现代设计技术课程标准张华.docx
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现代设计技术课程标准张华.docx
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现代设计技术课程标准张华
《现代设计技术》课程标准
1.前言
1.1课程代码、名称
课程代码:
ZH16101
课程中文名称:
现代设计技术
课程英文名称:
moderndesigntechnology
1.2学时与适用对象
课程总学时72学时,在CAD/CAM机房采取教学做一体的方式授课。
本标准适用于四年制
机械电子工程专业。
1.3课程属性
1.3.1课程地位
《现代设计技术》课程是应用型本科机电类专业的专业核心课程,它对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用。
《现代设计技术》课程是应用型本科机电类专业的专业核心课程,它对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用,与《现代工程图学》、《理论力学》、《材料力学》、《机械设计》、《机械原理》、《互换性与测量技术》、《机械工程材料》以及专业技能训练等实践环节共同构成了机械设计类课程的主要内容,由此而构成了机械设计核心课程群,同时为后面的现代数字设计与制造方向类课程提供了知识储备,并打下了良好的基础。
1.3.2课程性质
本课程重点讲授计算机辅助设计、机械优化设计、机械创新设计、可靠性设计等现代设计方法的原理及在机电产品设计研发领域的应用。
通过本门课程的学习,学生应能掌握现代机械设计技术的基本理论和方法并能熟练掌握相关工具软件,完成机电产品的设计,以期提高设计效率和准确性,降低成本。
本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体,让学生以主动实践的方式学习工程技术,强调在基于项目的反复学习训练中,让学生获取知识(自主学习)、共享知识(团队合作)、应用知识(解决问题)、总结知识(技术创新)、传播知识(沟通交流),特别注意培养现代职业岗位所需的,时代型,专业型,技术型,技能型的高素质的应用型技术人才。
1.3.3课程与课程群的联系
本课程与《机械设计》、《机械原理》、《现代工程图学》、《理论力学》、《高等数学》等基础课程有着密切的联系,通过本课程的学习,使学生掌握基本的专业知识,并为后面的现代数字设计与制造方向类课程提供了知识储备,并打下了良好的基础。
。
为了使学生能够顺利完成本课程的学习,提升应用型人才培养质量,在本课程学习之前,学生需对相关课程群有一定了解和掌握。
前修课程:
《现代工程图学》、《理论力学》、《材料力学》、《机械设计》、《机械原理》、《互换性与测量技术》、《机械工程材料》等,这些课程的学习对本课程起着基础铺垫的作用。
后续课程:
《三维软件基础》、《机械结构有限元分析》、《材料成型CAE》等,这些课程的学习对本课程起着进一步深化的作用。
2.课程教学设计
2.1课程设置的指导思想和依据
《现代设计技术》是一门理实融合、教学做一体的专业核心课程。
课程设置着眼于满足企业对应用型创新创业人才的需求,培养学生运用现代设计理论及方法解决机电产品研发中的问题,使其具有数字化设计及产品研发的核心能力。
2.2课程设计思路
以《理论力学》、《机械原理》、《机械设计》等课程为基础,以传统设计方法为比较对象,采用减速器研发设计为典型案例,从市场调研、方案构思、比较、论证到产品建模、参数优化、结构优化、可靠性分析到产品定型等产品设计的全周期贯穿现代设计方法的应用,将现代设计理论和方法融入到具体的案例中,学生边学边做,采用教学做创一体的模式使学生了解现代机电产品设计的全生命周期,让学生以主动实践的方式学习工程技术,掌握典型机电产品的设计开发的新技术、新理论、新方法。
3.课程目标
3.1总体目标
通过本课程的课堂讲授、学生自学、习题、课堂讨论、答疑以及实践等教学环节,同时紧密结合数字化设计技能鉴定考试的相关要求,让学生了解和掌握现代设计技术的基本理论、基本知识,掌握和熟悉典型应用软件,训练学生掌握软件操作的基本技能,以及运用这些基本理论和技能对典型机电一体化产品进行研发。
学生在学习该门课程后应该具备下列能力:
●专业能力:
典型机电产品研发方案规划与设计能力,产品建模与评估能力,工程分析能力,改进设计能力等。
●方法能力:
常用典型CAD/CAE/CAM应用软件的操作能力,包括中等复杂程度零件CAD建模能力、有限元分析能力、参数优化能力、可靠性分析能力,利用图书、电子期刊和网络等获取本学科信息的能力等。
●社会能力:
具备良好的机电产品研发设计的基本素养,较好的团队协作能力和合作交流意识、表达沟通能力,一定的独立观察、思考、分析概括和创新的能力等。
3.2具体目标
3.2.1知识结构目标
●撰写一般机电产品设计任务书,方案设计与优选。
●计算机辅助设计理论及方法,典型软件应用。
●机械优化设计理论及方法,典型软件应用。
●有限元法理论及方法,典型软件应用。
●可靠设计理论及方法,典型软件应用。
●典型案例(单级圆柱齿轮减速器)的现代设计。
3.2.2职业能力目标
●典型机电产品方案设计能力
能根据任务书具体要求,制定多套可行的设计方案,并能进行方案的对比优选。
●对典型机电产品进行几何建模的能力
在方案设计的基础上,能借助几何建模软件完成中等复杂程度零件的几何建模,并能进行干涉检查、运动仿真、物性计算等能力。
●设计参数优化能力
对于产品的设计参数,能借助MATLAB或ANSYS进行参数优化,改进设计的能力。
●文献资料的检索和利用能力
能充分利用各种相关书籍、期刊以及网络所提供的学科相关文献资料资源,适时追踪本学科的最新进展和学科前沿,主动获取和运用知识,不断更新知识结构,充实完善理论和应用体系,保持理论和技术上的领先性。
3.2.3素质教育目标
●具有热爱科学、实事求是的学风,具备积极探索、开拓进取、勇于创新、自主创业的素质。
●具备良好的工程意识。
●加强职业道德意识,具有爱岗敬业、吃苦耐劳、扎根基层、勇于奉献的职业素质。
●团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质
4.内容标准
4.1课程内容确定的依据
课程目标实现的四个方面:
优化设计←→计算机辅助设计←→有限元法←→可靠性设计。
实现目标的学习领域:
优化设计的基本理论、MATLAB优化工具箱应用、计算机辅助设计基本理论、SOLIDWORKS应用、有限元法基本理论、ANSYS应用、可靠性设计基本理论及应用。
通过学习,使学生较系统地掌握现代设计技术和方法的基本理论、并能较熟练运用相关应用软件进行中等复杂程度机电产品研发,培养学生对现代设计方法的综合运用能力。
4.2教学内容安排
在保证学科的系统性、先进性和理论与实践的紧密结合,突出培养“双师型”人才的宗旨和机械电子工程的专业特点的基础上,对课程体系进行了较大的改革。
在学时安排上,基础知识、重点知识多安排学时;一般内容、延展性内容少安排学时或安排学生课外自学。
课程总学时72,全部采用教学做一体的方式授课。
在内容安排上,重点讲授计算机辅助设计、机械优化设计、机械创新设计、可靠性设计等现代设计方法的原理及在机电产品设计研发领域的应用,对于其他的现代设计方法,可安排学生课下自学。
在教师讲授和学生自学的基础上,适当安排座谈和讨论,介绍本学科的最新研究进展,开拓学生视野。
4.3教学内容与学时分配
章节(内容)
学时分配
教(理论)
学(应用)
做(工程项目)
创(新思维)
考核方式方法
第一单元总论
1.1概述
2
1.1.1现代设计技术的概念
了解现代设计基础在机械设计中的典型案例,如汽车、飞机、高端装备制造等。
课外通过网络搜索现代设计技术方面的信息,尤其是现代设计技术在典型机电产品中的应用情况,如空客A380、奇瑞汽车、江淮汽车等,重点掌握以上企业或产品在传统设计方法和现代设计技术方面差异。
在《机械原理》和《机械设计》课程设计的基础上,运用现代设计技术对以前的课程设计内容进行重新规划,为下一步方案设计和优化设计打下基础。
针对一个典型机电产品,撰写一篇小论文,重点说明传统设计方法和现代设计技术对于产品设计的区别与联系,小论文成绩占总成绩的5%。
1.1.2现代设计技术的发展
1.1.3现代设计与传统设计
1.2现代设计技术的主要内容和特点
1.2.1现代设计技术的主要内容
明确现代设计技术对于现代制造也的重要意义。
1.2.2现代设计技术的特点
1.3学习现代设计技术的意义和方法
1.3.1学习现代设计技术的意义
深刻领悟“教学做创”一体化教学方法,为学习本课程打下基础。
1.3.2学习现代设计技术的方法
第二单元
设计问题的描述与解决
2.1设计的任务和一般过程
3
2.1.1设计任务的确定
学习机电产品设计任务书的撰写,重点是任务书的格式、参数、技术要求、进度安排等;多种方案比较分析及方案评价
以多级减速器或其它机电产品为依托,设计出多种方案,评价各种方案的优劣(传统设计方法评价),多人一组,团队协作
启发学生设计多功能开口扳手,强调功能创新、结构创新、集成创新
针对学生设计的石英砂输运装置,重点从概念设计、方案设计和绘图能力以及创新性方面进行考察打分,给出本部分成绩,其占总成绩的10%
2.1.2产生可能的解决方案
2.1.3确定最终解决方案
2.2概念设计与方案设计
5
2.2.1概念设计与方案设计的基本内容
(1)概念设计的应用:
以汽车或者数控机床为例,学会概念设计的五个部分即功能设计、原理设计、布局设计、形状设计和初步结构设计。
给出石英砂输运装置的任务书,并设计一套石英砂输运装置,重点设计减速装置,从而巩固概念设计和方案设计方法与过程,并对所设计方
针对日常用品如自行车、洗衣机等鼓励学生进行结构创新、功能集成创新等创新设计,草绘结构和外形图,重点培养学生
2.2.2概念设计的过程和设计原理
2.2.3方案设计中的功能求解
2.2.4方案设计过程模型和基本设计方法
2.2.5机械系统方案评价
(2)以家用缝纫机为例进行缝纫机机构系统方案设计,从而掌握方案设计过程模型的建立和基本设计方法
案进行评价。
的创新思维。
第三单元
计算机辅助设计
3.1建模技术概述
1
3.1.1几何建模
学习几何建模的基本概念,了解几何建模方法的发展历程及其在CAD/CAM技术中的重要作用,学习形体在计算机内表达的六层拓扑结构,形体有效性的检验
以典型轴类零件为基础,进行零件几何建模练习,为后续减速器建模做好准备。
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
3.1.2形体在计算机内的表示
3.2线框建模
1
3.2.1线框建模基本知识
学习线框建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)线框建模工具及其建模流程
减速器齿轮的线框建模
3.2.2SOLIDWORKS线框建模应用
3.3曲面建模
1
3.3.1曲面建模基本知识
学习曲面建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)曲面建模工具及其建模流程
减速器轴的曲面建模
机械设计中复杂曲面零件的曲面建模的思路,如叶轮叶片、管道曲面等
3.3.2SOLIDWORKS曲面建模应用
3.4实体建模
1
3.4.1实体建模的基本知识
学习实体建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)实体建模工具及其建模流程
减速器齿轮轴的实体建模
如何采用布尔运算方法实现复杂零件的实体建模
3.4.2SOLIDWORKS实体建模应用
2.2.5机械系统方案评价
(2)以家用缝纫机为例进行缝纫机机构系统方案设计,从而掌握方案设计过程模型的建立和基本设计方法
案进行评价。
的创新思维。
第三单元
计算机辅助设计
3.1建模技术概述
1
3.1.1几何建模
学习几何建模的基本概念,了解几何建模方法的发展历程及其在CAD/CAM技术中的重要作用,学习形体在计算机内表达的六层拓扑结构,形体有效性的检验
以典型轴类零件为基础,进行零件几何建模练习,为后续减速器建模做好准备。
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
3.1.2形体在计算机内的表示
3.2线框建模
1
3.2.1线框建模基本知识
学习线框建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)线框建模工具及其建模流程
减速器齿轮的线框建模
3.2.2SOLIDWORKS线框建模应用
3.3曲面建模
1
3.3.1曲面建模基本知识
学习曲面建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)曲面建模工具及其建模流程
减速器轴的曲面建模
机械设计中复杂曲面零件的曲面建模的思路,如叶轮叶片、管道曲面等
3.3.2SOLIDWORKS曲面建模应用
3.4实体建模
1
3.4.1实体建模的基本知识
学习实体建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)实体建模工具及其建模流程
减速器齿轮轴的实体建模
如何采用布尔运算方法实现复杂零件的实体建模
3.4.2SOLIDWORKS实体建模应用
2.2.5机械系统方案评价
(2)以家用缝纫机为例进行缝纫机机构系统方案设计,从而掌握方案设计过程模型的建立和基本设计方法
案进行评价。
的创新思维。
第三单元
计算机辅助设计
3.1建模技术概述
1
3.1.1几何建模
学习几何建模的基本概念,了解几何建模方法的发展历程及其在CAD/CAM技术中的重要作用,学习形体在计算机内表达的六层拓扑结构,形体有效性的检验
以典型轴类零件为基础,进行零件几何建模练习,为后续减速器建模做好准备。
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
3.1.2形体在计算机内的表示
3.2线框建模
1
3.2.1线框建模基本知识
学习线框建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)线框建模工具及其建模流程
减速器齿轮的线框建模
3.2.2SOLIDWORKS线框建模应用
3.3曲面建模
1
3.3.1曲面建模基本知识
学习曲面建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)曲面建模工具及其建模流程
减速器轴的曲面建模
机械设计中复杂曲面零件的曲面建模的思路,如叶轮叶片、管道曲面等
3.3.2SOLIDWORKS曲面建模应用
3.4实体建模
1
3.4.1实体建模的基本知识
学习实体建模的基本理论,包括定义、数据结构、特点及应用领域,学习专用建模软件(solidworks)实体建模工具及其建模流程
减速器齿轮轴的实体建模
如何采用布尔运算方法实现复杂零件的实体建模
3.4.2SOLIDWORKS实体建模应用
章节(内容)
学时分配
教(理论)
学(应用)
做(工程项目)
创(新思维)
考核方式方法
第三单元
计算机辅助设计
3.5特征建模
3
3.5.1特征建模的基本知识
学习特征建模的基本知识,包括定义、数据结构、特点,学习专用建模软件(solidworks)特征建模工具及具体应用,学习工程图的自动生成及编辑
减速器齿轮、轴、箱体、箱盖、游标尺、轴承、键、螺栓等的特征建模,箱体工程图的自动生成
如何提高减速器特征建模的效率?
特征建模的功用体现在哪些方面?
(物性分析、渲染、有限元网格化分、工程图自动生成等)
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
4
3.5.2SOLIDWORKS特征建模应用
3
3.5.3工程图自动生成
3.6装配建模
1
3.6.1装配建模基本知识
学习装配建模的基本知识,包括基本原理,装配建模常用方法等,学习SOLIDWORKS装配建模的思想
在前续减速器零件特征建模的基础上,在SOLIDWORKS中完成减速器的装配
如何在减速器装配建模的基础上,进行运动仿真、干涉检查
1
3.6.2减速器装配建模
第四单元
机械优化设计
4.1优化设计的基本理论
2
4.1.1优化设计问题引出
以减速器轴质量最轻为设计目标,对其进行优化设计,引出优化问题,学习优化设计的基本概念,优化设计的三要素,优化问题的分类
轴的结构优化设计实例(手工运算实现)
可否借助软件实现轴的结构优化设计?
提高设计效率和准确性
以学生所完成的针对每种优化算法的matlab实例程序以及最终的减速器齿轮、轴的优化设计结果综合评定,占总成绩20%
4.1.2优化设计的基本概念和数学模型
4.1.3优化问题分类和优化方法简介
4.2基于导数的优化算法及实现
4
4.2.1梯度法及实现
学习基于导数的常用优化算法及MATLAB实现,主要包括梯度法、牛顿法、共轭梯度法,其利用了函数的解析性质,收敛速度较快。
梯度法、牛顿法、共轭梯度法的matlab实例
4.2.2牛顿法及实现
4.2.3共轭梯度法及实现
4.3基于非导数的优化算法及实现
2
4.3.1随机方向法及实现
学习基于非导数的优化算法及MATLAB实现,包括随机方向法、复合形发、遗传算法和模拟退火算法
圆柱齿轮优化设计遗
传算法实例、高速轴
动力稳定性优化设计
遗传算法实例
如何合理选用优化算法,提高优化设计效率和准确性。
2
4.3.2复合形法及实现
3
4.3.3遗传算法及实现
3
4.3.4模拟退火算法实现
第三单元
计算机辅助设计
3.5特征建模
3
3.5.1特征建模的基本知识
学习特征建模的基本知识,包括定义、数据结构、特点,学习专用建模软件(solidworks)特征建模工具及具体应用,学习工程图的自动生成及编辑
减速器齿轮、轴、箱体、箱盖、游标尺、轴承、键、螺栓等的特征建模,箱体工程图的自动生成
如何提高减速器特征建模的效率?
特征建模的功用体现在哪些方面?
(物性分析、渲染、有限元网格化分、工程图自动生成等)
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
4
3.5.2SOLIDWORKS特征建模应用
3
3.5.3工程图自动生成
3.6装配建模
1
3.6.1装配建模基本知识
学习装配建模的基本知识,包括基本原理,装配建模常用方法等,学习SOLIDWORKS装配建模的思想
在前续减速器零件特征建模的基础上,在SOLIDWORKS中完成减速器的装配
如何在减速器装配建模的基础上,进行运动仿真、干涉检查
1
3.6.2减速器装配建模
第四单元
机械优化设计
4.1优化设计的基本理论
2
4.1.1优化设计问题引出
以减速器轴质量最轻为设计目标,对其进行优化设计,引出优化问题,学习优化设计的基本概念,优化设计的三要素,优化问题的分类
轴的结构优化设计实例(手工运算实现)
可否借助软件实现轴的结构优化设计?
提高设计效率和准确性
以学生所完成的针对每种优化算法的matlab实例程序以及最终的减速器齿轮、轴的优化设计结果综合评定,占总成绩20%
4.1.2优化设计的基本概念和数学模型
4.1.3优化问题分类和优化方法简介
4.2基于导数的优化算法及实现
4
4.2.1梯度法及实现
学习基于导数的常用优化算法及MATLAB实现,主要包括梯度法、牛顿法、共轭梯度法,其利用了函数的解析性质,收敛速度较快。
梯度法、牛顿法、共轭梯度法的matlab实例
4.2.2牛顿法及实现
4.2.3共轭梯度法及实现
4.3基于非导数的优化算法及实现
2
4.3.1随机方向法及实现
学习基于非导数的优化算法及MATLAB实现,包括随机方向法、复合形发、遗传算法和模拟退火算法
圆柱齿轮优化设计遗
传算法实例、高速轴
动力稳定性优化设计
遗传算法实例
如何合理选用优化算法,提高优化设计效率和准确性。
2
4.3.2复合形法及实现
3
4.3.3遗传算法及实现
3
4.3.4模拟退火算法实现
第三单元
计算机辅助设计
3.5特征建模
3
3.5.1特征建模的基本知识
学习特征建模的基本知识,包括定义、数据结构、特点,学习专用建模软件(solidworks)特征建模工具及具体应用,学习工程图的自动生成及编辑
减速器齿轮、轴、箱体、箱盖、游标尺、轴承、键、螺栓等的特征建模,箱体工程图的自动生成
如何提高减速器特征建模的效率?
特征建模的功用体现在哪些方面?
(物性分析、渲染、有限元网格化分、工程图自动生成等)
根据学生每堂课所完成的小作业,即针对具体实例的建模完成情况,以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分,占总成绩20%
4
3.5.2SOLIDWORKS特征建模应用
3
3.5.3工程图自动生成
3.6装配建模
1
3.6.1装配建模基本知识
学习装配建模的基本知识,包括基本原理,装配建模常用方法等,学习SOLIDWORKS装配建模的思想
在前续减速器零件特征建模的基础上,在SOLIDWORKS中完成减速器的装配
如何在减速器装配建模的基础上,进行运动仿真、干涉检查
1
3.6.2减速器装配建模
第四单元
机械优化设计
4.1优化设计的基本理论
2
4.1.1优化设计问题引出
以减速器轴质量最轻为设计目标,对其进行优化设计,引出优化问题,学习优化设计的基本概念,优化设计的三要素,优化问题的分类
轴的结构优化设计实例(手工运算实现)
可否借助软件实现轴的结构优化设计?
提高设计效率和准确性
以学生所完成的针对每种优化算法的matlab实例程序以及最终的减速器齿轮、轴的优化设计结果综合评定,占总成绩20%
4.1.2优化设计的基本概念和数学模型
4.1.3优化问题分类和优化方法简介
4.2基于导数的优化算法及实现
4
4.2.1梯度法及实现
学习基于导数的常用优化算法及MATLAB实现,主要包括梯度法、牛顿法、共轭梯度法,其利用了函数的解析性质,收敛速度较快。
梯度法、牛顿法、共轭梯度法的matlab实例
4.2.2牛顿法及实现
4.2.3共轭梯度法及实现
4.3基于非导数的优化算法及实现
2
4.3.1随机方向法及实现
学习基于非导数的优化算法及MATLAB实现,包括随机方向法、复合形发、遗传算法和模拟退火算法
圆柱齿轮优化设计遗
传算法实例、高速轴
动力稳定性优化设计
遗传算法实例
如何合理选用优化算法,提高优化设计效率和准确性。
2
4.3.2复合形法及实现
3
4.3.3遗传算法及实现
3
4.3.4模拟退火算法实现
章节(内容)
学时分配
教(理论)
学(应用)
做(工程项目)
创(新思维)
考核方式方法
第三单元
计算机辅助设计
3.5特征建模
3
3.5.1特征建模的基本知识
学习特征建模的
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