机电产品数字孪生技术及应用(NX MCD) 教学大纲

一、课程定位和课程设计1.课程定位《数字化设计与仿真》是一门专业核心课程，针对高职专科毕业生、五年一贯制高职毕业生生源的机械电子工程本科专业开设，培养学生学生熟悉UG常用草图绘制、三维实体建模命令，工程图样的绘制方法，综合运用三维CAD技术、运动仿真技术，结合典型工程案例，循序渐进地掌握各类机构设计和分析方法，为今后的相关课程学习打下基础。《数字化设计与仿真》的先修课程包括：机械制图、机械设计基础等；后续课程包括：机电产品创新设计综合实训、智能制造系统等。2.课程设计思路《数字化设计与仿真》是一门专业核心课程，针对高职专科毕业生、五年一贯制高职毕业生生源的机械电子工程本科专业开设，培养学生学生熟悉UG常用草图绘制、三维实体建模命令，工程图样的绘制方法，综合运用三维CAD技术、运动仿真技术，结合典型工程案例，循序渐进地掌握各类机构设计和分析方法，为今后的相关课程学习打下基础。《数字化设计与仿真》的先修课程包括：机械制图、机械设计基础等；后续课程包括：机电产品创新设计综合实训、智能制造系统等。二、课程目标课程总体目标为：以能力为导向组织教学，使学生“边做边学，学做合一”，熟练掌握UG软件的计算机辅助设计部分的相关草图绘制、三维建模技术、工程图的输出技巧，以及运动仿真方法；通过对运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析，可以验证运动机构设计的合理性，从而对运动机构进行优化；培养用于创新、善于沟通、团结合作的职业品质；将三维CAD技术、运动仿真技术与机械原理等知识有机地融合为一体，理论与实践一体化，培养现代工程设计意识和工程素质。学生在学习“数字化双胞胎技术”课程知识的同时，培养正确职业价值观与安全规范意识，秉承严谨、精益求精、专注的工匠精神，树立符合国家智能制造需求的奋斗目标与理想抱负,加深爱国主义精神和社会主义核心价值观内化,形成新时代背景下的责任使命感，激发学生积极进取、追求卓越的内在动力；培养机电一体化技术专业学生成为具有高尚品格，专业技能强、人文素养和政治素质高，符合国家智能制造的优秀机电人才。具体课程目标包括以下四个方面。能力目标能创建草图曲线和约束；能进行典型三维实体建模；能按规范绘制二维工程图；能熟练在工程图中标注尺寸和技术要求；能熟练装配典型机械机构；能按规范绘制装配图和工程爆炸图；能制作零件明细表并按顺序标号；能构建运动仿真方案；能熟练定义刚体、碰撞体、对象源等机电对象参数；能熟练定义旋转副、滑动副、柱面副等运动副与约束；能完成齿轮系运动仿真；能完成包括弹簧阻尼器的运动仿真；能进行复杂运动的运动曲线定义；能分析运动流程，定义运动仿真序列。知识目标了解UG软件界面部件及特征操作方法；掌握UG草图绘制方法；掌握UG中运用实体特征、创建三维实体模型方法；掌握工程图中尺寸标注和技术要求的标注；掌握零件装配成装配体的各种装配方法；掌握半剖、局部剖、阶梯剖等工程图技巧；掌握制作爆炸图、零件明细表方法；熟悉UG运动仿真工作界面和参数设置方法；掌握刚体、碰撞体、对象源设置方法；掌握各种点心运动副与约束的创建方法；掌握齿轮副运动机构的定义和仿真方法；掌握弹簧、阻尼器等弹性连接器的定义和仿真方法；掌握复杂运动机构位移和加速度的驱动定义方法；掌握分析运动流程，仿真序列定义法；素质目标机电产品三维设计的创新精神；机械机构不断优化，精益求精的工匠精神；查阅资料、勤于思考、勇于探索的良好作风；善于自学、善于归纳分析；良好的道德品质、协调沟通能力、团队合作精神；严谨、全面、高效、复杂的职业素质。4.课程目标与毕业要求的关系毕业要求包括工程知识、工程能力、现代工具的使用、工程师与社会、环境与可持续发展、职业规范、个人与团队、沟通、项目管理、终身学习等十个方面。本课程主要培养工程知识、工程能力、现代工具的使用、职业规范等方面的能力。三、课程内容与要求绪论（支撑课程目标1）教学要求（1）了解数字孪生技术发展趋势；（2）了解UG软件功能；（3）掌握UG界面布局；（4）掌握UG环境参数设置。主要教学内容（1）数字孪生技术发展趋势；（2）UG功能模块分类；（3）UG界面布局；（4）UG环境参数设置。教学重点与难点教学重点：数字孪生技术发展趋势、UG功能模块分类。教学难点：UG界面布局、UG环境参数设置。考核点与要求识记：UG功能模块分类、UG界面布局。领会：数字孪生技术发展趋势。应用：UG环境参数设置。2.草图绘制（支撑课程目标1）教学要求（1）了解草图创建方法；（2）了解草图曲线分类；（3）掌握创建直线、曲线、矩形、圆等草图元素方法；（4）掌握草图尺寸标注方法；（5）掌握草图约束定义方法。主要教学内容（1）草图创建方法；（2）草图曲线分类；（3）直线、曲线、矩形、圆等草图元素创建；（4）草图尺寸标注；（5）草图约束定义。教学重点与难点教学重点：草图创建、草图曲线分类、草图元素创建。教学难点：草图尺寸标注、草图约束定义。考核点与要求识记：草图创建、草图曲线分类。领会：草图元素创建。应用：草图尺寸标注、草图约束定义。3.三维建模（支撑课程目标2、3）教学要求（1）了解三维建模方法分类；（2）掌握拉伸特征建模方法；（3）掌握旋转特征建模方法；（4）掌握齿轮创建方法；（5）掌握二维工程图绘制方法。主要教学内容（1）三维建模方法分类；（2）拉伸特征建模；（3）旋转特征建模；（4）齿轮创建；（5）二维工程图绘制。教学重点与难点教学重点：三维建模方法分类、拉伸特征建模、旋转特征建模。教学难点：齿轮创建、二维工程图绘制。考核点与要求识记：三维建模方法分类。领会：拉伸特征建模、旋转特征建模。应用：齿轮创建、二维工程图绘制。4.零件装配（支撑课程目标4、5）教学要求（1）了解装配体定义；（2）掌握添加组件方法；（3）掌握装配约束定义方法；（4）掌握装配工程图及明细表绘制方法。主要教学内容（1）装配体定义；（2）添加组件；（3）装配约束定义；（4）装配工程图及明细表绘制。教学重点与难点教学重点：添加组件、装配约束定义。教学难点：装配工程图及明细表绘制。考核点与要求识记：装配体定义。领会：添加组件、装配约束定义。应用：装配工程图及明细表绘制。5.简易机械臂设计（支撑课程目标6、7）教学要求（1）了解机械臂组成；（2）掌握底座、手臂、销钉、手指零件建模方法；（3）掌握机械臂装配方法；（4）掌握机械臂装配工程图绘制方法。主要教学内容（1）机械臂组成；（2）底座、手臂、销钉、手指零件建模；（3）机械臂装配；（4）机械臂装配工程图绘制。教学重点与难点教学重点：机械臂组成、底座、手臂、销钉、手指零件建模。教学难点：机械臂装配、机械臂装配工程图绘制。考核点与要求识记：机械臂组成。领会：底座、手臂、销钉、手指零件建模。应用：机械臂装配及装配工程图绘制。6.扭尾机械手运动仿真（支撑课程目标8）教学要求（1）掌握滑动齿轮关键零件建模；（2）掌握扭尾机械手装配；（3）了解仿真模块功能；（4）了解仿真模块工作界面；（5）掌握仿真模块参数设置；（6）掌握刚体定义方法。主要教学内容（1）滑动齿轮关键零件建模；（2）扭尾机械手装配；（3）仿真模块功能概述；（4）仿真模块工作界面介绍；（5）仿真模块参数设置；（6）刚体设置。教学重点与难点教学重点：滑动齿轮关键零件建模、扭尾机械手装配、仿真模块参数设置。教学难点：刚体参数设置。考核点与要求识记：仿真模块功能概述；仿真模块工作界面介绍。领会：滑动齿轮关键零件建模、扭尾机械手装配、仿真模块参数设置。应用：刚体创建。7.简易传输带运动仿真（支撑课程目标9）教学要求（1）掌握碰撞体定义方法；（2）掌握对象源定义方法；（3）掌握碰撞传感器定义方法；（4）掌握对象收集器定义方法；（5）掌握对象变换器定义方法。主要教学内容（1）碰撞体定义；（2）对象源定义；（3）碰撞传感器定义；（4）对象收集器定义；（5）对象变换器定义。教学重点与难点教学重点：碰撞传感器定义；对象收集器定义。教学难点：对象变换器定义方法。考核点与要求识记：碰撞体不同形状效果。领会：对象源定义、对象收集器定义；对象变换器定义。应用：碰撞传感器定义方法。8.6轴机器人运动仿真（支撑课程目标10）教学要求（1）领会机器人刚体设置方法；（2）领会机器人运动副设置方法；（3）掌握机器人路径规划方法；（4）应用上下料机器人创新设计方法。主要教学内容（1）机器人刚体设置；（2）机器人运动副设置；（3）机器人路径规划；（4）上下料机器人创新设计。教学重点与难点教学重点：机器人路径规划；教学难点：上下料机器人创新设计方法。考核点与要求识记：不同传动副种类；领会：机器人路径规划；应用：上下料机器人创新设计。9.视觉检测站运动仿真（支撑课程目标11）教学要求（1）了解机器视觉系统介绍；（2）掌握视觉检测站机电对象设置方法；（3）掌握视觉检测站仿真序列设置方法。主要教学内容（1）机器视觉系统介绍；（2）视觉检测站机电对象设置；（3）视觉检测站仿真序列设置教学重点与难点教学重点：视觉检测站机电对象设置。教学难点：视觉检测站仿真序列设置。考核点与要求识记：机器人视觉系统。领会：不同类型仿真序列作用。应用：视觉检测站机电对象设置；视觉检测站仿真序列设置。10.控制面板运动仿真（支撑课程目标12）教学要求（1）掌握控制面板机电对象设置方法；（2）掌握弹簧阻尼器定义方法；（3）掌握显示更改器设置方法；（4）掌握运行时表达式设置方法。主要教学内容（1）控制面板机电对象设置；（2）弹簧阻尼器定义；（3）显示更改器设置；（4）运行时表达式设置。教学重点与难点教学重点：复弹簧阻尼器定义、显示更改器设置。教学难点：运行时表达式设置。考核点与要求识记：机电对象种类。领会：复弹簧阻尼器定义、显示更改器设置。应用：控制面板运行时表达式设置。四、课程教学安排教学内容思政融入点讲授学时实验学时上机学时实践学时习题课线下总学时线上总学时其他第一章绪论1.1数字孪生技术介绍1.2UG软件功能1.3UG界面布局1.4UG环境参数设置德国西门子开发的绘图软件，在软件开发领域中国现状。爱国热情、树立为中华复兴而学习的责任和担当。1121第二章草图绘制2.1草图创建2.2草图元素创建2.3草图尺寸标注2.4草图约束定义绘图、标准规范，树立科学严谨、标准规范的治学与工作态度。2242第三章三维建模3.1三维建模介绍3.2拉伸特征3.3旋转特征3.4齿轮创建3.5工程图绘制结合生产实际，论证剖视图的重要性，实现理论指导与实践辩证统一。2242第四章零件装配4.1创建装配体4.2添加组件4.3装配约束定义4.4装配图绘制从零到整，从细节到全局，培养学生的大局观。2242第五章简易机械臂设计5.1简易机械臂介绍5.2子零件建模5.3简易机械臂装配5.4简易机械臂工程图绘制仿真的重要性，实践是检验真理的唯一标准，实践出真知。2242第六章扭尾机械手运动仿真6.1关键零件建模6.2扭尾机械手装配6.3MCD仿真模块介绍6.4刚体定义说明每个刚体机电对象参数的重要性，培养严谨、细心、一丝不苟的做事态度。2242第七章简易传输带运动仿真7.1碰撞体定义7.2对象源定义7.3碰撞传感器定义7.4对象收集器定义7.5对象变换器定义通过分析测量，透过现象按本质，要学会、勤于思考，掌握事物的原理。2242第八章6轴机器人运动仿真8.1机器人刚体设置8.2机器人运动副设置8.3机器人路径规划8.4上下料机器人创新设计以学生为中心讲解讲解每种传动副的特点和功能，总结凝练每个人都有自己的特点，要发挥特长。2242第九章视觉检测站运动仿真9.1机器视觉系统介绍9.2视觉检测站机电对象设置9.3视觉检测站仿真序列设置举一反三讲解各种驱动方法，教导学生会举一反三、融会贯通，提升创新创造性学习能力。2242第十章控制面板运动仿真10.1控制面板机电对象设置10.2弹簧阻尼器定义10.3显示更改器设置10.4运行时表达式设置展示中国现代智能制造发展成就，教育学生坚持“四个自信”。2242机动与复习以小组为单元，组织学生复习，互帮互助。培养团队合作意识。114合计20204020总计线下40，线上20五、课程实施1.教学条件（1）软硬件条件软件：SIEMENSNX软件50套；硬件：计算机仿真（数字仿真）实训基地，计算机50台。学生所占机械工程学院应该为学生提供开放的实验室，方便学生自由练习。（2）师资条件①团队规模：按每届3个教学班的规模，专兼职教师10人左右（含专业实训指导教师），其中，专职教师6人，兼职教师4人，职称和年龄结构合理，互补性强。②教师专业背景与能力要求：具有一定的机电一体化工程生产实际背景，熟悉机电一体化设计，具备NX软件使用的能力，掌握一定的教学方法与艺术。③课程负责人：熟悉机电一体化零件加工技术和高职教育规律、实践经验丰富、教学效果好、在行业有一定影响、具有硕士以上学历或副高以上职称的“双师”教师。④“双师型”教师：“双师”比例应达到70%以上，承担理论实践一体化课程和工学结合课程的专业教师应为“双师型”教师。要通过校企共建方式建设专兼结合的“双师型”教师队伍。2.教材选用和建议《机电产品数字孪生技术及应用(NXMCD)》教材适合于应用本科教育，以能力为导向，进行任务化教学，进行理论与实践一体的能力导向型教学，适应职业本科教学。3.教学方法建议课程教学以能力为导向，任务教学模式，采取“学做合一”的方式。4.教学评价对学生学习的评价，既关注学生知识与技能的理解和掌握，更要关注他们情感与态度的形成