充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)有效改變零件狀態(tài)，使其滿足實(shí)際工程項(xiàng)目的各項(xiàng)指標(biāo)要求，進(jìn)而完善機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)體模型，力求整體機(jī)械裝配圖保持自身應(yīng)有的科學(xué)性及完整性。

（二）應(yīng)用于三維造型

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)主要是通過三維造型設(shè)計(jì)來完善機(jī)械設(shè)計(jì)工作，利用計(jì)算機(jī)輔助程序立體化顯示三維機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)時(shí)信息，使設(shè)計(jì)人員的思路更加清晰，以便于他們能夠以直觀、快速的方式有效調(diào)整或修改當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，使整體設(shè)計(jì)效果達(dá)到最佳。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件能夠整合并分析原有機(jī)械設(shè)計(jì)版本，并為后續(xù)產(chǎn)品的優(yōu)化升級(jí)提供有力的技術(shù)支持。既能快速優(yōu)化三維造型效果，又能提高計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量與效率，使機(jī)械設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。有利于學(xué)生全面細(xì)致地認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)模型，使其能直接在計(jì)算機(jī)軟件中快速調(diào)整相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，大幅度提高機(jī)械設(shè)計(jì)問題的修改效率。由于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)作品中常會(huì)涉及電子文檔類型的標(biāo)注或說明，該類文件資料通常需要手動(dòng)操作。利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)則可根據(jù)所創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型形成自動(dòng)化的電子文檔，能有效節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間成本。[6]

（三）應(yīng)用于工程分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)試以及逆向工程等

機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的功能要求，合理分析其力學(xué)結(jié)構(gòu)與性能。采取動(dòng)力學(xué)建模分析并嚴(yán)格落實(shí)CAD 程序工程分析與結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面工作。充分利用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)將機(jī)械產(chǎn)品的三維實(shí)體模型直接導(dǎo)入有限元分析程序之中，即可對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改進(jìn)與優(yōu)化，并針對(duì)設(shè)計(jì)中的碰撞問題、材料強(qiáng)度以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等進(jìn)行細(xì)致化認(rèn)證。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，有時(shí)也會(huì)通過逆向工程的形式完成機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)。畢竟逆向工程設(shè)計(jì)技術(shù)比較先進(jìn)，能切實(shí)滿足當(dāng)下行業(yè)發(fā)展的最新需求。因此，必須結(jié)合最新科研成果持續(xù)創(chuàng)新并完善逆向工程設(shè)計(jì)技術(shù)，然后利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)及新型CAD 制圖軟件，采取測(cè)量坐標(biāo)的方式使逆向工程轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M模型，最大限度減輕逆向工設(shè)計(jì)在應(yīng)用過程中的工作壓力，以此提高其應(yīng)用效率及整體機(jī)械設(shè)計(jì)水平。

結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)能夠減輕機(jī)械設(shè)計(jì)人員的實(shí)際工作量，以理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式提高設(shè)計(jì)人員處理問題的能力。在提高機(jī)械設(shè)計(jì)智能化水平及信息處理效率的同時(shí)，有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的各種弊端問題，既能避免人工失誤又能節(jié)約成本，有利于高校在培養(yǎng)高端人才的同時(shí)推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。