浅议探究基于UG平台机械原理课程设计新方式学术

摘 要：针对我院车辆工程专业机械原理课程设计教学瓶颈，探究了一种基于UG工程软件平台的课程设计新模式。该模式面向车辆工程专业特点展开，融入了先进的现代工程设计与分析理念，采用了分层次教学方法，使学生在获得基础知识运用能力的基础上，培养了系统思维能力和现代工程软件应用能力，提高了学生的设计水平以及现代工程素质。
关键词：UG 机械原理 课程设计 新模式
机械原理课程是车辆工程专业的主要技术基础课程之一，在专业课程体系中处于承上启下的重要地位，机械原理课程设计是课程教学的重要实践环节，其目标是提高学生基础知识运用能力并增强机械设计创新意识。随着时代的进步，赋予传统实践教学新教学手段的教学改革势在必行，作为目前流行的集成化系统软件UG，凭借其卓越的设计分析应用功能，可为课程设计教学提供十分强大的支持。针对我院车辆工程专业机械原理课程设计存在的瓶颈，基于专业特点，提出了基于UG平台的课程设计新模式，并通过实例分析探讨了具体实施方法，为机械原理课程设计的教学改革提供了新思路。
1 当前课程设计在教学中面临的瓶颈
1.1 设计思路单

一、技术手段滞后

设计思路以参照机械原理课程教学中机械系统方案设计的知识体系进行，每名学生针对所选机械系统提出设计方案，通过对比方案选出最优设计，最终通过二维设计软件AutoCAD将设计构思表达出来。显然，这种基于传统图解法的二维设计已无法有效激发学生的设计热情，使本应生动的实践过程变得枯燥。

1.2 专业特色不突出，难以调动学生积极性

课程设计选题仍以通用机械为主，且学院各专业选题内容没有区别，车辆工程专业学生在设计中很难将本课程与车辆工程联系起来，这种有效关联学生难以构建，因而难以有效调动学生的积极性。

1.3 缺乏现代工程软件应用能力

我院隶属于农科院校，先进设计手段在教学中的应用还较为滞后，尤其是在现代工程软件的应用方面，至今学生还未系统地学习一款三维设计软件。先进的设计工具凝聚着先进的设计思想，如何借助现代工程软件平台，最大化地将现代设计思想灌输给学生，是我院亟待解决的问题。

1.4 缺乏设计分析一体化的整体思维能力

由于缺乏现代工程软件的应用支撑，学生在课程设计中往往只是一些机构的简易拼凑，对方案的可行性、合理性、工作是否会相互干涉等问题无法进行深入思考与切实验证，从而无法有效获得机械系统整体思维能力。
2 课程设计新模式
为了改变目前我院车辆工程专业机械原理课程设计的现状，提出了基于UG平台的课程设计实施新模式，通过将现代工程软件融入课程设计中，提高学生的设计能力。

2.1 工程设计软件平台的选择

针对机械原理课程设计特点，选择的软件平台应具有三维建模、机构仿真、运动及动力学分析功能，另外，考虑到本科阶段学生能力和精力有限的特点，不宜涉及多款专业软件，尽量以学习一款能解决设计中诸多问题的集成化软件为佳， UG正是集CAD/CAE/CAM一体化的大型系统软件，而且实用性好，越来越受到中国高校及企业用户的青睐，而且UG每个版本的更新都能同步反映当代最新的设计方法和理念，为学生今后的知识更新与扩容奠定基础。

2.2 具有专业特色的课题选择

在课程设计题目的选择上，紧紧围绕车辆机械这条主线，针对车辆工程领域常见的机械结构进行传动方案设计、运动仿真以及动力分析。选题基本方针是将各种车辆机械中相应的常见机构作为优选课题，并且为避免课题单一，必须在题目设计上实现多样化、个性化。例如同一机构类型在不同车辆类别、不同型号车辆、不同设计参数下进行设计，这样既能保证学生设计不重题，又能有效促进学生之间的讨论与交流。以专业特点为导向的课题选择，不仅实现了课程学习与专业学习的融合，达到了学以致用的效果，而且也很好地激发了学生的学习动力。

2.3 分层次的设计与指导

分层设计与指导从两个层面展开，其一，扩大选题范围并增加选题层次；其二，基于因材施教的原则，将3～6人作为一个小组，新模式下的分层设计是将一个大课题细化为若干层次的小课题，组员根据自身能力和兴趣选择一个，小课题难度分层次且关联递进，整个大课题只有在每个小课题都完成的情况下才能完成。这种模式不仅便于指导教师的分类指导，也有利于学生独立思考与团队合作。摘自：本科毕业论文答辩www.618jyw.com

2.4 新模式的实施框架与目标

通过框架图可以看出，新模式的技术载体是UG软件，UG软件工具运用的熟练程度直接决定了整个课程设计的进展情况。因此，新模式的前期准备阶段至关重要，为了在课程设计正式开始之前使学生对软件有一定的了解，需要教师将工程软件有效引入整个机械原理课程教学中，这方面已有许多教学工作者将之引入机械原理课程教学中，并在提高教学效果的同时就如何提高学生软件运用能力方面作了有益的研究和实践[2，3]，值得借鉴。教师指导重点是把握课题的分层次布置、设计方法的引导以及软件使用技巧的点拨。在整个设计过程中，小组成员共同讨论方案的拟订，然后根据能力层次分工完成机构建模、运动分析、动力分析、设计优化等环节，每个环节在独立设计的基础上又离不开团队合作，在设计完成后以期每名学生既能对所选课题建立起系统的认识，又能熟练掌握相应设计环节的软件运用。
通过这种新模式的实施，所要达到的实践教学目标如图2所示。借助UG平台进行的课程设计，基本目标是使学生同时获取综合运用基础知识和软件应用能力，理想目标是学生完成课程设计后能形成系统的设计思维，创新能力有所提高。
3 新模式实施案例
以具有车辆工程专业特点的典型汽车发动机机械系统为例说明，新模式的实施。三维虚拟设计模型框图如图3所示。
3.1 针对专业特点挖掘设计课题挖掘具有专业特点的设计题目，发动机是车辆的心脏，透彻了解它的结构是车辆工程专业相关课程教学的一个重点。如图3所示，将发动机整个机械系统作为一个大课题，以发动机活塞运动仿真与分析a、发动机气门运动仿真与分析b、发动机气阀联动运动仿真与分析c为子课题，其中a对应于曲柄滑块机构，b对应于凸轮机构，c对应于齿轮机构，这些常用机构建模、装配及仿真，教师在前期准备环节中，都应通过UG软件平台将其融入机械原理课程教学中。类似的课题还可以从车辆传动机械系统转向机械系统、制动机械系统等中挖掘，车辆类别可从普通汽车扩展到农用车辆、铁路车辆等。

3.2 分层次地设计指导

本课题可根据学生能力和成绩，按分层教学思想和模式分配给3～6名学生共同完成。其中对于成绩差的学生，指导重心应放在运用基础知识创建典型机构的运动方案上，如活塞运动、气门运动、气阀联动的工作原理拟定及运动尺寸的确定，并学会运用UG创建单个零件的三维模型；对于成绩较好的学生，指导重心应是学会运用UG进行单一机构的装配设计和干涉检查；对于成绩好、能力强的学生，指导侧重点放在整机的运动仿真及方案优化上。在整个设计过程中，每个层次的指导又不是割裂的，每个子课题相互关联递进，强调每名学生在有所侧重的基础上共同参与源于：论文 格式www.618jyw.com
，实现系统思维的构建、综合能力的培养。

3.3 基于UG的设计过程

在机械原理课程设计中，UG软件平台主要借助建模、装配和运动仿真三大模块功能。首先，学生要对UG建模模块中的常见操作命令熟练掌握，领会三维建模思想，这是每一名学生在课程设计开始之前必须达到的要求；其次，学生进入UG装配模块进行机构的装配设计并进行干涉检查，这一环节需要教师进行示范演示并穿插上机强化；最后，在机构装配完成后进入UG运动仿真模块，学生通过仿真结果，给出方案评价或方案优化。
4 结束语
UG软件平台背后的CAD/CAE技术已逐步成为现代产品设计的主流技术，我们必须树立新的教育质量观念，调整和改进机械原理课程设计的内容和手段，提高课程设计的技术含量和设计质量。如何更有效地发挥诸如UG这一类现代工程软件在工科教学中的作用，是我们教学工作者面临的一个重要课题。
参考文献
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[5]韩莉.机械设计课程设计的教学分层实训[J].太原大学学报，2007（2）：77-78，81.