1、機械工程及自動化專業(yè)導(dǎo)論機械設(shè)計及理論篇,東華大學(xué)機械工程學(xué)院 毛立民 2005年10月,第一部分 機械設(shè)計專業(yè)導(dǎo)論,第一講 機械產(chǎn)品設(shè)計基本概念 設(shè)計目的和要求-產(chǎn)品的用途和達到技術(shù)水平； 市場和技術(shù)調(diào)研-通過市場調(diào)研分析用戶需求和現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)； 方案設(shè)計（總體設(shè)計）-通過方案的構(gòu)思、分析和論證，確定一組可行原理性方案；,機構(gòu)設(shè)計-確定各運動部件的機構(gòu)形式，進行機構(gòu)的運動參數(shù)分析計算和優(yōu)化； 結(jié)構(gòu)設(shè)計（詳細設(shè)計）-確定設(shè)計對象的細節(jié)結(jié)構(gòu)，進行零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成產(chǎn)品的工程描述； 產(chǎn)品試制和測試-完成產(chǎn)品樣機生產(chǎn)及有關(guān)測試項目，并進行設(shè)計反饋與修改； 市場（用戶）反饋意見 產(chǎn)品改進、完

2、善、定型,傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設(shè)計方法,用紙、鉛筆或二維繪圖軟件,建造實驗環(huán)境，用傳感器測量載荷、變形和運動狀態(tài),設(shè)計繪圖,制造實物樣機,實物樣機實驗,產(chǎn)品定型生產(chǎn),制造實物零件并裝配,發(fā)現(xiàn)問題、重新修改設(shè)計,現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計方法,產(chǎn)品概念設(shè)計,三維結(jié)構(gòu)設(shè)計,運動學(xué)、動力學(xué)仿真分析,有限元分析、尺寸、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,虛擬樣機,驗證產(chǎn)品中的運動機構(gòu)原理是否正確,驗證產(chǎn)品是否有強剛度振動等問題,運動學(xué)問題,動力學(xué)問題,第二講 現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計基本概念 1. CAD-Computer Aided Design （計算機輔助設(shè)計），使用計算機系統(tǒng)進行設(shè)計的全過程，包括資料檢索、方案構(gòu)思、零件造型、工程分析、工程制圖

3、、文檔匯編,CAD概念的產(chǎn)生和發(fā)展 20世紀(jì)60年代初，美國麻省理工學(xué)院開發(fā)了名為Sketchpad的計算機交互圖形處理系統(tǒng)，形成了CAD的最初概念：科學(xué)計算、繪圖。 20世紀(jì)70年代中期，CAD開始進入實用階段，主要技術(shù)特點是二維、三維線框造型，只能表達基本的幾何信息。不能有效表達幾何數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系，價格昂貴。,20世紀(jì)70年代后期，CAD進入發(fā)展時期。飛機和汽車制造中的大量自由曲面問題促進了CAD的自由曲面造型技術(shù)發(fā)展。曲面造型系統(tǒng)為人類帶來了第一次CAD技術(shù)革命。 20世紀(jì)80年代初，CAD實現(xiàn)了實體造型技術(shù)，能夠精確表達零件的屬性（如質(zhì)量、質(zhì)心、慣性矩等）。稱之為CAD發(fā)展史上第二次革

4、命。,20世紀(jì)80年代中期，CAD實現(xiàn)了參數(shù)化實體造型技術(shù)，其特點是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改等。參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用主導(dǎo)了CAD發(fā)展史上的第三次技術(shù)革命。 20世紀(jì)90年代初期，由于參數(shù)化技術(shù)存在許多不足，提出了比參數(shù)化更為先進的實體造型技術(shù)-變量化技術(shù)。CAD技術(shù)發(fā)展的第四次技術(shù)革命。,CAD的定義： 1973年國際信息聯(lián)合會：CAD是將人和機器混編在解題作業(yè)中的一種技術(shù)，從而使人和機器的最好特性聯(lián)系起來。 20世紀(jì)80年代初，第二屆國際CAD會議：CAD是一個系統(tǒng)的概念，包括計算、圖形、信息自動交換、分析和文件處理五個方面。 1984年國際設(shè)計及綜合討論會：CAD不

5、僅是設(shè)計手段，而且是一種新的設(shè)計方法和思維。,典型的CAD/CAE軟件簡介,1）CATIA(Computer Aided Three-dimensional Interface Application) 由法國達索飛機公司與IBM合作開發(fā)的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)，主要用于機械制造、工程設(shè)計、電子行業(yè)。主要特點是具有很強的三維復(fù)雜曲面造型和加工編程能力。,2）UG(UNIGRAPHICS) 由美國EDS公司開發(fā)的CAD/CAE/CAM軟件，適用于飛機、汽車、通用機械以及模具的設(shè)計、分析和制造。 3）Pro/ENGINEER 美國PTC公司開發(fā)的機械設(shè)計自動化軟件系統(tǒng)，主要用于汽車及運輸機

6、械、宇航、飛機制造、電子及計算機設(shè)備行業(yè)。,4）Solidworks 美國Solidworks公司產(chǎn)品，具有高級曲面造型、大型裝配能力。 5）Solidedge 美國EDS公司產(chǎn)品。 6）Autocad 美國Autodesk公司產(chǎn)品。著名的二維設(shè)計軟件。 7）CAXA 北航海爾軟件公司產(chǎn)品。國產(chǎn)二維、三維設(shè)計軟件,2.CAE -Computer Aided Engineering (計算機輔助工程），以現(xiàn)代計算力學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機仿真為手段的工程技術(shù)分析，主要內(nèi)容包括有限元分析、邊界法、運動機構(gòu)分析、氣動和流場分析、電磁場分析等。CAE在工程分析中的作用已從分析和校核擴展到優(yōu)化設(shè)計。CAE屬于

7、廣義CAD的重要部分。,計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）, 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM) 計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（CAPP）, 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 計算機數(shù)控技術(shù)（CNC）, 管理信息系統(tǒng)（MIS） 計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,第三講機械工程及自動化專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)范,一、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)： 培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的德、智、體、美全面發(fā)展的，能夠從事機械（或機電）產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理和銷售經(jīng)營等方面工作的，具有創(chuàng)新意識和團隊精神的寬厚型、復(fù)合型高級工程人才。,二 本專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格 本專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備以下幾個方面的知識和能力： 1.具有良好的思想品德

8、、社會公德、職業(yè)道德和團體意識，熱愛祖國。 2.具有較扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)、較好的人文、藝術(shù)、社會科學(xué)基礎(chǔ)和正確運用本國語言、文字的表達能力。,3.較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，主要包括力學(xué)、機械學(xué)、電工與電子技術(shù)、機械工程材料、機械設(shè)計工程學(xué)、機械制造基礎(chǔ)、自動化基礎(chǔ)、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識。 4.具有本專業(yè)必須的制圖、計算、實驗、測試、文獻檢索和基本工藝操作等基本技能。,5.具有本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)某個專業(yè)方向所必需的專業(yè)知識，了解其科學(xué)前沿及發(fā)展趨勢，具有文獻資料查詢及科技寫作方面的能力。 6.具有初步的科學(xué)研究、科技開發(fā)、分析問題和解決問題以及組織管理能力。 7.具有較強的

9、自學(xué)能力和創(chuàng)新意識。,三、機械工程及自動化專業(yè)教育知識體系的總體框架,通識教育基礎(chǔ)：包括人文社科管理系列，軍訓(xùn)體育、外語系列和自然科學(xué)系列，共占總學(xué)時的53%左右； 學(xué)科大類基礎(chǔ)：包括設(shè)計、制造、測控、材料四大支柱以及計算機基礎(chǔ)與應(yīng)用系列，共占總學(xué)時的37%左右； 專業(yè)教育：包括機械設(shè)計專業(yè)方向、機械電子工程專業(yè)方向、機械制造專業(yè)方向系列選修課以及學(xué)科前沿選修課，共占總學(xué)時的10%左右。,通識教育基礎(chǔ)80學(xué)分，其中必修課43學(xué)分，占總課程比例28%，選修課37學(xué)分，占總課程比例24% 政治思想：思想道德修養(yǎng)、形勢與政策 等 自然科學(xué)：一元微積分、幾何與多元微積分、.概率論與數(shù)理統(tǒng)計、復(fù)變函數(shù)與

10、積分變換、線性代數(shù)、大學(xué)物理、工程化學(xué)基礎(chǔ) 計算機技術(shù)基礎(chǔ)：計算機組成及網(wǎng)絡(luò)、VB程序設(shè)計、網(wǎng)頁制作技術(shù)、Web應(yīng)用程序開發(fā)、軟件設(shè)計基礎(chǔ),外 語：大學(xué)英語精讀、大學(xué)英語聽力 經(jīng)濟管理：現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理等 社會實踐：學(xué)術(shù)講座、軍訓(xùn)、課外科技活動、社會調(diào)查、公益勞動,學(xué)科大類基礎(chǔ)62學(xué)分，其中必修課50學(xué)分，占總課程比例32%，選修課12學(xué)分，占總課程比例8%。,機械學(xué)科基礎(chǔ)：理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程熱力學(xué)、畫法幾何及工程制圖、機械原理、機械動力學(xué)基礎(chǔ) 材料科學(xué)基礎(chǔ)：機械工程材料,機械設(shè)計基礎(chǔ)：機械設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、機電一體化產(chǎn)品設(shè)計 機械制造基礎(chǔ)：制造技術(shù)基礎(chǔ)、材料成型技術(shù)基礎(chǔ)

11、測控技術(shù)：電工技術(shù)、電子技術(shù)、微機原理及應(yīng)用、測試技術(shù)、液壓氣動技術(shù),專業(yè)方向與專業(yè)前沿課程12學(xué)分，每個專業(yè)方向選修課12學(xué)分，占總課程比例8%。,專業(yè)方向通選課程：先進制造技術(shù)導(dǎo)論、數(shù)控技術(shù)、機電伺服控制技術(shù)、機械優(yōu)化設(shè)計、虛擬樣機設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用、單片機應(yīng)用技術(shù),機械設(shè)計專業(yè)方向模塊課程：現(xiàn)代紡織機械設(shè)計、現(xiàn)代染化機械設(shè)計 機械制造專業(yè)方向模塊課程：現(xiàn)代加工技術(shù)、機械制造裝備技術(shù)、自動化制造系統(tǒng) 機械電子專業(yè)方向模塊課程：控制工程基礎(chǔ)、機電控制工程、機械電氣電子控制技術(shù),實踐教學(xué)內(nèi)容及體系,機械類專業(yè)實驗教學(xué)與工程實踐教學(xué)分為三個階段 認(rèn)知實踐教學(xué)階段： 內(nèi)容：認(rèn)知實習(xí)（參觀、動手拆裝、模型制作）（1周）、計算機繪圖大作業(yè)（1周） 學(xué)習(xí)目標(biāo)：加深對機械結(jié)構(gòu)及材料的感性認(rèn)識，并結(jié)合有關(guān)的機械工程導(dǎo)論課使學(xué)生對機械學(xué)科有一個比較全面的了解。,基礎(chǔ)實踐教學(xué)階段： 內(nèi)容：金工實習(xí)（工程訓(xùn)練6周）、電工電子實習(xí)（2周）、機械原理與零件課程設(shè)計（4周）、微機大作業(yè)（1周） 學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解機械的局部方案和部件的設(shè)計、制造與控制的基本工程知識與設(shè)計過程，訓(xùn)練學(xué)生逐步樹立工程觀念，提高解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。,綜合實踐教學(xué)階段： 內(nèi)容：綜合實驗（機械制造、機械設(shè)計、機電系統(tǒng)）（2周）、專業(yè)課程設(shè)計（2.5周）、社會實踐（2周）、生產(chǎn)實習(xí)（