Pro/E軟件在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學與課程設(shè)計中的應(yīng)用
在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程中，引入Pro/ENGINEER 三維仿真技術(shù)進行輔助教學，可以顯著提高教學效果;通過安排課程綜合設(shè)計項目，引導學生在機械設(shè)計課程設(shè)計中，利用Pro/E 軟件進行建模、虛擬裝配、干涉檢查、工程圖制作、運動仿真與動力學分析，提高了機械設(shè)計品質(zhì)和設(shè)計效率;利用Pro/E 軟件激勵學生的創(chuàng)造思維，提高學生的創(chuàng)新素質(zhì)和工程實踐能力。
《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程是機械類專業(yè)學生的主要課程之一，其理論性很強，一些抽象的概念和常用的機構(gòu)對于沒有實際經(jīng)驗甚至連見都沒見過的學生來說很難掌握。且傳統(tǒng)的課程設(shè)計課題單一，內(nèi)容陳舊，圖紙均采用手工或者二維CAD 繪圖的設(shè)計手段，不利于學生探求、創(chuàng)新、研究開拓能力的培養(yǎng)和訓練，其教學已明顯落后于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計對工科學生專業(yè)素質(zhì)的要求。而Pro/E 是現(xiàn)今使用率最高的三維設(shè)計軟件之一，其突破了傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計理念，提出了實體造型、特征建模、參數(shù)化設(shè)計及全相關(guān)單一數(shù)據(jù)庫的新理論，具有三維實體建模、曲面特征設(shè)計、裝配、工程圖及運動和動力仿真等功能。因此，基于Pro/E軟件開展《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學改革，提高教學品質(zhì)是高職院校教學改革的一項重要舉措。
1、引入Pro/E 三維仿真技術(shù)進行輔助教學
在以往的教學中，學生對一些知識只是簡單的記憶，沒有真正理解。學生由于空間想象能力不足和缺乏工程實踐，面對二維的圖紙很難想出各種機構(gòu)的運行方式，似懂非懂，遇到具體問題不會分析。為此，我們提出了利用Pro/E 軟件建立各種機構(gòu)與傳動零部件的模型、機構(gòu)運動仿真視頻、拆裝動畫、虛擬裝配、虛擬加工等教學資源，運用于《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學。教師在授課過程中，可以根據(jù)實際情況在Pro/E環(huán)境中對各種三維的教學模型隨意裝拆、旋轉(zhuǎn)、放大，從不同角度觀察模型，有利于加深學生對各種機構(gòu)空間結(jié)構(gòu)及組成的理解。更重要的是，利用Pro/E軟件能進行機構(gòu)仿真，把各種復雜的機構(gòu)通過形象、生動、逼真的動畫演示以三維的形式直觀地展示在學生面前，克服了采用PPT 教學中平面圖形的不足，使學生建立起良好的感性認識，也提高了學生的空間想象力，從而提高學生的學習興趣。
其次，Pro/E 軟件的設(shè)計過程可以實現(xiàn)真正的相關(guān)性，任何修改都會自動反映到所有的相關(guān)對象，從而顯著提高了設(shè)計效率和教學效果。比如，對于平面四桿機構(gòu)，教學時可以利用模型仿真驗證所設(shè)計的機構(gòu)是否滿足要求，同時還可以改變相應(yīng)的參數(shù)、或以不同的構(gòu)件為機架或調(diào)用不同長度的連桿進行裝配，從而得到不同類型的四桿機構(gòu)，實現(xiàn)不同的功能。再比如，對于間歇運動機構(gòu)，在課堂教學中可采用Pro/E 軟件對零件直接三維建模并裝配及機構(gòu)仿真，能按需造型及修改模型，并直觀地顯示整個機構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)、各構(gòu)件之間的連接關(guān)系，使教學中的各知識點更加清晰、生動、形象，大大提高了課堂教學品質(zhì)。再如，對于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可預先繪制出各類軸上零件固定件，上課時則利用Pro/E 對軸系各個零件進行裝配，演示如何進行齒輪的周向和軸向固定，軸的支承與固定，軸承如何裝配如何調(diào)整間隙，各零件之間的相互位置關(guān)系、零件的裝拆順序及零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)注意的問題等。
2、利用Pro/E 軟件提高設(shè)計效率和設(shè)計品質(zhì)
Pro/E 軟件操作能力是實現(xiàn)機械產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)的工具。因此，應(yīng)注重Pro/E 軟件操作能力與機械設(shè)計知識相結(jié)合，把《Pro/E 三維設(shè)計》課程與《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的教學緊密聯(lián)系起來，讓學生學會利用Pro/E 軟件進行機械產(chǎn)品的設(shè)計。在機械設(shè)計課程設(shè)計中，引導學生使用Pro/E 軟件實現(xiàn)產(chǎn)品的綜合設(shè)計，改變傳統(tǒng)的設(shè)計方法。將三維CAD 技術(shù)與機械設(shè)計教學相結(jié)合，讓學生知道這些技術(shù)既是先進技術(shù)，更是自己闖蕩職場的硬本領(lǐng)，更應(yīng)該積極主動地學習，做好課程設(shè)計。
2.1、利用Pro/E 軟件進行設(shè)計工作，提高機械設(shè)計的效率
以機械設(shè)計課程設(shè)計中常用的減速器為例。一般要求學生根據(jù)設(shè)計手冊，從電機選用開始，一步一步查表計算，最后設(shè)計出各個零件及裝配圖。常規(guī)的手工畫圖和AutoCAD 畫圖都比較麻煩，尤其在箱體設(shè)計時，要對尺寸進行修正，修改起來也比較困難。而且畫法局限在二維上都不夠直觀。利用Pro/E 相對來說比較簡單，總結(jié)如下：
(1)可以先利用參數(shù)化設(shè)計方法設(shè)計出各個零件的模型。當碰到有兩個及以上相同結(jié)構(gòu)的零件時，如兩個腹板式齒輪，我們只需設(shè)計其中一個，另一個只要再修改一下參數(shù)就可以。
(2)在設(shè)計箱體部分時，做錯一步不必全部重做，只需雙擊錯誤尺寸并進行修改就可以。這樣節(jié)省了大量的畫圖時間。
(3)最后對整個減速器進行組裝、渲染、干涉檢查、運動仿真等。
(4)輸出工程圖。Pro/E 有一個很好的功能，就是可以啟動三維、二維關(guān)聯(lián)功能，由三維直接自動生成二維工程圖紙。這樣我們可以對尺寸和結(jié)構(gòu)作大致修改后就打印輸出完成設(shè)計。
Pro/E 虛擬裝配功能大大增加了設(shè)計過程的直觀性，增強學生的動手能力和設(shè)計能力。而且，通過虛擬裝配，可以檢查裝配體中是否存在干涉現(xiàn)象，讓學生學會解決干涉問題。如機械設(shè)計載體減速器、專用精壓機、牛頭刨床等都可以制成裝配體并作干涉檢查，這樣提高了學生的學習興趣和設(shè)計效率。
2.2、利用Pro/E 軟件進行分析，提高機械設(shè)計的品質(zhì)
根據(jù)教學經(jīng)驗和這幾年學生的就業(yè)情況，我們覺得應(yīng)該適當?shù)靥岣咭�，讓學生掌握Pro/E 的運動仿真和運動分析技術(shù)，以一個機械設(shè)計員所要具備的能力為目標，將《機械設(shè)計基礎(chǔ)》與《Pro/E 三維設(shè)計》兩門課程的培養(yǎng)目標結(jié)合起來，這對學生綜合設(shè)計能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都是非常有幫助的。通過Pro/E 模擬各種復雜的機構(gòu)運動，分析設(shè)計參數(shù)的變化和設(shè)計目標間的關(guān)系，并計算出最佳設(shè)計參數(shù)，可以使學生能更直觀地了解自己的設(shè)計是否符合要求，并能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不合理之處，及早修改設(shè)計方案，從而防止后期修改時消耗更多的資源和時間。通過動力學分析，讓學生了解各部件的運動狀況及所受的力的變化情況，懂得如何修改優(yōu)化自己的設(shè)計。這既為學生掌握傳動機構(gòu)的設(shè)計提供了有力的實驗環(huán)境，同時又提高了設(shè)計品質(zhì)和設(shè)計效率。學生在課程設(shè)計中應(yīng)用Pro/E 軟件進行機構(gòu)設(shè)計與分析、機械傳動裝置的三維實體設(shè)計，實現(xiàn)了零件造型、三維裝配、干涉檢查、動畫顯示、爆炸圖、二維工程圖、常用機械零件的參數(shù)化設(shè)計等主要功能，學生所提交的設(shè)計和圖紙給人耳目一新的感覺，技術(shù)含量大幅度提高，學生的工程實踐能力大為提高。
3、利用Pro/E 軟件激勵學生創(chuàng)造思維，強化學生的機械設(shè)計創(chuàng)新能力
創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是現(xiàn)代高職教育中提出的一項新的教學要求。作為機械制造專業(yè)的學生，不僅要掌握一定的機械設(shè)計理論和設(shè)計方法，同時還需要有一定的創(chuàng)新能力。利用Pro/E 進行機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學有助于學生創(chuàng)新能力的養(yǎng)成。除了日常教學外，我們可以兩種形式來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。一是，選擇典型的執(zhí)行機構(gòu),以牛頭刨床、專用精壓機、紙杯機等為例，讓學生對其進行機構(gòu)的運動分析，引導學生進行方案構(gòu)思與設(shè)計，在構(gòu)思的過程中，鼓勵提出盡可能多的不同的方案，甚至包括離奇、怪異的一些方案，然后再讓學生自己使用三維技術(shù)，對機構(gòu)模型進行三維構(gòu)型設(shè)計，設(shè)計成功后可進行運動仿真。這樣既調(diào)動了學生的思維積極性，激發(fā)學生的創(chuàng)造靈感，又訓練了學生的創(chuàng)新思維能力。也可以讓學生分組展開設(shè)計，各組學生在課后完成具有各組自身特色的設(shè)計方案。同組學生所設(shè)計的傳動方案具有相同的特色，但每個同學的設(shè)計細節(jié)應(yīng)有所區(qū)別。這樣既培養(yǎng)了學生與人合作的能力，又培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。二是，可以從生活中找創(chuàng)新項目，比如自行車的設(shè)計與改造、新型清潔機的設(shè)計等。Pro/E 中的機械設(shè)計模塊是一個高效的三維機械設(shè)計工具，其生成曲面的方法很多且方便，可繪制任意復雜形狀的零件，這就給機械設(shè)計的創(chuàng)新提供了方便。
4、結(jié)束語
結(jié)合《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程和Pro/E 軟件的特點，利用Pro/E 進行機械設(shè)計基礎(chǔ)課程輔助教學，促進了機械設(shè)計課程教育思想、教學手段、教學內(nèi)容和教學方法的改革，促進了機械學科的發(fā)展。另一方面，注重掌握現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，在教學和課程設(shè)計中，引導學生學習和應(yīng)用Pro/E 三維技術(shù)，提高設(shè)計技術(shù)含量，培養(yǎng)了學生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和運用知識解決工程實際問題的能力。
