面向毕业设计的机械工程综合测绘教学研究

郭俊锋，陈卫华

（兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州 730050）

针对高校本科生教育工作现状，教育部经研究提出了“以本为本”的指导理念，希望大力促进本科生培养质量的全面提升。当前在国内大部分工科院校开展的“卓越工程师培养计划”和“工程教育认证”工作，特别强调了本科生的培养目标达成度，强化学生综合能力的训练。在此背景下，工科院校本科生的毕业设计质量怎样提高，特别是如何加强机械类专业学生的设计装配图和零件图的图纸质量，就需要对传统的课程设置进行适当调整，增加侧重训练学生的绘图实践能力和创新能力的教学内容[1-3]。

工程图学作为工科院校的一门技术基础课，通常是安排在大学一年级开设。当学生到大学四年级下学期进行毕业设计绘图时好多知识点已经遗忘了，导致设计的很多图形内容不符合规范。测绘训练作为机械类和近机械类专业重要的基础性实践教学环节，不仅要掌握画法几何及机械制图的理论知识，还需要提高学生的绘制和阅读机械图样的能力[4，5]。

1 毕业设计工程图样存在的问题

目前，兰州大学机械类专业学生毕业设计环节主要针对的是数控加工中心、石油勘探设备及风力发电机组等设备进行设计计算，需要绘制设备的总装示意图、电气控制原理图、局部结构的装配图和部分零件图，共需完成大约5张A0图纸的设计任务量。学生在设计过程中主要通过AutoCAD软件绘制完成。根据我校毕业设计指导教师的反馈情况来看，主要存在以下问题。

1.1 机械图样不符合《机械制图》国家标准

学生在绘制毕业设计工程图样过程中，没有严格按照机械制图的国家标准执行，主要表现在：（1）绘图比例不合要求。绘图比例是图形大小与机件实际大小之比，需要从国家标准提供的绘图比例系列中进行选择，但很多学生都是自定比例，导致绘制的图样不规范。（2）图线应用错误。在机械制图国家标准里规定了粗实线、细实线、点划线及虚线等各种线型的应用范围，在工程图样上应该用不同线型来表示相应的几何轮廓，但从实际绘制的工程图样来看，不少学生存在用一种线型来绘图，或者用细实线来绘制对称中心线等问题。（3）几何作图不规范，例如圆弧连接没有保证相切关系，视图之间的投影关系不正确等。（4）零件图上内容不完整。根据国家标准规定，一张零件图应该包括一组视图、尺寸标注、技术要求和标题栏。很多学生绘制零件图没有标注表面粗糙度，缺少形位公差和极限配合的标注。（5）绘图环境的设置不规范。部分学生的设计图纸没有画图框，标题栏填写不规范等。

1.2 零件表达方法不合理

在工程实际中，组成机器的零件形状千变万化，有些零件的外部形状和内部结构均比较复杂。因此，仅仅采用基本的三视图，往往不能完整、清晰地表达这些零件的特征。所以需要综合采用视图、剖视图和断面图等表达方法，尤其还要注意国家标准里的规定和简化画法。但是毕业设计图样里存在以下一些问题：（1）用视图表达零件的内部结构，导致图上出现大量的虚线，不利于看图和标注尺寸。（2）部分学生采用了剖视图的表达方法，但存在投影方向不准确，剖视图和半剖视图的画法及标注不规范等问题。（3）部分零件图没有注写技术要求，缺少对零件表面质量的标注等。

1.3 尺寸和技术要求标注不规范

在机械制图国家标准里规定，对于装配图和零件图的尺寸标注应该做到正确、完整、清晰。在具体零件图标注中，需要充分考虑尺寸的设计基准和工艺基准，对于定形尺寸、定位尺寸和总体尺寸等三类尺寸，都要完整进行标注，同时要兼顾对尺寸标注的一些特殊要求。目前，毕业设计过程中反映出的尺寸标注问题有：（1）零件图的尺寸标注不完整，漏标或重复标注尺寸的现象较多。（2）少部分学生尺寸标注出现封闭尺寸链和不符合加工工艺的问题。另外，对于零件图上的技术要求标注，出现了表面粗糙度符号不规范、尺寸公差标注错误以及形位公差标注缺乏基准的问题。

2 工程图学传统课程设置及问题分析

对于工科院校而言，工程图学课程是机械类专业必修的一门技术基础课，一般安排在一年级进行授课。笔者所在学校针对一年级新生主要开设了工程图学基础 A（48学时）、机械制图及 CAD（48学时）、计算机绘图基础（32学时）、计算机三维造型（32学时）和SolidWorks基础（32学时）等工程图学类课程。老师一般采取课堂讲授和PPT演示相结合的方式进行教学。由于一年级新生刚进入大学校园，缺乏对零件设计和加工方面的基础知识，再加上需要一定的空间想象和构思能力，因此学生普遍感觉学习起来比较吃力。这也充分暴露出教学培养计划中课程设置的一些问题。

2.1 目前工程图学课程设置现状

工程图样是在产品设计、制造和检验过程中的一种重要技术文件，是工程界的“技术语言”。主要包括画法几何、制图基础、机械制图及AutoCAD绘图等主要内容，目前增加了包括SolidWorks、Pro/E等三维建模内容。笔者学校的教学培养计划课程设置见表1。

表1 机械类专业本科生培养计划课程设置情况

众所周知，工程图学课程是一门既有理论，又有实践的技术基础课，学生在学习过程中需要具备一定的零件加工工艺知识，还要了解零件的加工过程。如果在前期的课程设置中实践测绘训练不足，则学生对课程内容的理解就会停留在表面，更谈不上对零件进行设计和绘制高质量的零件图。因而对传统的课程培养计划进行适当调整，加强机械工程综合测绘实践训练，就显得十分必要。

2.2 机械工程综合测绘课程设置

针对学生在毕业设计中绘制工程图样所反映出来的问题，学校也在努力尝试对课程设置进行调整。2010年，针对机械设计制造及自动化专业，在一年级下学期末开设了“计算机绘图综合训练”的实训课程，教学计划为1周。主要内容包括对于给定的简单装配体的零件进行徒手测绘和CAD绘图，要求完成一定量的零件图和装配图。由于学时数较少，测绘任务较重，只能针对结构简单的装配体（L型齿轮油泵）进行测绘，实际测绘训练效果未达到要求。

2012年，在修订培养计划的基础上，将“计算机绘图综合训练”课程调整为“机械工程综合测绘”，时间改为2周，测绘对象调整为 “一级齿轮减速器”，内容包括零件测绘草图和计算机绘图两部分。面向全校机械类专业的学生开设。2013年春，首先在机械设计制造及自动化专业进行实施，由指导老师统一布置测绘任务，分阶段要求学生进行零件草图、零件图、装配图和计算机绘制工程图等综合训练。测绘课程内容调整以来，学生的毕业设计图纸规范性有了一定程度提高，但也还存在两个问题：（1）学生的测绘对象过于单一，导致设计任务和测绘内容大同小异，缺乏灵活运用制图知识进行设计的能力。（2）学生只是机械地完成老师布置的测绘任务，缺乏对零件结构表达、工艺设计以及尺寸合理分析等方面的思考，导致工程的设计和表达能力不足。

因此，尽管对目前的机械工程测绘课程进行了调整和改革，但是囿于课程培养计划总体设置和测绘内容的单一，学生测绘训练的实际效果还不太理想，没有完全达到教学大纲的培养目标。

3 机械工程综合测绘课程探讨与实践

针对在测绘课程中存在的课程内容以及设置等方面的问题，教学团队对“机械工程综合测绘”课程进行了改革与实践，并且针对教学培养计划中的课程设置提出了相关的建议。

3.1 调整测绘内容，提高工程设计能力

基于工程图学测绘课程大纲的要求，对课程内容做了部分调整，在原有绘制二维图的基础上，增加了三维建模的训练。同时，要求学生进行分小组讨论，充分交换意见，选择最合理的表达方案。一方面使得学生对于零件的设计以及加工工艺的认识更加深刻，另一方面又可以培养学生的团队协作意识。经过调整以后，课程内容设置见表2。

图1 “机械工程综合测绘”课程调整后内容

首先，学生需要了解装配体的工作原理，熟悉零件的结构和功能，以及各部分装配关系和相对位置关系，并且对零件进行编号。然后分小组讨论确定各个零件的最优表达方案，并绘制零件草图。再通过AutoCAD软件进行零件图的绘制。最后充分讨论零件之间的装配关系，合理确定装配表达方案，绘制装配图。对于测绘装配体中比较典型的零件，需要利用SolidWorks软件进行三维设计与建模，完成零件的三维模型。通过二维零件图和三维建模的训练，学生能够较深入理解零件的结构与工艺设计，逐步提升工程设计能力。

3.2 创新测评方法，注重过程化考核

在以往的测绘课程考核中，比较强调最终的答辩成绩，主要包括图纸质量、回答测绘问题以及如何确定零件和装配体的表达方案等。对于学生在设计过程中的表现，包括零件的测绘、表达方法的选择、三维设计与建模等还缺乏测评。尤其是分小组后，对于每位成员的分工协作不是十分明确，导致考核方式缺乏公平性和客观性。

教学团队积极创新测评方法，将学生的过程考核和最终答辩结合起来，提高过程考核的比例，充分反映学生的真实测评水平。同时，考核方法还要简单易行，便于操作。经过优化调整，考核方式见表2。

表2 “机械工程综合测绘”考核方式

3.3 教学反馈及课程设置建议

教学团队在机械类专业中实施新的教学内容和模式以来，特别是分小组进行教学并增加了三维建模内容以后，学生的学习主动性提升，显著改善了以前在测绘过程中“消极怠工”的现象。通过三维建模训练，也激发了学生的学习兴趣，将工程图学知识与装配体和零件的设计融会贯通，提高了学生的测绘设计能力。根据毕业设计指导老师反馈情况来看，学生的机械设计更加规范，图纸质量明显提升。对于在毕业设计中的工程图样表达以及零件三维设计与建模方面也有了一定的体会和认识。

但是，基于传统的课程培养计划，学生的机械工程测绘训练一般安排在大一下学期，视作后续专业课程服务的综合测绘实践环节。学生的测绘训练需要一定的相关专业知识，而把该课程安排在金工实习等教学环节之前，学生缺乏相应的实践训练及对零部件的感性认识，客观上造成学生的训练效果难以深入拓展。因此特提出以下建议：

1）调整培养计划课程设置，将“机械工程综合测绘”课程安排在大三下学期或者大四上学期，让学生具有一定的专业基础和实践知识后再进行测绘训练，效果会比较理想。

2）适当增加专业课程设计中测绘训练的内容，将机械设计与装配体测绘相结合，提高学生的综合设计能力。

4 结语

毕业设计工程图样的质量，直接关系到工科院校机械类专业学生的工程设计素养，同时也反映出学生的培养目标达成度。对机械工程综合测绘课程教学内容的优化改进以及课程计划的适当调整，尤其是增加零件三维造型设计的内容，必将对培养学生的读图能力、绘图能力、创新能力和工程设计意识有较大促进作用。另外，创新测绘课程评价方式，注重学生的测绘过程考核，能够有效激发学生学习的积极性和求知欲，培养主动创新的开拓精神。通过近年来测绘教学改革实践，教学效果较好，学生毕业设计的图纸质量稳步提升。