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机械工程及自动化专业导论机械设计及理论篇 1 第一部分机械设计专业导论 第一讲机械产品设计基本概念设计目的和要求 产品的用途和达到技术水平 市场和技术调研 通过市场调研分析用户需求和现有产品的技术状态 方案设计 总体设计 通过方案的构思 分析和论证 确定一组可行原理性方案 2 机构设计 确定各运动部件的机构形式 进行机构的运动参数分析计算和优化 结构设计 详细设计 确定设计对象的细节结构 进行零部件的结构设计 完成产品的工程描述 产品试制和测试 完成产品样机生产及有关测试项目 并进行设计反馈与修改 市场 用户 反馈意见产品改进 完善 定型 3 传统机械产品设计方法 用纸 铅笔或二维绘图软件 建造实验环境 用传感器测量载荷 变形和运动状态 设计绘图 制造实物样机 实物样机实验 产品定型生产 制造实物零件并装配 发现问题 重新修改设计 4 现代机械产品设计方法 产品概念设计 三维结构设计 运动学 动力学仿真分析 有限元分析 尺寸 结构优化 虚拟样机 验证产品中的运动机构原理是否正确 验证产品是否有强刚度振动等问题 运动学问题 动力学问题 5 第二讲现代机械产品设计基本概念1 CAD ComputerAidedDesign 计算机辅助设计 使用计算机系统进行设计的全过程 包括资料检索 方案构思 零件造型 工程分析 工程制图 文档汇编 6 CAD概念的产生和发展20世纪60年代初 美国麻省理工学院开发了名为Sketchpad的计算机交互图形处理系统 形成了CAD的最初概念 科学计算 绘图 20世纪70年代中期 CAD开始进入实用阶段 主要技术特点是二维 三维线框造型 只能表达基本的几何信息 不能有效表达几何数据的拓扑关系 价格昂贵 7 20世纪70年代后期 CAD进入发展时期 飞机和汽车制造中的大量自由曲面问题促进了CAD的自由曲面造型技术发展 曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命 20世纪80年代初 CAD实现了实体造型技术 能够精确表达零件的属性 如质量 质心 惯性矩等 称之为CAD发展史上第二次革命 8 20世纪80年代中期 CAD实现了参数化实体造型技术 其特点是 基于特征 全尺寸约束 全数据相关 尺寸驱动设计修改等 参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命 20世纪90年代初期 由于参数化技术存在许多不足 提出了比参数化更为先进的实体造型技术 变量化技术 CAD技术发展的第四次技术革命 9 CAD的定义 1973年国际信息联合会 CAD是将人和机器混编在解题作业中的一种技术 从而使人和机器的最好特性联系起来 20世纪80年代初 第二届国际CAD会议 CAD是一个系统的概念 包括计算 图形 信息自动交换 分析和文件处理五个方面 1984年国际设计及综合讨论会 CAD不仅是设计手段 而且是一种新的设计方法和思维 10 典型的CAD CAE软件简介 1 CATIA ComputerAidedThree dimensionalInterfaceApplication 由法国达索飞机公司与IBM合作开发的CAD CAE CAM软件系统 主要用于机械制造 工程设计 电子行业 主要特点是具有很强的三维复杂曲面造型和加工编程能力 11 2 UG UNIGRAPHICS 由美国EDS公司开发的CAD CAE CAM软件 适用于飞机 汽车 通用机械以及模具的设计 分析和制造 3 Pro ENGINEER美国PTC公司开发的机械设计自动化软件系统 主要用于汽车及运输机械 宇航 飞机制造 电子及计算机设备行业 12 4 Solidworks美国Solidworks公司产品 具有高级曲面造型 大型装配能力 5 Solidedge美国EDS公司产品 6 Autocad美国Autodesk公司产品 著名的二维设计软件 7 CAXA北航海尔软件公司产品 国产二维 三维设计软件 13 2 CAE ComputerAidedEngineering 计算机辅助工程 以现代计算力学为基础 以计算机仿真为手段的工程技术分析 主要内容包括有限元分析 边界法 运动机构分析 气动和流场分析 电磁场分析等 CAE在工程分析中的作用已从分析和校核扩展到优化设计 CAE属于广义CAD的重要部分 14 计算机辅助设计与制造 CAD CAM 产品数据管理 PDM 计算机辅助工艺规程设计 CAPP 柔性制造系统 FMS 计算机数控技术 CNC 管理信息系统 MIS 计算机集成制造系统 CIMS 15 第三讲机械工程及自动化专业人才培养规范 一 专业培养目标 培养适应社会主义现代化建设需要的德 智 体 美全面发展的 能够从事机械 或机电 产品 或系统 的设计制造 科技开发 应用研究 运行管理和销售经营等方面工作的 具有创新意识和团队精神的宽厚型 复合型高级工程人才 16 二 本专业人才培养规格本专业毕业生应具备以下几个方面的知识和能力 1 具有良好的思想品德 社会公德 职业道德和团体意识 热爱祖国 2 具有较扎实的自然科学基础 较好的人文 艺术 社会科学基础和正确运用本国语言 文字的表达能力 17 3 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识 主要包括力学 机械学 电工与电子技术 机械工程材料 机械设计工程学 机械制造基础 自动化基础 市场经济及企业管理等基础知识 4 具有本专业必须的制图 计算 实验 测试 文献检索和基本工艺操作等基本技能 18 5 具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识 了解其科学前沿及发展趋势 具有文献资料查询及科技写作方面的能力 6 具有初步的科学研究 科技开发 分析问题和解决问题以及组织管理能力 7 具有较强的自学能力和创新意识 19 三 机械工程及自动化专业教育知识体系的总体框架 通识教育基础 包括人文社科管理系列 军训体育 外语系列和自然科学系列 共占总学时的53 左右 学科大类基础 包括设计 制造 测控 材料四大支柱以及计算机基础与应用系列 共占总学时的37 左右 专业教育 包括机械设计专业方向 机械电子工程专业方向 机械制造专业方向系列选修课以及学科前沿选修课 共占总学时的10 左右 20 通识教育基础80学分 其中必修课43学分 占总课程比例28 选修课37学分 占总课程比例24 政治思想 思想道德修养 形势与政策等自然科学 一元微积分 几何与多元微积分 概率论与数理统计 复变函数与积分变换 线性代数 大学物理 工程化学基础计算机技术基础 计算机组成及网络 VB程序设计 网页制作技术 Web应用程序开发 软件设计基础 21 外语 大学英语精读 大学英语听力经济管理 现代管理信息系统 设备管理等社会实践 学术讲座 军训 课外科技活动 社会调查 公益劳动 22 学科大类基础62学分 其中必修课50学分 占总课程比例32 选修课12学分 占总课程比例8 机械学科基础 理论力学 材料力学 工程热力学 画法几何及工程制图 机械原理 机械动力学基础材料科学基础 机械工程材料 23 机械设计基础 机械设计 计算机辅助设计 机电一体化产品设计机械制造基础 制造技术基础 材料成型技术基础测控技术 电工技术 电子技术 微机原理及应用 测试技术 液压气动技术 24 专业方向与专业前沿课程12学分 每个专业方向选修课12学分 占总课程比例8 专业方向通选课程 先进制造技术导论 数控技术 机电伺服控制技术 机械优化设计 虚拟样机设计技术及应用 单片机应用技术 25 机械设计专业方向模块课程 现代纺织机械设计 现代染化机械设计机械制造专业方向模块课程 现代加工技术 机械制造装备技术 自动化制造系统机械电子专业方向模块课程 控制工程基础 机电控制工程 机械电气电子控制技术 26 实践教学内容及体系 机械类专业实验教学与工程实践教学分为三个阶段认知实践教学阶段 内容 认知实习 参观 动手拆装 模型制作 1周 计算机绘图大作业 1周 学习目标 加深对机械结构及材料的感性认识 并结合有关的机械工程导论课使学生对机械学科有一个比较全面的了解 27 基础实践教学阶段 内容 金工实习 工程训练6周 电工电子实习 2周 机械原理与零件课程设计 4周 微机大作业 1周 学习目标 了解机械的局部方案和部件的设计 制造与控制的基本工程知识与设计过程 训练学生逐步树立工程观念 提高解决工程实际问题的能力 培养学生的创新意识 28 综合实践教学阶段 内容 综合实验 机械制造 机械设计 机电系统 2周 专业课程设计 2 5周 社会实践 2周 生产