安徽科技学院：《金属加工工艺实习》课程教学资源（金工实习）机电技术教育专业教学大纲_现代设计技术-教学做一体.doc_大学文库

《现代设计技术》课程教学大纲课程中文名称：现代设计技术课程英文名称：Modemn Design Technology 课程编号：ZH16101 课程性质：专业核心课学时：总学时72，理论与实践融合，根据需要由课程组确定学分：4 适用对橡：机械电子工程、机电技术教育先修课程：现代工程图学I、现代工程图学Ⅱ、理论力学、材料力学、机械工程材料、互换性与测量技术、单片机原理与应用、机械工程控制基础、机械原理、机械设计课程简介：《现代设计技术》课程是应用型本科机电类专业的专业核心课程，它对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用，与《现代工程图学》、《理论力学》、《材料力学》、《机械设计》、《机械原理》、《互换性与测量技术》、《机械工程材料》以及专业技能训练等实践环节共同构成了机械设计类课程的主要内容，由此而构成了机械设计核心课程群，同时为后面的现代数字设计与制造方向类课程提供了知识储备，并打下了良好的基础。本课程重点讲授计算机辅助设计、机械优化设计、机械创新设计、可靠性设计等现代设计方法的原理及在机电产品设计研发领域的应用。通过本门课程的学习，学生应能掌握现代机械设计技术的基本理论和方法并能熟练掌握相关工具软件，完成机电产品的设计，以期提高设计效率和准确性，降低成本。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术，强调在基于项目的反复学习训练中，让学生获取知识（自主学习）、共享知识（团队合作)、应用知识（解决问题）、总结知识（技术创新）、传播知识（沟通交流），特别注意培养现代职业岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写一般机电产品设计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选：掌握目前比较成熟

《现代设计技术》课程教学大纲课程中文名称：现代设计技术课程英文名称：Modern Design Technology 课程编号：ZH16101 课程性质：专业核心课学时：总学时 72，理论与实践融合，根据需要由课程组确定学分：4 适用对象：机械电子工程、机电技术教育先修课程：现代工程图学Ⅰ、现代工程图学Ⅱ、理论力学、材料力学、机械工程材料、互换性与测量技术、单片机原理与应用、机械工程控制基础、机械原理、机械设计课程简介：《现代设计技术》课程是应用型本科机电类专业的专业核心课程，它对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用，与《现代工程图学》、《理论力学》、《材料力学》、《机械设计》、《机械原理》、《互换性与测量技术》、《机械工程材料》以及专业技能训练等实践环节共同构成了机械设计类课程的主要内容，由此而构成了机械设计核心课程群，同时为后面的现代数字设计与制造方向类课程提供了知识储备，并打下了良好的基础。本课程重点讲授计算机辅助设计、机械优化设计、机械创新设计、可靠性设计等现代设计方法的原理及在机电产品设计研发领域的应用。通过本门课程的学习，学生应能掌握现代机械设计技术的基本理论和方法并能熟练掌握相关工具软件，完成机电产品的设计，以期提高设计效率和准确性，降低成本。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术，强调在基于项目的反复学习训练中，让学生获取知识（自主学习）、共享知识（团队合作）、应用知识（解决问题）、总结知识（技术创新）、传播知识（沟通交流），特别注意培养现代职业岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写一般机电产品设计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟

的现代设计技术如计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法和可靠设计以及绿色设计等，能够熟练运用与现代设计技术相关的软件如三维软件、数值计算软件和工程分析软件，能够综合运用现代设计技术和相关软件解决一般机电产品的设计问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决中等复杂机械设计问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质二、学时分配章节教学内容计划学时备注第一单元总论 2 第二单元设计问题的描述与解决 6 第三单元计算机辅助设计(CAD) 6 第四单元机械优化设计 16 第五单元有限元法 24 第六单元可靠性设计 8 合计 72 三、教学手段与方式本课程的主要教学手段为多煤体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电产品的设计。四、课程内容体系以《理论力学》、《机械原理》、《机械设计》等课程为基础，以传统设计方法为比较对象，采用目前比较成熟的现代设计方法对典型机电产品进行设计，其中的现代设计方法包括计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法、可靠性设计等，通过对现代设计方法的学习，使学生了解现代机电产品设计的全生命周期，让学生以主动实践的方式学习工程技术，完成典型机电产品的设计开发。五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的70%，终结性评

的现代设计技术如计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法和可靠设计以及绿色设计等，能够熟练运用与现代设计技术相关的软件如三维软件、数值计算软件和工程分析软件，能够综合运用现代设计技术和相关软件解决一般机电产品的设计问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决中等复杂机械设计问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质。二、学时分配章节教学内容计划学时备注第一单元总论 2 第二单元设计问题的描述与解决 6 第三单元计算机辅助设计（CAD） 16 第四单元机械优化设计 16 第五单元有限元法 24 第六单元可靠性设计 8 合计 72 三、教学手段与方式本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电产品的设计。四、课程内容体系以《理论力学》、《机械原理》、《机械设计》等课程为基础，以传统设计方法为比较对象，采用目前比较成熟的现代设计方法对典型机电产品进行设计，其中的现代设计方法包括计算机辅助设计、机械优化设计、有限元法、可靠性设计等，通过对现代设计方法的学习，使学生了解现代机电产品设计的全生命周期，让学生以主动实践的方式学习工程技术，完成典型机电产品的设计开发。五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的 70%，终结性评

八、教学内容及教学要求章节（内容）学时教（理论）学（应用）考核方式方法分西配做（工程项目）创（新思维） 1.1.1现代设计技术的概念了解国代设计基础在课外铺过园终博索现在《机械原理》和针对一个典型机电产品 1.1概述 112现代设计技术的发展机械设计中的典型案代设计技术方面的《机械设计》课程撰写一篇小论文，重点说 113现代设计与传统设计例，如汽车、飞机息，尤其是现代设计设计的基础上，运明传统设计方法和现代高端装各制造等。技术在典型机电产品用现代设计技术设计技术对于产品设计 12现代 1.2.1现代设计技术的主要内容明确现代设计技术对中的应用情况，如空对以前的课程设的区别与联系，小论文成第单设计技术 2 1.2.2现代设计技术的特点于现代制造也的重要客A380、奇瑞汽车计内容进行重新绩占总成绩的5% 元总论的主要内意义。江淮汽车等，重点学规划，为下一步方容和寺点罪以上企业或产品在案设计和优化设 13学 13】学习现代设计技术的意义深刻领悟“教学做创传统设计方法和现代计打下基础。现代设计 1.3.2学习现代设计技术的方法体化教学方法，设计技术方面差异。技术的义和方法础 211设计任条的确房学习机由产品设计任以多级减谏器或其它自发学生设计多针对学生设计的石英 2.1设 2.12产生可能的解决方案务书的撰写，重点是机电产品为依托。功能开口扳手，强输运装置，重点从概念设的任务和 2.13确定最终解决方案任务书的格式、参数计出多种方案，调功能创新、结构计、方案设计和绘图能力 3 技术要求、进度安抖各种方案的优劣（传创新、集成创新以及创新性方面进行考第二单一般过等：多种方案比较分统设计方法评价)，彩察打分，给出本部分成析及方案评价人一组，团队协作绩，其占总成绩的10% 2.2.1概念设计与方案设计的基 (1)概念设计的应给出石英砂输运装置针对日常用品处题的描本内容用：以汽车或者数控的任务书，并设计一自行车、洗衣机等述与解 22概今 2.2.2概念设计的过程和设计原机床为例，学会概念套石英砂输运装置，鼓励学生进行结设计与方 5 设计的五个部分即功重点设计减速装置，构创新、功能集成案设计 2.2.3方案设计中的功能求解能设计原理设从而巩固概念设计利创新等创新设计 2.2.4方案设计过程模型和基本布局设计、形状设方案设计方法与过草绘结构和外形设计方法和初步结构设计。程，并对所设计方图，重点培养学生

八、教学内容及教学要求章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法第一单元总论 1.1 概述 2 1.1.1 现代设计技术的概念了解现代设计基础在机械设计中的典型案例，如汽车、飞机、高端装备制造等。课外通过网络搜索现代设计技术方面的信息，尤其是现代设计技术在典型机电产品中的应用情况，如空客 A380、奇瑞汽车、江淮汽车等，重点掌握以上企业或产品在传统设计方法和现代设计技术方面差异。在《机械原理》和《机械设计》课程设计的基础上，运用现代设计技术对以前的课程设计内容进行重新规划，为下一步方案设计和优化设计打下基础。针对一个典型机电产品，撰写一篇小论文，重点说明传统设计方法和现代设计技术对于产品设计的区别与联系，小论文成绩占总成绩的 5%。 1.1.2 现代设计技术的发展 1.1.3 现代设计与传统设计 1.2 现代设计技术的主要内容和特点 1.2.1 现代设计技术的主要内容明确现代设计技术对于现代制造也的重要意义。 1.2.2 现代设计技术的特点 1.3 学习现代设计技术的意义和方法 1.3.1 学习现代设计技术的意义深刻领悟“教学做创” 一体化教学方法，为学习本课程打下基础。 1.3.2 学习现代设计技术的方法第二单元设计问题的描述与解决 2.1 设计的任务和一般过程 3 2.1.1 设计任务的确定学习机电产品设计任务书的撰写，重点是任务书的格式、参数、技术要求、进度安排等；多种方案比较分析及方案评价以多级减速器或其它机电产品为依托，设计出多种方案，评价各种方案的优劣（传统设计方法评价），多人一组，团队协作启发学生设计多功能开口扳手，强调功能创新、结构创新、集成创新针对学生设计的石英砂输运装置，重点从概念设计、方案设计和绘图能力以及创新性方面进行考察打分，给出本部分成绩，其占总成绩的 10% 2.1.2 产生可能的解决方案 2.1.3 确定最终解决方案 2.2 概念设计与方案设计 5 2.2.1 概念设计与方案设计的基本内容（1）概念设计的应用：以汽车或者数控机床为例，学会概念设计的五个部分即功能设计、原理设计、布局设计、形状设计和初步结构设计。给出石英砂输运装置的任务书，并设计一套石英砂输运装置，重点设计减速装置，从而巩固概念设计和方案设计方法与过程，并对所设计方针对日常用品如自行车、洗衣机等鼓励学生进行结构创新、功能集成创新等创新设计，草绘结构和外形图，重点培养学生 2.2.2 概念设计的过程和设计原理 2.2.3 方案设计中的功能求解 2.2.4 方案设计过程模型和基本设计方法

续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法 2.2.5 机械系统方案评价（2）以家用缝纫机为例进行缝纫机机构系统方案设计，从而掌握方案设计过程模型的建立和基本设计方法案进行评价。的创新思维。第三单元计算机辅助设计 3.1 建模技术概述 1 3.1.1 几何建模学习几何建模的基本概念，了解几何建模方法的发展历程及其在 CAD/CAM 技术中的重要作用，学习形体在计算机内表达的六层拓扑结构，形体有效性的检验以典型轴类零件为基础，进行零件几何建模练习，为后续减速器建模做好准备。根据学生每堂课所完成的小作业，即针对具体实例的建模完成情况，以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分，占总成绩 20% 3.1.2 形体在计算机内的表示 3.2 线框建模 1 3.2.1 线框建模基本知识学习线框建模的基本理论，包括定义、数据结构、特点及应用领域，学习专用建模软件（solidworks）线框建模工具及其建模流程减速器齿轮的线框建 3.2.2SOLIDWORKS 线框模建模应用 3.3 曲面建模 1 3.3.1 曲面建模基本知识学习曲面建模的基本理论，包括定义、数据结构、特点及应用领域，学习专用建模软件（solidworks）曲面建模工具及其建模流程减速器轴的曲面建模机械设计中复杂曲面零件的曲面建模的思路，如叶轮叶片、管道曲面等 3.3.2 SOLIDWORKS曲面建模应用 3.4 实体建模 1 3.4.1 实体建模的基本知识学习实体建模的基本理论，包括定义、数据结构、特点及应用领域，学习专用建模软件（solidworks）实体建模工具及其建模流程减速器齿轮轴的实体建模如何采用布尔运算方法实现复杂 3.4.2 SOLIDWORKS实体零件的实体建模建模应用

续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法 3.5.1特征建模的基本知学习特征建模的基本知识，包减速器齿轮、轴、箱如何提高减速器根据学生每堂课所完成识括定义、数据结构、特点，学体、箱盖、游标尺、特征建模的效的小作业，即针对具体实 4 习专用建模软件(solidworks) 轴承、键、螺栓等的率？特征建模的 3.5特征 3.5.2 SOLIDWORKS特征例的建模完成情况，以及第三单建模建模应用特征建模工具及具体应用，学功用体现在哪些特征建模，箱体工程方面？（物性分最终完成的减速器建模元 3.5.3工程图自动生成习工程图的自动生成及编辑图的自动生成析、渲染、有限元质量和效果综合给分，占计算机网格化分、工程图总成绩20% 自动生成等) 辅助设 3.61装配建模基本知识学习装配建模的基本知识，包在前续减速器零件特如何在减速器装计 3.6装配括基本原理，装配建模常用方征建模的基础上，在配建模的基础上，建模 1 3.6.2减速器装配建模法等，学习SOLIDWORKS装 SOLIDWORKS中完进行运动仿真、干配建模的思想成减速器的装配涉检查 4.1.1优化设计问题引出以减速器轴质量最轻为设计轴的结构优化设计实可否借助软件实以学生所完成的针对每 4.1优化 4.1.2优化设计的基本概目标，对其进行优化设计，引例（手工运算实现）现轴的结构优化种优化算法的matlab实设计的基 2 念和数学模型出优化问题，学习优化设计的设计？提高设计例程序以及最终的减速本理论 4.1.3优化问题分类和优基本概念，优化设计的三要效率和准确性器齿轮、轴的优化设计结第四单化方法简介素，优化问题的分类果综合评定，占总成绩元 4.2基于 4.2.1梯度法及实现学习基于导数的常用优化算梯度法、牛颜法、共 20% 机械优导数的优 4.2.2牛顿法及实现法及MATLAB实现，主要包轭梯度法的matlab实化设计化算法及 4 4.2.3共轭梯度法及实现括梯度法、牛顿法、共轭梯度例法，其利用了函数的解析性实现质，收敛速度较快。 4.3基于2 4.31随机方向法及实现学习基于非导数的优化算法园柱齿轮优化设计遗如何合理选用优非导数的2 4.3.2复合形法及实现及MATLAB实现，包括随机传算法实例、高速轴化算法，提高优化优化算法3 4.3.3遗传算法及实现方向法、复合形发、遗传算法动力稳定性优化设计设计效率和准确及实现 3 4.3.4模拟退火算法实现和模拟退火算法遗传算法实例性

续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法第三单元计算机辅助设计 3.5 特征建模 3 3.5.1 特征建模的基本知识学习特征建模的基本知识，包括定义、数据结构、特点，学习专用建模软件（solidworks）特征建模工具及具体应用，学习工程图的自动生成及编辑减速器齿轮、轴、箱体、箱盖、游标尺、轴承、键、螺栓等的特征建模，箱体工程图的自动生成如何提高减速器特征建模的效率？特征建模的功用体现在哪些方面？（物性分析、渲染、有限元网格化分、工程图自动生成等）根据学生每堂课所完成的小作业，即针对具体实例的建模完成情况，以及最终完成的减速器建模质量和效果综合给分，占总成绩 20% 4 3.5.2 SOLIDWORKS特征建模应用 3 3.5.3 工程图自动生成 3.6 装配建模 1 3.6.1 装配建模基本知识学习装配建模的基本知识，包括基本原理，装配建模常用方法等，学习 SOLIDWORKS 装配建模的思想在前续减速器零件特征建模的基础上，在 SOLIDWORKS 中完成减速器的装配如何在减速器装配建模的基础上，进行运动仿真、干涉检查 1 3.6.2 减速器装配建模第四单元机械优化设计 4.1 优化设计的基本理论 2 4.1.1 优化设计问题引出以减速器轴质量最轻为设计目标，对其进行优化设计，引出优化问题，学习优化设计的基本概念，优化设计的三要素，优化问题的分类轴的结构优化设计实例（手工运算实现）可否借助软件实现轴的结构优化设计？提高设计效率和准确性以学生所完成的针对每种优化算法的 matlab 实例程序以及最终的减速器齿轮、轴的优化设计结果综合评定，占总成绩 20% 4.1.2 优化设计的基本概念和数学模型 4.1.3 优化问题分类和优化方法简介 4.2 基于导数的优化算法及实现 4 4.2.1 梯度法及实现学习基于导数的常用优化算法及 MATLAB 实现，主要包括梯度法、牛顿法、共轭梯度法，其利用了函数的解析性质，收敛速度较快。梯度法、牛顿法、共轭梯度法的 matlab 实例 4.2.2 牛顿法及实现 4.2.3 共轭梯度法及实现 4.3 基于非导数的优化算法及实现 2 4.3.1 随机方向法及实现学习基于非导数的优化算法及 MATLAB 实现，包括随机方向法、复合形发、遗传算法和模拟退火算法圆柱齿轮优化设计遗传算法实例、高速轴动力稳定性优化设计遗传算法实例如何合理选用优化算法，提高优化设计效率和准确性。 2 4.3.2 复合形法及实现 3 4.3.3 遗传算法及实现 3 4.3.4 模拟退火算法实现

续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法 5.1.1有限元的基本思想 1、推导弹性力学的基 5.1有限元基了解有限元基本概念及本思想与理 4 基本理论以及有限元的本方程，掌握有限元论 5.1.2有限元的基本理论的思想2上网查询有用途写一篇小文章对限元应用的案例用所学的知识推导杆有限元相关内容 5.2Anays12.0 5.2.1界面简介了解ansys122.0各部分的或梁的刚度矩阵的认识，占总成绩组成及功能、 5.2.2工具介绍 1、掌握界面的工具的 10% 图形用户界构成、功能、及工具、菜 5.2.3菜单介绍单、图形拾取、日志。基本功能面简介 5.3.1CAE分析的目的及 1结合实际结构，以学生 1组合框架结构各种各样的结构模型（铁能够理解的形式学习有 2、板架结构的例子第五单塔、电车、火箭、活塞) 限元法特有语言的概念。 3、壳结构例子元 5.3.2「弹簧模型」和有限弹簧模型相关理论 4实体形状的例子运用所学知识能完成减速器零部件实有限元元法体建模或 5.3实体建模基本自行车基本结构静力分的基础 5.3.3有限元法分析的实梁单元和有限元模型建模或铁塔结构建模实体模型到有限例 2维单元和有限元模型或梁结构建模元模型的简化，占总成绩10%。 3维单元和有限元模型 5.4.4屈曲分析和特征值分析的方法分析掌握在ansys122.0下的建实践连杆及车轮建模运用所学知识能完成 5.4.1连杆及车轮建模模操作静力分析基本结构的分析销过盈配合的分 5.4有限元应 5.4.2结构线性分析3实例掌握有限元线性分析过实践铁塔、梁、薄板运用所学知识能完成析或轴分析，占用篇 4 (铁塔、梁、薄板) 程静力分析基本结构的分析总成绩10% 5.4.3一级减速器轴或箱实践减速器轴或箱体运用所学知识能完成结合实际项目校核体分析静力分析基本结构的分析

续表章节（内容）学时分配教（理论）学（应用）做（工程项目）创（新思维）考核方式方法第五单元有限元静力分析 5.1 有限元基本思想与理论 4 5.1.1 有限元的基本思想了解有限元基本概念及基本理论以及有限元的用途 1、推导弹性力学的基本方程，掌握有限元的思想 2 上网查询有限元应用的案例用所学的知识推导杆或梁的刚度矩阵写一篇小文章对有限元相关内容的认识，占总成绩 10% 5.1.2 有限元的基本理论 5.2 Anays12.0 组成及功能、图形用户界面简介 2 5.2.1 界面简介了解 ansys12.0 各部分的构成、功能、及工具、菜单、图形拾取、日志。 1、掌握界面的工具的基本功能 5.2.2 工具介绍 5.2.3 菜单介绍 5.3 实体建模的基础 4 5.3.1CAE 分析的目的及各种各样的结构模型（铁塔、电车、火箭、活塞） 1 结合实际结构，以学生能够理解的形式学习有限元法特有语言的概念。 1 组合框架结构 2、板架结构的例子 3、壳结构例子 4 实体形状的例子运用所学知识能完成基本自行车基本结构建模或铁塔结构建模或梁结构建模减速器零部件实体建模或实体模型到有限元模型的简化，占总成绩 10%。 5.3.2「弹簧模型」和有限元法弹簧模型相关理论 5.3.3 有限元法分析的实例梁单元和有限元模型 2 维单元和有限元模型 3 维单元和有限元模型 5.4.4 屈曲分析和特征值分析分析的方法 5.4 有限元应用篇 4 5.4.1 连杆及车轮建模掌握在 ansys12.0 下的建模操作实践连杆及车轮建模静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析销过盈配合的分析或轴分析，占总成绩 10% 4 5.4.2结构线性分析3实例（铁塔、梁、薄板）掌握有限元线性分析过程实践铁塔、梁、薄板静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析 6 5.4.3 一级减速器轴或箱体分析结合实际项目校核实践减速器轴或箱体静力分析运用所学知识能完成基本结构的分析