1、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、现代工程图学、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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%，终结性评价成绩占总成绩的 30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨论决定权重；2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等；3、计算机操作考核与书面考核相结合。考核成绩表姓 名 班 级学 号 专 业考核类别 序号 考 核 内 容 考核方式单项成绩（百分制） 权重 考核结果1 总论 小论文 0.052 设计问题的描述与解决设计任务书和典型机电产品设计方案0.13 计算机辅助设计减速器建模
7、 0.24 机械优化设计减速器轴的优化 0.25 有限元法 减速器轴的仿真分析 0.306 可靠性设计 减速器可靠性分析报告 0.15形成性评价过程考核总成绩终结性评价 7 理论考核（闭卷考试）最终成绩（过程考核成绩占 70%，期末考核成绩占 30%）六、教学团队本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课学时不少于总学时的 25%，重点指导学生操作和创新的内容。本课程有兼职教师 1名，专职教师 4 名，高级职称 2 人，中级职称 2 人，初级职称 1 人，博士学位 1 人，硕士学位 3 人，学士 1 人，平均年龄 34 岁，教学团队年龄结构、职称结构合理，团队成员
8、热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。七、学生人数：单班授课，单班学生数不超过 35 人八、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1.1.1 现代设计技术的概念1.1.2 现代设计技术的发展1.1 概述1.1.3 现代设计与传统设计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。1.2.1 现代设计技术的主要内容1.2.2 现代设计技术的特点1.2 现代设计技术的主要内容和特点明确现代设计技术对于现代制造也的重要意义。1.3.1 学习现代设计技术的意义第一单元 总论1.3 学习现代设计
9、技术的意义和方法21.3.2 学习现代设计技术的方法深刻领悟“教学做创”一体化教学方法，为学习本课程打下基础。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%。2.1.1 设计任务的确定2.1.2 产生可能的解决方
10、案2.1.3 确定最终解决方案2.1 设计的任务和一般过程3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2.2.1 概念设计与方案设计的基本内容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第二单元设计问题的描述与解决 2.2 概念设计与方案设计52.2.4 方案设计过程模型和基本设计方法（1）概念设计的应用：以汽车或者数控机床为例，学会概念设
11、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%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
12、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。3.1.1 几何建模3.1 建模技术概述13.1.2 形体在计算机内的表示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。3.2.1 线框建模基本知识3.2 线框建模13.2.2SOLIDWORKS 线框建模应用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模3.3.1
13、 曲面建模基本知识3.3 曲面建模13.3.2 SOLIDWORKS 曲面建模应用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3.4.1 实体建模的基本知识3.4.2 SOLIDWORKS 实体建模应用第三单元计算机辅助设计3.4 实体建模1 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零件的实体建模根据学
14、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%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 3.5.1 特征建模的基本知识4 3.5.2 SOLIDWORKS 特征建模应用3.5 特征建模3 3.5.3 工程图自动生成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
15、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）1 3.6.1 装配建模基本知识第三单元计算机辅助设计 3.6 装配建模 1 3.6.2 减速器装配建模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%4.1.1 优化设计问题引出4.1.2 优化设计的基本概念和数学模型4.1
16、优化设计的基本理论24.1.3 优化问题分类和优化方法简介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4.2.1 梯度法及实现4.2.2 牛顿法及实现4.2 基于导数的优化算法及实现4 4.2.3 共轭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2 4.3.1 随机方向法及实现2 4.3.2 复
17、合形法及实现第四单元机械优化设计4.3 基于非导数的优化算法 3 4.3.3 遗传算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如何合理选用优化算法，提高优化设计效率和准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%及实现 3 4.3.4 模拟退火算法实现 算法和模拟退火算法 遗传算法实例 确性。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5.1.1 有限元的基本思想5.1 有
18、限元基本思想与理论4 5.1.2 有限元的基本理论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5.2.1 界面简介5.2.2 工具介绍5.2 Anays12.0组成及功能、图形用户界面简介25.2.3 菜单介绍了解 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%5.3.1CAE 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
19、有语言的概念。5.3.2弹簧模型和有限元法 弹簧模型相关理论梁单元和有限元模型 2 维单元和有限元模型5.3.3 有限元法分析的实例 3 维单元和有限元模型 5.3 实体建模的基础 45.4.4 屈曲分析和特征值分析 分析的方法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%。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4 5.4.2 结构线性分析 3 实
20、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 基本结构的分析第五单元有限元静力分析5.4 有限元应用篇 6 5.4.3 一级减速器轴或箱 结合实际项目校核 实践减速器轴或箱体 运用所学知识能完成销过盈配合的分析或轴分析，占总成绩 10%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6.1 概述 2 6.1.1 可靠性设计定义及意义6.1.2 可靠性设计在机械领域的应用、发展情况6.1.3 可靠性设计的相关概念6.1.4 机械系统可靠性设计内容（1）机械系统可靠性设计
21、的作用/意义、现状及前景；（2）可靠性及相关概念；（3）机械系统可靠性设计内容。作业：通过查阅相关资料，谈谈你对机械系统可靠性设计的理解及应用前景。6.2 机械系统可靠性预测2 6.2.1 机械系统可靠性预测概述6.2.2 机械系统可靠性预测方法及步骤（1）机械系统可靠性预测概述；（2）单元可靠性预测和系统可靠性预测；（3）初步拟以提高导弹射程等为例进行讲解。以减速器或其它机电产品为对象，要求学生对相应的系统进行可靠性预测。能拓展到其他机械&电的相关系统或产品进行可靠性预测举例或案例分析6.3 机械系统可靠性分配2 6.3.1 机械系统可靠性分配概述6.3.2 机械系统可靠性分配方法及步骤（1
22、）机械系统可靠性分配概述；（2）可靠性分配方法；（3）初步拟以某武器系统为例进行讲解。以减速器或其它机电产品为对象，要求学生对相应的系统进行可靠性分配。能拓展到其他机械&电的相关系统或产品进行可靠性分配举例或案例分析第六单元机械系统可靠性设计6.4 机械系统可靠性设计软件简介机动学时机械系统可靠性设计软件简介相关软件的特点、应用现状、安装/卸载方法、简单操作使用。对有兴趣进一步学习的同学给予相关软件及教程资料及课下指导。大作业：2 次课堂作业+一次课外作业（课外作业可以是小论文形式） ，占 15%九、教材及教学主要参考书1.王国强等.现代设计技术. 第一版.化学工业出版社.2006 年2.杨家军.机械创新设计. 第一版.科学出版社.2008 年3.王隆太.机械 CAD/CAM 技术.第三版.机械工业出版社.2010 年4.倪洪启，谷耀新.现代机械设计方法.第一版.化学工业出版社.2008 年5.谭建荣，谢友柏等. 机电产品现代设计：理论、方法与技术.高等教育出版社.2010 年大 纲 制 定 人 ： 陈 丰 、张 华 、张春 燕 、谢 占 山 、栾 大 兵大 纲 审 定 人 ： 刘 纯 利制 定 时 间 ： 2010 年 7 月
