【摘要】 针对传统机械工程及其自动化专业在教学过程中存在教学成本较高、教学方法不直观及教学内容抽象等弊端，本文以《机械制造技术基础》课程教学改革作为研究对象，采用数字化建模与仿真技术对该课程中典型数控机床、金属加工过程、加工振动等知识进行建模和仿真，将有效提高教学效果并增强教学直观性。通过虚拟样机、虚拟加工及虚拟振动等典型代表辅助课堂及实验教学，从而提高教学效果和教学质量，因此该课程实施将对机械类专业课程的教学改革具有一定的借鉴价值。
【关键词】 机械制造技术基础 教学改革 数字建模与仿真
一、前言：[课程现状与不足之处]
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》及《中国机械工程学科教程》都指出：教师要把教学作为首要任务，不断提高教育教学水平；加强实验室及实习基地等教学基本建设，并深化教学改革。因此在现有教学条件下如何提高教学质量，提高实践教学效果是《机械制造技术基础》等课程的必须面对的基本课题。
“机械制造技术基础”是机械工程学科的重要课程，是机械设计制造及其自动化专业的一门必修专业基础课程。该课程的特点是实践性强，要求理论学习与工艺实践的关系非常紧密。但由于课时少，内容多，理论学习与工艺实践常常脱节，造成教学内容抽象和不直观等弊端。随着数字化技术的不断发展，在《机械制造技术基础》课程的教学中引入三维建模与仿真技术，将有效辅助课堂教学和实验教学，从而提高教学效果并优化教学资源。
二、数字化建模与仿真技术的内涵与外延
随着计算机技术的快速发展，数字化分析技术是快速解决实际问题的重要手段之一。数字化分析技术是基于计算机建模与仿真方法对工程或产品设计和制造过程的成本、外观、功能、性能、可制造性、安全可靠性及制造周期等指标进行分析和评价，从而实际产品和工程的设计和制造提供参考依据及其优化。涉及包括产品设计、工艺设计和制造过程的所有计算模型与仿真分析。数字化仿真和分析技术能够对特定产品进行性能分析、预测和优化，以实现产品的技术设计与制造；其主要包括几何仿真分析和物理仿真分析。几何仿真分析主要从几何角度分析产品的运动状态、加工过程中干涉、碰撞及数控NC代码检验等。
物理仿真分析主要分析产品物理特性，如结构力学（包括线性与非线性）、加工动力学、效力学、流体力学、电路学、电磁学等等。而越来越多的发展应用在不同的领域，像流体与结构力学的结合，电路学与电磁学的结合，应用也越来越广泛。
三、目前数字化仿真和分析软件将成为工程师实现其工程创新和产品创新的得力助手和有效工具
常用的典型数字化建模与仿真软件有许多种类型：根据不同要求，采取不同成熟软件进行设计。其中三维实体造型软件已广泛应用于机械设计及制造领域，如SolidWorks、Pro/E、UG和CATIA等功能强大的软件，这些三维实体建模软件可以快速的建立零件、进行装配，非常直观看到物体的每个位置和方向，可以检验干涉、碰撞等现象的发生，可以非常形象的看到物体运动，以及设计和制造的整个流程；运动学和动力学仿真软件，如美国MSC.ADAMS，德国SIMPACK，比利时DADS，该类软件采用数字化虚拟现实技术，在给出初始条件下，通过这些软件很容易测出物体某个零件的位移、速度、加速度、力、转矩等。有限元分析软件，如MSC.NASTRAN，ANSYS、ABAQUS等，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，尤其在电子和制造业等领域有着广泛的应用；控制仿真软件，如MATLAB很快解决数学计算上和控制方面难以解决的问题。通过这些软件建立可信度高的数字化模型和实体模型，等效简化实际工况进行虚拟试验，在设计阶段可以完全预测评价产品的各项性能，
四、课程教学改革内容及具体措施
采用数字化建模与仿真技术主要针对机械制造技术基础课程中的金属切削机床及关键部件的建模与仿真、金属加工的几何与物理仿真、机床关键部件的装配模拟及加工过程振动及其控制模型等进行改革与应用；
1）课堂实例展示
通过引进建模与仿真技术后，将磨削过程活灵活现展示给学生，通过仿真系统可以实时改变不同初始条件和边界条件，学生可以快速掌握和理解工艺参数对磨削力及表面粗糙度的影响规律。因此通过课件改进后提高了教学效果和教学质量。
五、结论与展望
5.1结论
1）采用数字化建模与仿真技术对该课程中典型数控机床、金属加工过程等知识进行建模和仿真，将有效提高教学效果并增强教学直观性。通过虚拟样机、虚拟加工及加工振动等知识点的课堂及实验教学，从而提高教学效果和教学质量，因此该课程数字化和可视化的实施将对机械类专业课程的教学改革具有一定的借鉴价值。
2）由于篇幅等原因，本文仅对三个实例进行讲解，其实工艺流程、机床夹具、加工精度、机器装配等教学内容都可以通过数字建模与仿真技术来是实现。
5.2 展望
1）教学形式-----多媒体与板书有效结合
通过多媒体与板书有效结合将有利学生学习，使学生接触到内容丰富、形式新颖课程知识，形象模型和仿真及实验结果将激发起学生的学习兴趣，快速掌握相关知识点。
2）充分利用国家及省级资源共享平台
通过国家级省部级资源共享平台建设将对《机械制造技术基础》课程改革起到非常重要作用，由以“教室课堂”教学模式转变以“网络资源共享”教学模式，从而以“教师”为中心转化为以“学生”为中心的教学模式，让学生真正发现问题，独立解决问题的能力完善和提高，以达到自主学习的目的。
3）仿真与实验紧密结合
课程应以虚虚实实相结合，这些虚拟仿真数据与实验紧密结合对比分析，将给学生留下深刻印象；实践主要目的是让学生能及时掌握知识和消化知识，而通过仿真与实践紧密结合让学生更直观掌握知识点的内涵和外延。实验教学和课堂教学相统一， 即把课堂教学搬到实验室， 通过实验的演示激发学生的兴趣， 引导学生对知识进行探索。
4）教学与科研结合
课件内容以教学与科研相结合，具有大量的图片和视频；不是简单的图片和动画，而是在科研中获得仿真数据以图片和视频形式生动的展示给学生并产生浓厚兴趣；使学生除了掌握课堂上知识点，同时让学生了解科研手段及科技发展方向，因此使学生具有分析问题、独立解决问题，并提出创新想法及解决问题手段。
参 考 文 献
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