ZH16101-现代设计技术大纲.doc

现代设计技术课程教学大纲课程中文名称：现代设计技术课程英文名称：Modern Design Technology课程编号：ZH16101课程性质：专业核心课学 时：总学时72，理论与实践融合，根据需要由课程组确定学 分：4适用对象：机械电子工程、机电技术教育先修课程：现代工程图学、现代工程图学、理论力学、材料力学、机械工程材料、互换性与测量技术、单片机原理与应用、机械工程控制基础、机械原理、机械设计课程简介：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。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。一、教学目标及任务1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写一般机电产品设计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟的现代设计技术如计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法和可靠设计以及绿色设计等，能够熟练运用与现代设计技术相关的软件如三维软件、数值计算软件和工程分析软件，能够综合运用现代设计技术和相关软件解决一般机电产品的设计问题。2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决中等复杂机械设计问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创新能力、动手能力、管理能力和适应能力。3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质。二、学时分配章 节教学内容计划学时备注第一单元总论2第二单元设计问题的描述与解决6第三单元计算机辅助设计（CAD）16第四单元机械优化设计16第五单元有限元法24第六单元可靠性设计8合计72三、教学手段与方式本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电产品的设计。四、课程内容体系以理论力学、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，采用目前比较成熟的现代设计方法对典型机电产品进行设计，其中的现代设计方法包括计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法、可靠性设计等，通过对现代设计方法的学习，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，完成典型机电产品的设计开发。五、教学评价与考核：1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的70%，终结性评价成绩占总成绩的30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨论决定权重；2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等；3、计算机操作考核与书面考核相结合。考核成绩表姓 名班 级学 号专 业考核类别序号考 核 内 容考核方式单项成绩（百分制）权重考核结果形成性评价1总论小论文0.052设计问题的描述与解决设计任务书和典型机电产品设计方案0.13计算机辅助设计减速器建模0.24机械优化设计减速器轴的优化0.25有限元法减速器轴的仿真分析0.306可靠性设计减速器可靠性分析报告0.15过程考核总成绩终结性评价7理论考核（闭卷考试）最终成绩（过程考核成绩占70%，期末考核成绩占30%）六、教学团队本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课学时不少于总学时的25%，重点指导学生操作和创新的内容。本课程有兼职教师1名，专职教师4名，高级职称2人，中级职称2人，初级职称1人，博士学位1人，硕士学位3人，学士1人，平均年龄34岁，教学团队年龄结构、职称结构合理，团队成员热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。七、学生人数：单班授课，单班学生数不超过35人八、教学内容及教学要求章节（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21.1.1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32.1.1 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52.2.1 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续表章节（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13.1.1 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13.2.1 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13.3.1 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3.3.2 SOLIDWORKS曲面建模应用3.4实体建模13.4.1 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3.4.2 SOLIDWORKS实体建模应用续表章节（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33.5.1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%43.5.2 SOLIDWORKS特征建模应用33.5.3 工程图自动生成3.6 装配建模13.6.1 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13.6.2 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24.1.1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44.2.1 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 24.3.1 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。 24.3.2 复合形法及实现 34.3.3 遗传算法及实现 34.3.4 模拟退火算法实现续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法第五单元有限元静力分析5.1有限元基本思想与理论45.1.1有限元的基本思想了解有限元基本概念及基本理论以及有限元的用途1、推导弹性力学的基本方程，掌握有限元的思想2上网查询有限元应用的案例用所学的知识推导杆或梁的刚度矩阵写一篇小文章对有限元相关内容的认识，占总成绩10%5.1.2有限元的基本理论5.2 Anays12.0组成及功能、图形用户界面简介25.2.1界面简介了解ansys12.0各部分的构成、功能、及工具、菜单、图形拾取、日志。1、掌握界面的工具的基本功能5.2.2工具介绍5.2.3菜单介绍5.3实体建模的基础45.3.1CAE 分析的目的及各种各样的结构模型 （铁塔、电车、火箭、活塞）1结合实际结构，以学生能够理解的形式学习有限元法特有语言的概念。1组合框架结构 2、板架结构的例子 3、壳结构例子 4实体形状的例子 运用所学知识能完成基本自行车基本结构建模或铁塔结构建模或梁结构建模减速器零部件实体建模或实体模型到有限元模型的简化，占总成绩10%。5.3.2弹簧模型和有限元法 弹簧模型相关理论5.3.3有限元法分析的实例 梁单元和有限元模型 2 维单元和有限元模型3 维单元和有限元模型 5.4.4屈曲分析和特征值分析 分析的方法5.4有限元应用篇 45.4.1连杆及车轮建模掌握在ansys12.0下的建模操作实践连杆及车轮建模静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析销过盈配合的分析或轴分析，占总成绩10%45.4.2结构线性分析3实例（铁塔、梁、薄板）掌握有限元线性分析过程实践铁塔、梁、薄板静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析65.4.3一级减速器轴或箱体分析结合实际项目校核实践减速器轴或箱体静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法第六单元 机械系统可靠性设计6.1概述26.1.1可靠性设计定义及意义6.1.2可靠性设计在机械领域的应用、发展情况6.1.3可靠性设计的相关概念6.1.4机械系统可靠性设计内容（1）机械系统可靠性设计的作用/意义、现状及前景；（2）可靠性及相关概念；（3）机械系统可靠性设计内容。作业：通过查阅相关资料，谈谈你对机械系统可靠性设计的理解及应用前景。大作业：2次课堂作业+一次课外作业（课外作业可以是小论文形