外文翻譯--機械工程技術(shù)設(shè)計課程的全面審查 中文版

1、<p>　　外文資料名稱： 機械技術(shù)項目機械設(shè)計課程 </p><p>　　的全面審查 </p><p>　　外文資料出處： American Society for </p><p>　　Engineerin

2、g Education </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文 </p><p>　　2.外文原文 </p><p>　　機械工程技術(shù)設(shè)計課程的全面審查</p><p>　　Jyhwen W

3、ang, Texas A&M University</p><p>　　Richard Harris, Sandia National Laboratories</p><p><b>　　束俊杰翻譯</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在大多數(shù)的機械和制造

4、工程技術(shù)項目中，機械設(shè)計對學(xué)生獲得設(shè)計機械元件和系統(tǒng)的知識和技能來說是一門關(guān)鍵性課程。雖然課程內(nèi)容一般包括重要內(nèi)容例如破壞理論和機械原理，全面的機械設(shè)計教育也應(yīng)包含處理各種關(guān)于機械設(shè)計問題的相關(guān)性。機械設(shè)計問題應(yīng)該當(dāng)作一個“綜合問題”而不是一個孤立的問題來看待。作為桑迪亞國家實驗室的一個專業(yè)發(fā)展項目，德克薩斯A&M大學(xué)已開始極為嚴(yán)格的實施制造和機械工程技術(shù)（MMET）計劃以審查其機械設(shè)計課程。這篇文章介紹了TAMU和SNL關(guān)于教

5、育發(fā)展項目方面的合作，正在進(jìn)行的機械設(shè)計課程的課程審查，ATUM關(guān)于MMET的最新的發(fā)現(xiàn)和建議。在這一方法可以用來作為一種持續(xù)改進(jìn)的工程技術(shù)教育。1。導(dǎo)言</p><p>　　典型的機械工程技術(shù)課程包括機械設(shè)計課程或一系列與之相關(guān)的課程。多年以來，這些課程具如機械設(shè)計，機械零件設(shè)計，機械系統(tǒng)設(shè)計等稱號。在此背景下，設(shè)計意味著創(chuàng)造一個組成部分或一個系統(tǒng)，以滿足所需的功能要求。因此，課程的目標(biāo)是提供概念，方法，知識

6、，分析技巧和必要的決策方法去設(shè)計部件，設(shè)備和系統(tǒng)。建立在學(xué)生對于靜力學(xué)，動力學(xué)和材料力學(xué)的知識的基礎(chǔ)上，當(dāng)然機械設(shè)計基礎(chǔ)這門課程往往側(cè)重于設(shè)計方法，應(yīng)力分析，破壞理論和材料選擇。機器測繪這門課程介紹了機械設(shè)計中的齒輪，軸承，彈簧，緊固件這些零件的原理和用途。</p><p>　　真實世界的設(shè)計要求設(shè)計者有廣泛的知識基礎(chǔ)和技能。設(shè)計人員必須能夠想象各組成部分的空間關(guān)系，使用計算機輔助設(shè)計（CAD）工具表達(dá)設(shè)計意圖，

7、指定具體尺寸和公差，并為零件生產(chǎn)制定適當(dāng)?shù)墓ば?。此外，機械設(shè)計師往往預(yù)期進(jìn)行應(yīng)力分析和選擇原料，以估算費用和管理多個項目，在團(tuán)隊中有效地開展工作。在學(xué)術(shù)界，一組知識是在課程上被歸納起來為了有效率的學(xué)習(xí)這些課程。很顯然，機械設(shè)計的任務(wù)只能通過由各種課程中獲得的知識和技能來實現(xiàn)。因此，一個最后的課程設(shè)計通常是在為學(xué)生獲得整合的經(jīng)驗。已作出努力制定不同的最后的課程，從課程的設(shè)計到執(zhí)行都與以往不同。雖然最后的設(shè)計可以更好地幫助學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)勞動，

8、但努力似乎太少太晚。除了指定用于有關(guān)課題的先決條件，全面機械設(shè)計教育應(yīng)建立在機械設(shè)計的不同課程相互依賴的關(guān)系上。</p><p>　　在本文中，我們首先介紹了德克薩斯A ＆ M大學(xué)（ TAMU ）工程技術(shù)和工業(yè)分布系的制造和機械工程技術(shù)（ MMET ）計劃中現(xiàn)有的機械設(shè)計課程 。比較制造業(yè)對現(xiàn)有課程的需要，作為一個不斷改善的過程。作為與桑迪亞國家實驗室（SNL）合作的專業(yè)發(fā)展項目，和一個MMET計劃支持者的調(diào)查，

9、我們確定了學(xué)生畢業(yè)前將獲得的機械設(shè)計知識和技能。為了提高機械設(shè)計教育，我們將在第四節(jié)討論那些被推薦的綜合性機制和課程改革。簡短的結(jié)論已被列入第5節(jié)。</p><p>　　2 。機械設(shè)計課程包含的課程</p><p>　　在ATMU工程技術(shù)認(rèn)證委員會認(rèn)證的MMET計劃學(xué)生需要的最低總學(xué)分是132分?？鄢谕ㄐ?，數(shù)學(xué)，物理和自然科學(xué)，社會科學(xué)和人文科學(xué)等課程，技術(shù)方面所需的是77個學(xué)分。該計劃

10、的組成部分，除其他補充深入的技術(shù)領(lǐng)域，還包括：機械設(shè)計。這些課程的機械設(shè)計序列描述如下：</p><p>　　?高級工程師1A -工程基礎(chǔ)I（力學(xué)軌道）。介紹了工程專業(yè)，倫理學(xué)，各學(xué)科；發(fā)展團(tuán)隊精神，問題的設(shè)計和解決;主要側(cè)重于計算機的應(yīng)用和規(guī)劃;可視化和CAD工具。</p><p>　　?高級工程師2A -工程基礎(chǔ)II（力學(xué)軌道）。繼續(xù)高級工程師1 。主題包括主要側(cè)重于計算機應(yīng)用和規(guī)劃和

11、使用CAD進(jìn)行實體建模。</p><p>　　?物理218 -力學(xué)。力學(xué)的學(xué)生組要從事與科學(xué)和工程領(lǐng)域。經(jīng)典力學(xué)的基本原理包括運動學(xué)，牛頓力學(xué)，能量和動量守恒，振動和波動。</p><p>　　? ENTC 275-機械的技術(shù)人才。力，2 - D和3 - D系統(tǒng)的時間，剛體平衡;摩擦和應(yīng)用; 質(zhì)心和時刻慣量;審查粒子動態(tài)原則;剛體的運動學(xué)和動力學(xué);脈沖動力和工作能量的原理;選定器區(qū)域的電腦

12、應(yīng)用。</p><p>　　? ENTC 376 -材料力學(xué)。應(yīng)力和應(yīng)變;彈性模量，泊松比，轉(zhuǎn)矩，撓度，不對稱彎曲，柱和軸的設(shè)計;撓度梁;屈曲欄;材料和強度特性的測驗。</p><p>　　? ENTC 361 -實體建模和分析。幾何發(fā)展和機械裝配的基本原則;簡單的有限元分析來評價和優(yōu)化設(shè)計，簡單的產(chǎn)品模式的快速原型。</p><p>　　? ENTC 363 -一

13、，機械設(shè)計應(yīng)用。機械元件圖樣的規(guī)范;失敗的原理;疲勞斷裂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);瑟德貝里和古德曼圖表;工程應(yīng)用的材料及其選擇;公差和配合，設(shè)計制造和裝配。</p><p>　　? ENTC 463 -機械設(shè)計應(yīng)用II。機械動力傳送設(shè)計圖紙的工作原理，如軸，齒輪，滾動鏈，皮帶，軸承，離合器和制動器;電力傳輸系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　? ENTC 422 -制造[和機械]工程技術(shù)項目。畢業(yè)設(shè)計是團(tuán)隊

14、合作完成制造業(yè)[機械]問題的分析報告和解答方法。</p><p>　　3 。所期望的特性機械設(shè)計師</p><p>　　產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力很大程度上受設(shè)計工序和設(shè)計人員能力的影響。雖然人們普遍認(rèn)為，良好的工序?qū)深A(yù)見和可持續(xù)的高性能是至關(guān)重要的，個人能力和專業(yè)技能也不可缺少。在工業(yè)環(huán)境下，吸引和留住熟練的設(shè)計工程師仍然是公司成功的一個關(guān)鍵因素。兩個問題依然存在，是什么創(chuàng)造了一各偉大的設(shè)計

15、師？是什么使他們和其他設(shè)計師區(qū)別開呢？</p><p>　　在過去的兩年里，桑迪亞國家實驗室和德克薩斯A ＆ M共同努力提高設(shè)計工程師和制圖員的知識和能力。這個專業(yè)的發(fā)展計劃包括講座，審查會議和各個機械設(shè)計相關(guān)課題的研討會，包括力學(xué)和材料力學(xué)，靜態(tài)和疲勞斷裂理論，幾何尺寸和公差，統(tǒng)計公差分析，緊固件（螺釘/螺栓）設(shè)計，設(shè)計方法和設(shè)計優(yōu)化和有限元分析的基本方法。</p><p>　　這種伙伴

16、關(guān)系取得了令人鼓舞的成果。例如，一位沒有工程學(xué)學(xué)位的制圖員能更深入地了解材料力學(xué)和失敗標(biāo)準(zhǔn)，使他們能夠的使用Pro/Mechanica作為一種分析工具。這種分析工具使在他們減少制造，裝配過程的情況下能夠評估其設(shè)計。此外，重點是美國機械工程師協(xié)會的幾何尺寸和公差的認(rèn)證已造成桑迪亞機械設(shè)計部百分之五十的設(shè)計師參加認(rèn)證。這項研究需要和通過認(rèn)證的信心能夠提高設(shè)計質(zhì)量。準(zhǔn)學(xué)士學(xué)位設(shè)計師的越來越多的知識和已獲得學(xué)位的工程師的令人耳目一新的能力，這些

17、成果鼓勵SNL繼續(xù)這種類型的專業(yè)發(fā)展。</p><p>　　從企業(yè)的角度看，良好的機械設(shè)計師應(yīng)該從以下幾個方面獲得更加深入的知識和技能：</p><p>　　?計算機輔助設(shè)計軟件-隨著計算機硬件和軟件進(jìn)步，實體建模軟件工具已經(jīng)廣泛的被設(shè)計師使用。這些工具允許設(shè)計者迅速的創(chuàng)作模型/圖樣和想象零件和裝配。這種能力對滿足快速的產(chǎn)品設(shè)計和發(fā)展的需要非常重要。掌握CAD顯然是成功設(shè)計的一個先決條件，

18、但除了設(shè)計和制作圖樣的能力外其他知識也很重要。</p><p>　　?幾何尺寸和公差-設(shè)計師必須掌握的寬容規(guī)范和分析。設(shè)計師必須掌握公差的說明和分析。熟練的設(shè)計師能夠熟練的進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇，早期階段的設(shè)計中使用偏差分析。后來在設(shè)計過程中，詳細(xì)的GD ＆ T是以確保零件可以組裝正確的基礎(chǔ)。</p><p>　　?制造工藝-合適的GD ＆ T結(jié)果的很大程度上受制造工藝的知識的影響。工序能力的知識也

19、可以讓設(shè)計者創(chuàng)造，估計和選擇設(shè)計方案?；局圃旃に嚨牡谝皇纸?jīng)驗和知道先進(jìn)的工序?qū)Τ蔀橐粋€真正的設(shè)計師是非常重要的。</p><p>　　?工程力學(xué)-如果設(shè)計者的設(shè)計將能滿足指定要求，他們必須了解部分幾何形狀和材料結(jié)構(gòu)決定了零件結(jié)構(gòu)上的性能（如應(yīng)力，撓度，屈曲載荷，固有頻率，等等）。因此，及時的評價是需要設(shè)計師使用集成化的CAD /FEA工具。</p><p>　　?溝通-一個人就可以完成龐

20、大的設(shè)計是很罕見的。因此，在各個階段的設(shè)計，設(shè)計的交流是必需的。例如，在SNL，Peer Reviews確定設(shè)計，建模，和起草的錯誤。這些Peer Reviews建立了規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)為了認(rèn)真的審查由他人的設(shè)計。因為是最好的設(shè)計師進(jìn)行審查，因此他們必須能夠清楚的交流他們的設(shè)計思路，并提供建設(shè)性的建議。</p><p>　　?項目管理-一個完整的理解實用和非實用性設(shè)計需要是至關(guān)重要的。良好的設(shè)計師要充分認(rèn)識到設(shè)計的問題，

21、界面限制和以往的成功解決了相似的問題。有效的設(shè)計人員還必須控制自己的時間和成本的限制?；卷椖抗芾砑o(jì)律是一個成功的必要因素。</p><p>　　4 。不斷提高機械設(shè)計課程。</p><p>　　用批判性見解和解決問題的技術(shù)準(zhǔn)備學(xué)生是設(shè)計教育的首要目標(biāo)。批判性見解可以被看作是有兩部分組成： 1）一套信息產(chǎn)生和處理的技能，2）建立在知識基礎(chǔ)上的承諾，使用這些技能指導(dǎo)行為的習(xí)慣[10] 。設(shè)計

22、問題的解決涉及到學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。通過設(shè)計解決問題，學(xué)生才能變得多樣化。他們開始看到一個問題沒有標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，并可以有多個答案[11] 。</p><p>　　除了如圖1所示的課程，下列課程可以提高學(xué)生設(shè)計的知識和技能。這些課程主要是材料，制造工藝，和機械工程技術(shù)原理：</p><p>　　? ENTC 181的制造和裝配工序I</p><p>　　? ENTC 2

23、06非金屬材料</p><p>　　? ENTC 207金屬材料</p><p>　　? ENTC 281的制造和裝配流程II</p><p>　　? ENTC 303流體力學(xué)和動力</p><p>　　? ENTC 395機電系統(tǒng)的技術(shù)人員? ENTC 370熱力學(xué)專家? ENTC 429人與項目管理? ENTC 489專題（有

24、限元分析）</p><p><b>　　整合教材</b></p><p>　　辦法之一就是加強設(shè)計上的知識和技能為介紹和審查教材提供機會。實現(xiàn)這一目標(biāo)可以通過精心設(shè)計講座，家庭作業(yè)，和考試來完成。如圖3所示課程之間的聯(lián)系顯示了這個機會。例如：</p><p>　　?在力學(xué)課程，在解決了自由體受力圖后教師可以提出給予一些壓力的概念。在材料的強度課

25、程，學(xué)生可以被給予的適當(dāng)家庭作業(yè)以復(fù)習(xí)課程。</p><p>　　?在教有限元分析這門課程時，學(xué)生的問題可以用手工計算和FEA軟件來完成。正如圖4中顯示，L外形的正方形條最后（如負(fù)載適用）可通過彎曲和扭轉(zhuǎn)估算來代替。通過合適的估計，學(xué)生能更好地理解有限元分析的結(jié)果。</p><p>　　?幾何尺寸和公差可以在制造工藝課程中被引用以解決工序能力的問題。當(dāng)它使用在講授工程制圖與CAD課程，還應(yīng)

26、該融入設(shè)計課程，這樣公差和配合才是檢查和配合的決定性因素。</p><p>　　?在機械設(shè)計課程，團(tuán)隊項目應(yīng)該被分配，這樣將利用項目管理和團(tuán)隊建設(shè)技巧。</p><p>　　結(jié)合教材要求協(xié)作的技巧，以發(fā)現(xiàn)和充分利用機會。在MMET計劃，目前正在作出努力，以解決整合問題ENTC 376 ， ENTC 361 ， ENTC 363 ，和ENTC 463 。</p><p&g

27、t;<b>　　從事設(shè)計研究</b></p><p>　　在工程，技術(shù)和物理科學(xué)，大多數(shù)大學(xué)本科課程以二元模式教授（有一個正確的和錯誤的）[11]。由于一個設(shè)計問題沒有標(biāo)準(zhǔn)的答案，常常可以讓學(xué)生產(chǎn)生多樣性的設(shè)計。接觸設(shè)計實踐也將提高學(xué)生的決策和CAD技能。例如：</p><p>　　?在材料力學(xué)課程，給予截面形狀，軸向力和材料特性，學(xué)生可以計算出壓力和失敗的條件。通過

28、設(shè)計研究，這個問題就可以被改良。僅給予外加負(fù)載，學(xué)生不得不估測截面的幾何形狀和材料性能，以滿足負(fù)載條件。</p><p>　　?在機械原理課程，商品的準(zhǔn)備工作或規(guī)劃可分配都有賴于CAD工具模擬機械原理。那個演習(xí)將給予學(xué)生機會提高自己的建模技術(shù)。</p><p>　　通過改變教學(xué)方法，基礎(chǔ)設(shè)計學(xué)問目前實施在ENTC 363和ENTC463 。分配也讓步于ENTC 463為了學(xué)生執(zhí)行工業(yè)品的逆

29、向工程，以提高學(xué)生的設(shè)計技能?；A(chǔ)設(shè)計學(xué)習(xí)方法也適用于其他課程，如ENTC 361 ，ENTC 303 ，和ENTC395 。</p><p><b>　　修訂機械設(shè)計課程</b></p><p>　　雖然整合教材和改變教學(xué)方法可以使課程生效，但是重大的課程內(nèi)容修改需要在課程設(shè)計和發(fā)展方面作出新的努力。TAMU-SNL項目和IAC調(diào)查的兩個重大發(fā)現(xiàn)引起主動性的行動去推

30、薦總課程的改變：1）學(xué)生有一個強有力的工程制圖基礎(chǔ)，精通CAD工具，并對GT&T有一個徹底；2代替獨一無二的建模和起草，未來機械設(shè)計師在某些技術(shù)領(lǐng)域執(zhí)行設(shè)計任務(wù)時，需要深入的知識和技能。針對調(diào)查結(jié)果，兩個建議的修改正在制定：</p><p>　　?目前，在工程系和工程學(xué)院AutoCAD，Pro / ENGINEER和SolidWorks教授和使用于各個課程。雖然獲得不同的CAD技能聽起來很積極，但學(xué)生沒有

31、足夠的時間來探索這些國家最先進(jìn)的CAD工具的所有功能，以便成為精通的設(shè)計師。因此， MMET計劃已選定Pro / E的作為一個主要的CAD工具。沒有各種各樣的課程學(xué)習(xí)新的CAD工具的壓力，學(xué)生將有更多的時間致力于重點教材。所建議的改變可能會影響到所有的課程，要求學(xué)生制作模型和圖紙的家庭作業(yè)和項目。</p><p>　　?MMET將計劃提供技術(shù)選修課程以提高學(xué)生的機械設(shè)計技能和知識。技術(shù)選修課有可能是學(xué)生感興趣的先

32、進(jìn)的特別專題。例如，目前在ENTC361講授的實體造型和有限元分析。學(xué)生學(xué)習(xí)建模工具和前處理技術(shù)的時間為進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)有限元方法作了準(zhǔn)備。因此，建議在不同的課程提供CAD/solid建模和有限元分析。MMET學(xué)生感興趣的其他技術(shù)選修課包括：運動學(xué)，模具設(shè)計，流體動力系統(tǒng)設(shè)計，能源系統(tǒng)的設(shè)計，機電系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計制造和裝配。審查和暗示性的行動（包括課程改革）帶來的結(jié)果是大學(xué)教師猜測誰來教機械設(shè)計課程。正在準(zhǔn)備的評估計劃為今后改進(jìn)提供反

33、饋。</p><p><b>　　5 。結(jié)論</b></p><p>　　機械設(shè)計課程的目標(biāo)是為學(xué)生提供概念，知識，方法，分析技能，和設(shè)計機械零件，設(shè)備和系統(tǒng)的必要的決策方法。因此，機械設(shè)計是制造業(yè)和機械工程技術(shù)教育的一個關(guān)鍵組成部分。本文介紹了在德克薩斯A ＆ M大學(xué)MMET計劃的課程審查和發(fā)展成就。根據(jù)桑迪亞國家實驗室的專業(yè)發(fā)展計劃的經(jīng)驗和MMET工業(yè)咨詢委員會的

34、調(diào)查，很顯然，在畢業(yè)之前學(xué)生必須掌握豐富的知識和技能。機械設(shè)計領(lǐng)域所需的技能的結(jié)果已經(jīng)被確定。期望得到的結(jié)果和MMET課程之間并沒有直接的關(guān)系，結(jié)合與設(shè)計有關(guān)的科目可以更好地為學(xué)生面對未來的挑戰(zhàn)作準(zhǔn)備。雖然現(xiàn)行的課程為學(xué)生提供一個集成經(jīng)驗的最后的課程設(shè)計，很顯然，把關(guān)鍵的思想和問題解決在設(shè)計的早期階段將大大提高學(xué)生的知識?；谡w的機械設(shè)計課程的觀點，這篇文章提出了三種不同改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計課程的辦法。增加學(xué)生的知識能通過以制定的ABET反

35、饋機制來評價。這些評估工具包括：畢業(yè)出口調(diào)查，大學(xué)教職員工作成績評定，通道考試，和IAC評價。這篇文章介紹的這些方法可作為工程技術(shù)教育的一種持續(xù)改進(jìn)的方法。鳴謝作者要感謝桑迪亞國家實驗室的支持本文介紹的TAMU桑迪亞專業(yè)發(fā)展項目。桑迪亞桑迪亞公司運營的一個多項</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　Shigly,J.E.,Mischke

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