proeNGINEER在机械专业教学中的应用与实践

2013-05-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

黄晓峰来源:万方数据
关键字:MNGINEER 三维设计能力
将proeNGINEER三维技术应用到机械类课程教学及实践性环节,建立三维模型,进行虚拟装配、三维动画演示和运动特性分析,可以显著提高学生的学习兴趣,激发学生的创新意识,全面提高学生的三维设计能力。

计算机和先进制造技术的高速发展.使得三维数字化设计技术成为产品设计和加工制造的核心内容,各种数控加工机械以及相关三维设计软件已经得到越来越广泛的应用。高等教育教学改革应该使学生的知识结构与技术发展相适应。因此在教学实践中。找到一种既具有先进性,又体现创新性的手段.培养和提高学生的三维设计能力是目前的迫切任务。

proeNGINEER是美国参数技术公的产品。该软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念。改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念.这种全新的概念已成为当今世界机械CAD,CAE/CAM领域的新标准。将现代化的proeNGINEER三维技术应用到在机械专业课的教学中。可以解决传统教学存在的很多不足。对学生创新能力和设计能力的培养具有童要的作用。近年来,笔者在机械专业本科教学中,结合我校机械专业的特点,以proengineer作为支撑软件,研究在教育教学活动努力把提高学生的现代设计能力当作主要教学目标,调动一切可能的方式和手段。使教师和学生的三维设计能力都得到有效的提高。

一、传统的教学模式存在的主要问题

1.缺乏空间想象力。传统的教学方法,教师借助于黑板、挂图、模型对学生传授知识。展现的图形是静态的,边讲、边画。速度较慢,而且对于图形的演变或机构的工作过程无法全部直观化,教师很难用语言形象地表达出来,影响了学生学习机械类课程的兴趣。

2.缺少工艺实践能力。如在机械设计课程设计中。由于学生对减速器的设计、制造、安装、调试、使用和维护等工艺过程缺乏实际的感性认识.致使对大量的工艺问题缺乏认真的考虑.不能把零件必须具备的良好工艺要求贯穿于设计过程中。

3.缺乏创新意识。在以往的二维设计中.由于学生缺乏实际经验.往往要进行多次的修改。结构变动较大时则不得不重新设计,绘图的工作量较大。学生的认识始终停留在二维图纸上.并不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之问的关联关系,再加上缺乏直观的认识和理解,往往对于结构设计是否合理也不得而知.难以激发学生更高一级思维和创造欲望。也不能最大限度地提高学生的实际设计能力和创造性设计能力。

二、努力搞好教学改革。加强学生三维设计能力的培养

(1)建立三维设计能力培养模式

为使提高学生的三维设计能力和整个课程体系相融合。符合学习认知规律.并对学生完成模仿实物——模拟性设计——工程性设计——创新性设计的全过程培养.在学生不同的学习阶段.应针对性地安排不同的教学内容.以循序渐进地达到不同的培养目标。在一年级学生开设的机械制图课程中插入M工程软件的教学。有助于学生对各部分知识的掌握以及对平面图形与三维实体之间关系的理解。在机械制图的学习阶段.学生普遍感到比较困难的问题是.如何将实体在大脑中成像以及对工程知识的理解。利用proeNGINEER的实体造型和编辑功能.可以帮助学生形象直观地理解工程制图教学相贯线等难点。只需要造型出两个相交的实体,就可以利用proeNGINEER软件.通过改变实体的大小。动态地看到随着实体大小的改变.相贯线所发生的相应改变.这样就可以使学生很快理解和掌握面、体、截交相贯的投影概念,使学生的想象能力和思维转换能力显著增强。实体模型使学生能够更直观地进入真实的三维工程实际中.从感性上理解了三维设计的初建模方法。同时也架起了投影与实体之间的桥梁.增强了学生对所学知识的理解和掌握,培养了学生思维、想象、创造构形的能力。实践表明,学生的空间想象力大大增强.对教学内容的掌握更加快捷顺利,教学效果十分显著。另外在大三根据要求开设了proe的专业模块,如钣金、模具、曲面等高级模块的选修课。使学生的专业技能得到更大的提高。

(2)注重在实践性教学环节中应用proe工程软件

加强实践是环节是培养应用性人才的关键.主要包括:课程设计、专业综合实验、毕业设计等。其中课程设计是培养学生实践和设计能力的重要教学环节。在减速器设计、夹具设计、模具设计、数控技术等课程设计中在给定设计目的后。首先要求学生拟定设计方案,并进行零件的设计计算和相关尺寸的确定.然后利用proeNGINEER三维设计软件对设计的零件造型,再进行三维装配干涉检验等。若发现问题。重新修改三维模型。设计出的新的产品结构上是否可行。相互配合的零件间尺寸是否合理.运动能否实现,均能非常直观地呈现在学生面前。学生可以利用proe的自顶向下的设计方式和其强大的参数化功能,完成各零件的设计和装配。在对某些结构进行校核和修改时,只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改,而且整个结构可以非常直观地显现出来。此外。学生还可以应用proe的机械运动功能,直观地观察各零件的运动状态。整个设计过程与学生的认知规律更加相符合。使学生从感性和理性上能够更加深入地理解设计的内涵.能够更好地增强学生的设计想象力。三维设计不仅能够使学生直观地看到自己的设计成果.增强学生的成就感。而且能够大大激发学生的学习兴趣和主动性。学生在完成三维设计后,在工程图模块中通过三维转二维。生成装配体或三维零件的基本视图和完整的尺寸标注。这样,就可以大大提高设计速度,让学生对自己设计的结构一目了然.对三维设计与二维工程图之间关系的理解会得到进一步的加深。实践证明采用三维设计的学生与其他采用二维设计的学生相比。设计效率和设计质量远远高于其他学生,主动性和设计的兴趣也远远高于其他学生。使学生切实体会到一种全新的设计方法和工作乐趣.激发出强烈的学习愿望,从而强化了学生的创新兴趣和创新意识。

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图一减速器设计图二模具设计

(3)强调在理论教学中应用proeNGINEER软件

将proeNGINEER的三维技术融入机械类课程的授课,是一种新的教学理念同时也激发了学习三维软件的兴趣。机械原理课程中的各种机械传动,如平面连杆机构、凸轮机构、直齿圆柱齿轮机构、间隙运动机构、组合机构等。机械设计中各种联接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、离合器、轴及滚动、滑动轴承等。在proeNGINEER中可以方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型.再利用proeNGINEER提供的组件模块实现模型的组装,按照一定的约束条件或连接方式,将各零件组织成一个整体,便完成了一个完整机构的组装,轻松实现零件模型的虚拟装配。对于缺少生产现场实践的操作环节。不了解整机的装配工艺,又不具备完善的空间想象力的学生来说.这确实是一种切实可行的设计模式,从而帮助学生理解机械设计过程。提高学生的结构设计能力。各种零件实体可以用鼠标任意拾取并进行操纵如缩放、旋转等。以便从不同角度进行观察,并且还可以进入到零件内部(如箱体类零件)去观看,以便进一步理解零件的内部结构和动态特征。利用proeNGINEER装配检查.还可以避免以往设计中容易产生的碰撞等不合理结构,使三维模型的设计更趋完美。教学时可以在本模块中给学生演示装配各种机构的过程。还可将装配到一起的零部件分别移开生成装配爆炸图。使学生可以更好地对装配结构和装配关系进行分析和观察。还可以利用proeNGINEER的提供的动态仿真功能将典型机构作三维动画演示,十分有效地解决学生对各类机构的空间构成及其运动的认识问题。通过人机交互方式.修改机构的运动方式和运动参数,使学生进一步理解机构运动的原理。能够有效地分析机构运动过程中的运动特性和规律。在实验时进行机构运动仿真,从中得出所分析的位移、速度、加速度及力的准确的理论数据和特性曲线,并和机构实测数据进行比较,分析异同点。

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图三牛头刨床机构图四曲柄滑块机构
(4)营造学习proe的良好环境

应用proeNGINEER进行教学.可以显著增强学生的创新思维能力,培养和激发起学生强烈的创新兴趣和创新意识。用proeNGINEER系统进行机械设计,可从根本上改变过去手工绘图,凭图纸组织整个设计过程的方式,设计构思的表达由二维图纸演变成能用计算机模拟显示三维实体模型的虚拟设计方式.实现了产品三维建模、装配设计、动态仿真、干涉检查等功能的综合应用,提高了机械设计的准确性,缩短了设计周期,减少了设计差错.使学生在学习阶段就能不断了解新技术,为将来走向社会打下良好的基础,培养了学生的创作热情,也为学生自行设计某一新产品提供了很大的创作空间。为了充分发挥学生的主动性和创造性。形成良好的自主学习氛围,我们成立了兴趣小组,并和企业合作参与产品设计,先后设计出彩瓦机、轮碾机等。同时参加了全球PTC大赛,让学生发挥想象力、创造力。设计出海、陆、空三栖军事飞行器.可装配机械人等。通过运动仿真,当这些作品栩栩如生地呈现在显示屏上时,学生就会有一种强烈的成就感。既锻炼了动手能力.又培养了团队合作精神,创新兴趣和创新意识得到积极体现。通过这样的教学。学生的创新能力有了显著提高.充分展示了学生的创新才能。

三、结论

为了使学生具有不同岗位的竞争力。提高学生的综合素质及其创造力.将三维设计作为机械专业本科生全过程培养的改革实践表明,这样的改革更有利于学生对相关课程内的理解和掌握,有利于提高学生实际t程设计能力,有利于培养学生的创新意识。有利于提高学生就业的竞争能力。

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