0408027004《机械工程综合探索设计》教学大纲 课程 课程中 0408027004 学时 20/40 编号 机械工程综合探索设计 文名称 口学位课 课程 课程英 √非学位课 A Comprehensive Course of Exploratory 学分 1/2 性质 口其他 文名称 Design in Mechanical Engineering 开课 口春 适用学科 机械工程 适用 √硕士 时间√秋 (类别) 学生 口博士 先修课程 振动力学、工程数学、工程控制基础、测量与传感器技术、机械制造技术 开课单位 机械与电气工程学院 王科盛 大纲撰写人 大纲审稿人 于亚婷 制（修）定时间 2019年 张小玲 一、 教学目标 本课程是一门以培养学生创新意识、启发创新思维和介绍创新方法的专业选 修课。在教学过程中综合运用和总结归纳学生先修课的有关知识，结合新技术和 新产品启发学生的思维过程，为学生进一步学习有关专业课和日后从事机械工程 技术工作及创新设计打下基础。本课程是对机械类专业的学生进行素质教育和创 新能力培养的一门主要课程。 本课程的教学目标是使学生在智能制造需求大背景下，探索典型机械产品创 新设计方法，理解设计、制造一体化的思想。掌握基于CAD/CAE/CAM的机械产品 设计过程、基于先进制造技术的机械产品加工过程及基于振动信号的状态监测和 性能评估方法。 实践是培养学生综合应用所学的理论知识，提高分析和解决问题能力的重要 环节，是培养学生综合素质和创新能力的重要途径。为了提高机械工程专业硕士 研究生的综合实践能力与创新实践能力，在理论学习与课题研究之间架起一座 “增强实践能力”的桥梁。学习“机械工程综合实践”这门课，可以通过基础实 践项目和综合实践项目的锻炼来提高研究生的实践能力，以满足从事课题研究， 出创新性成果的需要。 二、教学内容与要求 本课程的主要内容是从先进设计方法和智能制造的基本理念出发，研究讨论 创造性思维、创造原理和创造技法：针对先进设计方法和先进制造技术，围绕设 计中的机械原理方案设计、结构设计、先进制造等环节，从各个角度广泛探讨创
1 0408027004《机械工程综合探索设计》教学大纲 课程 编号 0408027004 课程中 文名称 机械工程综合探索设计 学时 20/40 课程 性质 □学位课 √非学位课 □其他 课程英 文名称 A Comprehensive Course of Exploratory Design in Mechanical Engineering 学分 1/2 开课 时间 □春 √秋 适用学科 (类别) 机械工程 适用 学生 √硕士 □博士 先修课程 振动力学、工程数学、工程控制基础、测量与传感器技术、机械制造技术 开课单位 机械与电气工程学院 大纲撰写人 王科盛 张小玲 大纲审稿人 于亚婷 制(修)定时间 2019 年 一、教学目标 本课程是一门以培养学生创新意识、启发创新思维和介绍创新方法的专业选 修课。在教学过程中综合运用和总结归纳学生先修课的有关知识，结合新技术和 新产品启发学生的思维过程，为学生进一步学习有关专业课和日后从事机械工程 技术工作及创新设计打下基础。本课程是对机械类专业的学生进行素质教育和创 新能力培养的一门主要课程。 本课程的教学目标是使学生在智能制造需求大背景下，探索典型机械产品创 新设计方法，理解设计、制造一体化的思想。掌握基于 CAD/CAE/CAM 的机械产品 设计过程、基于先进制造技术的机械产品加工过程及基于振动信号的状态监测和 性能评估方法。 实践是培养学生综合应用所学的理论知识，提高分析和解决问题能力的重要 环节，是培养学生综合素质和创新能力的重要途径。为了提高机械工程专业硕士 研究生的综合实践能力与创新实践能力，在理论学习与课题研究之间架起一座 “增强实践能力”的桥梁。学习“机械工程综合实践”这门课，可以通过基础实 践项目和综合实践项目的锻炼来提高研究生的实践能力，以满足从事课题研究， 出创新性成果的需要。 二、教学内容与要求 本课程的主要内容是从先进设计方法和智能制造的基本理念出发，研究讨论 创造性思维、创造原理和创造技法；针对先进设计方法和先进制造技术，围绕设 计中的机械原理方案设计、结构设计、先进制造等环节，从各个角度广泛探讨创
新设计的规律，具有一定的系统性。 第一部分设计过程 第一章：现代设计方法介绍 课堂学时：2学时 教学内容：设计方法的优化基本理论、智能优化方法，培养学生在解决复杂工程 问题过程中进行获得系统优化方案的基本能力。可靠性设计的基本理论、基本指 标与设计方法，培养学生在复杂工程问题中进行可靠性分析的基本能力。有限元 分析的基本理论，基本方法与设计工具，培养学生利用现代工具解决机械设计实 际问题的基本能力。 第二章：基于CAD/CAE/CAM的机械产品设计 课堂学时：2学时 教学内容：CAD/CAE/CAM系统需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理， 讲述设计、制造过程中的信息处理系统，包括设计、设计分析、制造中的数值计 算、工程绘图、三维造型、工程数据库的管理、工艺分析、加工仿真、NC自动 编程等全面处理产品的设计与制造的全过程。 实践学时：10学时 实践内容：利用CAD/CAE/CAM一体化技术对机械产品进行结构设计、受 力分析、寿命预测、性能优化、模拟加工等方面的练习。 第二部分：制造过程 课堂学时：2学时 教学内容：1.数控技术(Numerical Control),简称数控(NC),是用数字量及 字符作为加工的指令，实现自动控制的技术。简称CNC,数控技术在国外一般 都称为CNC。数控技术的核心是数字控制技术，用计算机来对输入的指令进行 存储、译码、计算、逻辑运算，并将处理的信息转换为相应的控制信号，控制运 动精度较高的驱动元件，使之按编程人员设定的运动轨迹来高效加工，从而彻底 克服了传统机械加工的缺点。2特种加工技术，传统机械切削加工的本质为：刀 具材料比工件更硬，用机械能把工件上多余的材料切除，零件的形状由机床的成 型运动产生。但是，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，要求尖端 科学技术产品向高精度、高速度、耐高温、小型化和结构复杂化等方向发展。尺 寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越来越高，工件材料越来越硬，加工表面越 来越复杂，传统的加工方法已不能满足生产的需要，探索利用电、磁、声、光 化学等能量或将多种能量组合施加在工件的被加工部位，实现材料去除、变形
2 新设计的规律，具有一定的系统性。 第一部分 设计过程 第一章：现代设计方法介绍 课堂学时：2 学时 教学内容：设计方法的优化基本理论、智能优化方法，培养学生在解决复杂工程 问题过程中进行获得系统优化方案的基本能力。可靠性设计的基本理论、基本指 标与设计方法，培养学生在复杂工程问题中进行可靠性分析的基本能力。有限元 分析的基本理论，基本方法与设计工具，培养学生利用现代工具解决机械设计实 际问题的基本能力。 第二章：基于 CAD/CAE/CAM 的机械产品设计 课堂学时：2 学时 教学内容：CAD/CAE/CAM 系统需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理， 讲述设计、制造过程中的信息处理系统，包括设计、设计分析、制造中的数值计 算、工程绘图、三维造型、工程数据库的管理、工艺分析、加工仿真、NC 自动 编程等全面处理产品的设计与制造的全过程。 实践学时：10 学时 实践内容：利用 CAD／CAE／CAM 一体化技术对机械产品进行结构设计、受 力分析、 寿命预测、性能优化、模拟加工等方面的练习。 第二部分：制造过程 课堂学时：2 学时 教学内容：1.数控技术（Numerical Control），简称数控（NC），是用数字量及 字符作为加工的指令，实现自动控制的技术。简称 CNC，数控技术在国外一般 都称为 CNC。数控技术的核心是数字控制技术，用计算机来对输入的指令进行 存储、译码、计算、逻辑运算，并将处理的信息转换为相应的控制信号，控制运 动精度较高的驱动元件，使之按编程人员设定的运动轨迹来高效加工，从而彻底 克服了传统机械加工的缺点。2.特种加工技术，传统机械切削加工的本质为：刀 具材料比工件更硬，用机械能把工件上多余的材料切除，零件的形状由机床的成 型运动产生。但是，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，要求尖端 科学技术产品向高精度、高速度、耐高温、小型化和结构复杂化等方向发展。尺 寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越来越高，工件材料越来越硬，加工表面越 来越复杂，传统的加工方法已不能满足生产的需要，探索利用电、磁、声、光、 化学等能量或将多种能量组合施加在工件的被加工部位，实现材料去除、变形
改变性能或被镀覆等非传统加工方法，这些方法统称为特种加工。 实践学时：10学时 1.传统齿轮加工试验：滚齿机、插齿机加工齿轮。 2.激光加工齿轮：采用激光束作用于物体表面使物体变形（去除或熔化材 料)或物体表面性能改变的加工。与其他加工方法相比，激光加工具有以下特点： 激光加工是通过激光光束进行加工，与被加工工件不直接接触，降低了机械加工 惯性和机械变形，方便了加工。同时，还可加工常规机械加工不能或很难实现的 加工工艺。 3.线切割加工齿轮：利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对 工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。线切割放电加工以铜线作为工具电 极，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压， 并保持5~50um间隙，间隙中充满煤油、纯水等绝缘介质，使电极与被加工物之 间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过 NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加 工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。 4.3D打印齿轮 第三部分：装配调试 实践学时：2学时 第四部分：性能测试 课堂教学：2学时 教学内容：振动是工程应用中非常常见的一个研究问题，据有关资料表明，有60% 以上都是采用的振动检测的方法来进行设备的状态检测及故障诊断的。主要讲述 振动的力学基础及振动试验搭建原理。 实践学时：8学时 振动测试：振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。 描述振动的主要参数有：振幅、速度振动又分、加速度。在现场或实验室对振动 系统的实物或模型进行的试验。振动系统是受振动源激励的质量弹性系统，如机 器、结构或其零部件、生物体等。振动试验包括响应测量、动态特性参量测定、 载荷识别以及振动环境试验等。 三、教学方式 教学实践中，第一阶段为课程介绍与实践项目熟悉。首先在课堂上集中讲授
3 改变性能或被镀覆等非传统加工方法，这些方法统称为特种加工。 实践学时：10 学时 1. 传统齿轮加工试验：滚齿机、插齿机加工齿轮。 2. 激光加工齿轮：采用激光束作用于物体表面使物体变形（去除或熔化材 料）或物体表面性能改变的加工。与其他加工方法相比，激光加工具有以下特点： 激光加工是通过激光光束进行加工，与被加工工件不直接接触，降低了机械加工 惯性和机械变形,方便了加工。同时，还可加工常规机械加工不能或很难实现的 加工工艺。 3. 线切割加工齿轮：利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对 工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。线切割放电加工以铜线作为工具电 极，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加 60~300V 的脉冲电压， 并保持 5~50um 间隙，间隙中充满煤油、纯水等绝缘介质，使电极与被加工物之 间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀.在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加 工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。 4. 3D 打印齿轮 第三部分：装配调试 实践学时：2 学时 第四部分：性能测试 课堂教学：2 学时 教学内容：振动是工程应用中非常常见的一个研究问题，据有关资料表明,有 60% 以上都是采用的振动检测的方法来进行设备的状态检测及故障诊断的。主要讲述 振动的力学基础及振动试验搭建原理。 实践学时：8 学时 振动测试：振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。 描述振动的主要参数有：振幅、速度振动又分、加速度。在现场或实验室对振动 系统的实物或模型进行的试验。振动系统是受振动源激励的质量弹性系统，如机 器、结构或其零部件、生物体等。振动试验包括响应测量、动态特性参量测定、 载荷识别以及振动环境试验等。 三、教学方式 教学实践中，第一阶段为课程介绍与实践项目熟悉。首先在课堂上集中讲授
课程目的的、课程内容，初步介绍各实践项目的。接下来，组织研究生到实验中 心现场参观，事先根据研究生学员人数，分成3一4组，每组10人左右，分组 轮流参观各个实践项目。现场介绍项目的实验目的、实验设备、实验方案与实验 要求，并进行现场演示，每个实践项目参观时间大约30分钟左右。学员通过课 程讲授、现场参观和观看实验演示，对各个实践项目有了一个感性认识与现场体 验。 第二阶段是以研究生为主体的实验阶段。实验中以研究生为主体，倡导研究 生多动脑、勤思考、敢提问，并且给予研究生主动权，鼓励学生自主设计完成实 践项目的实验任务。在教学实施过程中，考虑到研究生的特点，强调将开放式实 验与目标节点管理相统一的实验指导模式。研究生学员要完成综合实践项目，需 要投入大量的时间与精力，实验设备的使用时间长、频次高，而实验设备的台套 数一般只有一到两套。为解决实验设备台套数限制，保证每名学员能有充分的时 间开展实验，学生可以在预约的时间进入实验室开展实验。这样一方而提高了实 验设备的使用效率，另一方而保证了学生有充足的时间完成各实践模块的实验任 务。 四、考核方式与成绩评定 考核方式：书面实验报告(60%)、实验汇报及表达能力评价(30%)和考 勤(10%) 第一方面书面实验报告评价。每个综合实践项目完成以后，学员必须提交完 整的实验报告，详细阐述项目的实验原理、步骤、实验过程、记录实验数据的处 理与分析过程，写下实践体会，提出实践项目改进建议。实验报告是对实践项目 完成情况的文宇记录与书而表达，可以考察学员实践项目完成的整体情况以及书 而表达能力。根据所提交实验报告的水平与质量，对每名学员实践项目的完成情 况按进行评分。 第二部分是实验汇报及表达能力评价。课程结束前，学员完成所有综合实践 项目实验以后，组织学员进行实验汇报。根据实践项目选择情况，将学员分组， 每名学员必须上讲台对自己所完成的综合实践项目进行汇报，时间控制在5分钟 左右。 第三部分是主要考察学员在实验课程中的“出勤”情况
4 课程目的的、课程内容，初步介绍各实践项目的。接下来，组织研究生到实验中 心现场参观，事先根据研究生学员人数，分成 3 一 4 组，每组 10 人左右，分组 轮流参观各个实践项目。现场介绍项目的实验目的、实验设备、实验方案与实验 要求，并进行现场演示，每个实践项目参观时间大约 30 分钟左右。学员通过课 程讲授、现场参观和观看实验演示，对各个实践项目有了一个感性认识与现场体 验。 第二阶段是以研究生为主体的实验阶段。实验中以研究生为主体，倡导研究 生多动脑、勤思考、敢提问，并且给予研究生主动权，鼓励学生自主设计完成实 践项目的实验任务。在教学实施过程中，考虑到研究生的特点，强调将开放式实 验与目标节点管理相统一的实验指导模式。研究生学员要完成综合实践项目，需 要投入大量的时间与精力，实验设备的使用时间长、频次高，而实验设备的台套 数一般只有一到两套。为解决实验设备台套数限制，保证每名学员能有充分的时 间开展实验，学生可以在预约的时间进入实验室开展实验。这样一方而提高了实 验设备的使用效率，另一方而保证了学生有充足的时间完成各实践模块的实验任 务。 四、考核方式与成绩评定 考核方式：书面实验报告（60%）、实验汇报及表达能力评价（30%）和考 勤（10%） 第一方面书面实验报告评价。每个综合实践项目完成以后，学员必须提交完 整的实验报告，详细阐述项目的实验原理、步骤、实验过程、记录实验数据的处 理与分析过程，写下实践体会，提出实践项目改进建议。实验报告是对实践项目 完成情况的文宇记录与书而表达，可以考察学员实践项目完成的整体情况以及书 而表达能力。根据所提交实验报告的水平与质量，对每名学员实践项目的完成情 况按进行评分。 第二部分是实验汇报及表达能力评价。课程结束前，学员完成所有综合实践 项目实验以后，组织学员进行实验汇报。根据实践项目选择情况，将学员分组， 每名学员必须上讲台对自己所完成的综合实践项目进行汇报，时间控制在 5 分钟 左右。 第三部分是主要考察学员在实验课程中的“出勤”情况
五、教材及主要参考书目 1.教材：自编 2.参考书目： [1]王伯雄.测试技术基础[M.北京：清华大学出版社，2004 [2]刘习军，贾启芬.工程振动理论与测试技术M).北京：高等教育出版社， 2004 [3]Robert E.Coleman,Randall J.Allemang实验结构动力学.清华大学出版 社，2012 [4]梅顺齐.现代设计方法[M.华中科技大学出版社，2009
5 五、教材及主要参考书目 1. 教材：自编 2. 参考书目： [1] 王伯雄. 测试技术基础[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004 [2] 刘习军, 贾启芬. 工程振动理论与测试技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004 [3] Robert E. Coleman, Randall J. Allemang 实验结构动力学. 清华大学出版 社, 2012 [4] 梅顺齐. 现代设计方法[M]. 华中科技大学出版社， 2009