机械方案优化及结构创意实践-2 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《机械方案优化及结构创意实践2》教学大纲 课程编号： 302068010 课程类型： 选修课 Course Code: B02068010 Course Type: Elective 课程名称： 机械方案优化及结构创意实践2 授课对象： 本科二年级学生 Course Name: Practice of Mechanical Scheme and Audience: Junior Optimization Structural Originality Design-2 学时/学分： 16/1 授课语言： 中文 Hours/Credits 16/1 Language of Instruction Chinese Mandarin 先修课程： 机械制图()-1、2、机械原理、计开课院系 机械工程系 算机技术基础、电工技术基础(I)Course offered by: Department of Prerequisite: Mechanical Graphics (I )-1. Mechanical Eng Mechanical Graphics(I)-2 Mechanical Principle. Basis of Computer Technology. Fundamentals of Electrical Technology 1) 适用专业： 机板设计制造及其自动化专业 授课教师： Intended for: Mechanical Design,Manufacturing and Instructor: Automation 大纲执笔人 邓成军 大蜗审核人： 专业负责入 Edited by: Deng Chengjun Inspected bv: Course Leader 一、课程简介 机械方案优化及结构创意实践-2通过慧鱼创意组合模型，来展示机械原理和技术过程， 它涵盖了机械、电子、控制、运动学和机器人技术等领域以及高新学科，利用工业标准的基 本构件（机械元件/电气元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思 和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模 拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能。 这门课程主要涉及到机械原理中常见的机械结构和传动原理，通过标准模型的拼装搭建， 1
1 机械方案优化及结构创意实践-2 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《机械方案优化及结构创意实践-2》教学大纲 课程编号： Course Code: 302068010 302068010 课程类型： Course Type: 选修课 Elective 课程名称： Course Name: 机械方案优化及结构创意实践-2 Practice of Mechanical Scheme and Optimization Structural Originality Design-2 授课对象： Audience: 本科二年级学生 Junior 学时/学分： Hours/Credits 16/1 16/1 授课语言： Language of Instruction 中文 Chinese Mandarin 先修课程： Prerequisite: 机械制图（Ⅰ）-1、2、机械原理、计 算机技术基础、电工技术基础（Ⅰ） Mechanical Graphics (Ⅰ)-1, Mechanical Graphics (Ⅰ)-2, Mechanical Principle, Basis of Computer Technology, Fundamentals of Electrical Technology (Ⅰ) 开课院系： Course offered by: 机械工程系 Department of Mechanical Eng 适用专业： Intended for: 机械设计制造及其自动化专业 Mechanical Design, Manufacturing and Automation 授课教师： Instructor: 大纲执笔人： Edited by: 邓成军 Deng Chengjun 大纲审核人： Inspected by: 专业负责人 Course Leader 一、课程简介 机械方案优化及结构创意实践-2 通过慧鱼创意组合模型，来展示机械原理和技术过程， 它涵盖了机械、电子、控制、运动学和机器人技术等领域以及高新学科，利用工业标准的基 本构件（机械元件/电气元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思 和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模 拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能。 这门课程主要涉及到机械原理中常见的机械结构和传动原理，通过标准模型的拼装搭建
能够让学生体会书中所学知识，通过理论联系实际更快的掌握基本机械原理，并可根据学生 自己的创意设计搭建出更复杂的机械系统模型，激发学生的创新思维。 二、学习目标 1、能够运用机械原理知识进行相应的设计工作，通过积木式元件，构造常见的机械产 品设计方案，具备设计和实施机械设计制造及其自动化专业相关实验的能力，并能够对实验 结果进行分析，画出机构运动简图： 2、能够激发出创新意识，根据给定项目工程背景，构思创新，选择拼凑机械产品设计 方案，并在实验仪上动态观察机构的运动情况和传动性能，使在理论认识、动手能力、思维 能力、创造能力以及科学研究方法等方面得到提高： 3、能够掌握计算机、电工技术应用的基本技能，通过利用计算机进行编程来控制机械 结构的运动，对机构的结构以及机械产品的控制过程得到一次更为实际的训练： 4、能够增强团队合作能力和精神，承担团队成员责任，培养协同观念： 5、能够通过语言、文稿等方式顺畅地表达自己的意愿，能够针对机械工程领域设计、 制造、运行等方面的工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。 三、学习目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求指标点 学习目标 (2)能够应用数学、自然科学和机械工 2.3能够针对机械工程领域 程科学的基本原理，通过信息检素、文献研 设计、制造、运行中的复杂工程 究，对机械工程领域设计、制造、运行等方 学习目标 问题，进行分析、评价，以获得 面的复杂工程问题进行识别、表达、分析、 有效结论。 评价，并获得有效结论。 (3)能够设计满足特定需求的机械产品 33针对机械工程领域设 功能原理方案、零部件及机械系统，或针对 计、制造、运行中的复杂工程问 机械工程领域设计、制造、运行等方面的复 题，能够设计满足特定需求的系 学习目标2 杂工程问题，拟定相应的设计、制造、运行 统、单元（部件）或机械制造 方案，并能够综合考虑社会、健康、安全、 艺流程，并能够在设计环节中体 法律、文化以及环境因素，体现创新意识。 现创新意识 (5)能够选择、使用与开发恰当的技术 5.2能够开发与使用适当的 学习目标3 资源、现代工程工具和信总技术手段和工具， 技术、资源、现代工程工具和信
2 能够让学生体会书中所学知识，通过理论联系实际更快的掌握基本机械原理，并可根据学生 自己的创意设计搭建出更复杂的机械系统模型，激发学生的创新思维。 二、学习目标 1、能够运用机械原理知识进行相应的设计工作，通过积木式元件，构造常见的机械产 品设计方案，具备设计和实施机械设计制造及其自动化专业相关实验的能力，并能够对实验 结果进行分析，画出机构运动简图； 2、能够激发出创新意识，根据给定项目工程背景，构思创新，选择拼凑机械产品设计 方案，并在实验仪上动态观察机构的运动情况和传动性能，使在理论认识、动手能力、思维 能力、创造能力以及科学研究方法等方面得到提高； 3、能够掌握计算机、电工技术应用的基本技能，通过利用计算机进行编程来控制机械 结构的运动，对机构的结构以及机械产品的控制过程得到一次更为实际的训练； 4、能够增强团队合作能力和精神，承担团队成员责任，培养协同观念； 5、能够通过语言、文稿等方式顺畅地表达自己的意愿，能够针对机械工程领域设计、 制造、运行等方面的工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。 三、学习目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求指标点 学习目标 （2）能够应用数学、自然科学和机械工 程科学的基本原理，通过信息检索、文献研 究，对机械工程领域设计、制造、运行等方 面的复杂工程问题进行识别、表达、分析、 评价，并获得有效结论。 2.3 能够针对机械工程领域 设计、制造、运行中的复杂工程 问题，进行分析、评价，以获得 有效结论。 学习目标 1 （3）能够设计满足特定需求的机械产品 功能原理方案、零部件及机械系统，或针对 机械工程领域设计、制造、运行等方面的复 杂工程问题，拟定相应的设计、制造、运行 方案，并能够综合考虑社会、健康、安全、 法律、文化以及环境因素，体现创新意识。 3.3 针对机械工程领域设 计、制造、运行中的复杂工程问 题，能够设计满足特定需求的系 统、单元（部件）或机械制造工 艺流程，并能够在设计环节中体 现创新意识。 学习目标 2 （5）能够选择、使用与开发恰当的技术、 资源、现代工程工具和信息技术手段和工具， 5.2 能够开发与使用适当的 技术、资源、现代工程工具和信 学习目标 3
针对机械工程领域设计、制造、运行等方面息技术工具，进行机械工程领域 的复杂工程问题，进行预测与模拟，并能够 设计、制造、运行中复杂工程问 理解相关技术工具、针对复杂工程问题预测 题的预测与模拟： 与模拟结果的局限性。 (9)能够认识到机械设计制造工程领域 9.2能够在机械设计制造工 的跨学科特征，能够在多学科背景下的团队 程实践中承担团队成员、团队负 学习目标 中承担团队成员以及负责人的职责。 责人的职责 (10)针对机械工程领域设计、制造、 10.1能够诵过语言、文稿等 运行等复杂工程问题，能够与业界同行及社 方式顺畅地表达自己的意愿，具 会公众进行有效沟通和交流，能够撰写机械 备人际交往能力和基本的外语 设计制造领域的报告、设计文档，进行陈述 交流能力，能够针对机械工程领 学习目标 发言，能够回应指令并清晰表达，具备一定 域设计、制造、运行等方面的复 的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通 杂工程问题与业界同行及社会 和交流。 公众进行有效沟通和交流： 四、教学基本内容 实验一：工业机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 自行设计并组装成工业机器人。首先自行设计出机器人夹持机的逻辑控制顺序，画出流程图， 再采用计算机来编程(ROBO编程技术)，通过调试、修改等方式来完成程序的编制，从而 控制工业机器人的运动过程，感受各种传动机构的工作原理，画出其机构运动简图，并作出 分析，使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精 神。此外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点2.3、3.3、5.2、92、10.1。 实验二：自动化机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 通过自下而上组装各种机构，最后合并各机构组装成自动化机器人。首先自行设计自动化机 器人的逻辑控制顺序，画出流程图，再采用计算机来编程(ROBO编程技术)，通过调试， 修改等方式来完成程序的编制，从而控制自动化机器人的运动过程，感受各种传动机构的工 作原理，画出其机构运动简图，并作出分析，使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训 练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验。 华业要求对应关系： 本实验对应学习目标1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点23、33、52、9.2、10.1
3 四、教学基本内容 实验一：工业机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 自行设计并组装成工业机器人。首先自行设计出机器人夹持机的逻辑控制顺序，画出流程图， 再采用计算机来编程（ROBO 编程技术），通过调试、修改等方式来完成程序的编制，从而 控制工业机器人的运动过程，感受各种传动机构的工作原理，画出其机构运动简图，并作出 分析，使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精 神。此外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标 1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点 2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 实验二：自动化机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 通过自下而上组装各种机构,最后合并各机构组装成自动化机器人。首先自行设计自动化机 器人的逻辑控制顺序，画出流程图，再采用计算机来编程（ROBO 编程技术），通过调试、 修改等方式来完成程序的编制，从而控制自动化机器人的运动过程，感受各种传动机构的工 作原理，画出其机构运动简图，并作出分析，使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训 练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标 1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点 2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 针对机械工程领域设计、制造、运行等方面 的复杂工程问题，进行预测与模拟，并能够 理解相关技术工具、针对复杂工程问题预测 与模拟结果的局限性。 息技术工具，进行机械工程领域 设计、制造、运行中复杂工程问 题的预测与模拟； （9）能够认识到机械设计制造工程领域 的跨学科特征，能够在多学科背景下的团队 中承担团队成员以及负责人的职责。 9.2 能够在机械设计制造工 程实践中承担团队成员、团队负 责人的职责。 学习目标 4 （10）针对机械工程领域设计、制造、 运行等复杂工程问题，能够与业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流，能够撰写机械 设计制造领域的报告、设计文档，进行陈述 发言，能够回应指令并清晰表达，具备一定 的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通 和交流。 10.1 能够通过语言、文稿等 方式顺畅地表达自己的意愿，具 备人际交往能力和基本的外语 交流能力，能够针对机械工程领 域设计、制造、运行等方面的复 杂工程问题与业界同行及社会 公众进行有效沟通和交流； 学习目标 5
实验三：3D打印机实验 实验内容与要求：应用所学的机械原理等相关知识，通过将多功能机械零件、部件、电 器元件等自下而上组装各种机构，最后合并各机构组装成3D打印机。首先自行设计出3D打 印机的逻辑控制顺序，画出流程图，再采用计算机来编程(YNDE编程技术)，通过调试、 修改等方式来完成程序的编制，从而控制3D打印机的各种功能，感受各种传动机构的工作 原理，画出其工作原理简图、机构的运动简图，并作出分析，使学生在机电产品的组合设计 方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求遵从安全操作规则， 以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点2.3、33、52、9.2、10.1。 实验四：工业起重机实验 实验内容与要求：应用所学的机械原理等相关知识，通过将多功能机械零件、部件、电 器元件、电池盒、电池等自下而上组装各种机构，最后合并各机构组装成起重机，通过开关 控制，让学生感受各种传动机构的传动原理，画出其机构运动简图，并作出分析，使学生在 机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求 遵从安全操作规则，以小组进行实验。 半业要求对应关系： 本实验对应学习目标1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 实验五：探素机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 自行设计并组装成探索机器人。首先自行设计出机器人夹持机的逻辑控制顺序，画出流程图， 再采用计算机来编程(ROBO编程技术)，通过调试、修改等方式来完成程序的编制，完成 探索机器人的运动过程，感受各种传动机构的工作原理，画出其机构运动简图，并作出分析， 使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此 外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验， 单业要求对应关系 本实验对应学习目标1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点2.3、3.3、52、92、10.1。 五、建议教学进度 实验项目 学时数 实验一、工业机器人实验 实验二、自动化机器人实验 8 实验三、3D打印机实验 8 4
4 实验三：3D 打印机实验 实验内容与要求：应用所学的机械原理等相关知识，通过将多功能机械零件、部件、电 器元件等自下而上组装各种机构,最后合并各机构组装成 3D 打印机。首先自行设计出 3D 打 印机的逻辑控制顺序，画出流程图，再采用计算机来编程（YiNDE 编程技术），通过调试、 修改等方式来完成程序的编制，从而控制 3D 打印机的各种功能，感受各种传动机构的工作 原理，画出其工作原理简图、机构的运动简图，并作出分析，使学生在机电产品的组合设计 方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求遵从安全操作规则， 以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标 1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点 2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 实验四：工业起重机实验 实验内容与要求：应用所学的机械原理等相关知识，通过将多功能机械零件、部件、电 器元件、电池盒、电池等自下而上组装各种机构,最后合并各机构组装成起重机，通过开关 控制，让学生感受各种传动机构的传动原理，画出其机构运动简图，并作出分析，使学生在 机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此外，要求 遵从安全操作规则，以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标 1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点 2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 实验五：探索机器人实验 实验内容与要求：根据机械原理等相关知识，应用多功能机械零件、部件、电器元件等 自行设计并组装成探索机器人。首先自行设计出机器人夹持机的逻辑控制顺序，画出流程图， 再采用计算机来编程（ROBO 编程技术），通过调试、修改等方式来完成程序的编制，完成 探索机器人的运动过程，感受各种传动机构的工作原理，画出其机构运动简图，并作出分析， 使学生在机电产品的组合设计方面得到综合训练，培养学生的创新意识和团队合作精神。此 外，要求遵从安全操作规则，以小组进行实验。 毕业要求对应关系： 本实验对应学习目标 1、2、3、4、5，支撑毕业要求指标点 2.3、3.3、5.2、9.2、10.1。 五、建议教学进度 实验项目 学时数 实验一、工业机器人实验 8 实验二、自动化机器人实验 8 实验三、3D 打印机实验 8
实验四、工业起重机实验 8 实验五、探索机器人实验 8 备注：学生在实验时，必须完成至少两个实验项目（实验 一至实验五)，也可以是学生根据现有的实验器材，自己创 意设计实验项目。 六、教学策略与方法 1、阐述基本原理，讲述安全规则，现场指导： 2、通过简单演示，使学生快速入门，掌握零件以及机构拼装组合方法： 3、学生以小组为单位，独立开展实验，通过设计组装机电产品，增强对机电产品的理 解和认识 4、通过创意实践，加强对机械传动原理的理解并学会如何将其运用在工程机械产品 上。 七、考核方式 出勤情况、学习态度、动手能力、实验报告的考核。 八、成绩评定方法 1、平时成绩（出勤情况）占10%。 2、动手能力（包括模型搭建质量完成度、程序编制、调试运行情况等）占40%。 3、实验报告50%。 九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） ]毛茂林、罗大兵.《慧鱼创意模型实验教程》西南交通大学出版社，2010年4月 2]曲凌.《慧鱼创意机器人设计与实践教程》.上海交通大学出版社，2007年8月 [3)景维华、曹双.《机器人创新设计》.北京：清华大学出版社，2014年5月 5
5 实验四、工业起重机实验 8 实验五、探索机器人实验 8 备注：学生在实验时，必须完成至少两个实验项目（实验 一至实验五）,也可以是学生根据现有的实验器材，自己创 意设计实验项目。 六、教学策略与方法 1、阐述基本原理，讲述安全规则，现场指导； 2、通过简单演示，使学生快速入门，掌握零件以及机构拼装组合方法； 3、学生以小组为单位，独立开展实验，通过设计组装机电产品，增强对机电产品的理 解和认识； 4、 通过创意实践，加强对机械传动原理的理解并学会如何将其运用在工程机械产品 上。 七、考核方式 出勤情况、学习态度、动手能力、实验报告的考核。 八、成绩评定方法 1、平时成绩（出勤情况）占 10%。 2、动手能力（包括模型搭建质量完成度、程序编制、调试运行情况等）占 40%。 3、实验报告 50%。 九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） [1]毛茂林、罗大兵.《慧鱼创意模型实验教程》.西南交通大学出版社，2010 年 4 月 [2]曲凌.《慧鱼创意机器人设计与实践教程》.上海交通大学出版社，2007 年 8 月 [3]景维华、曹双.《机器人创新设计》.北京：清华大学出版社，2014 年 5 月