第二章机械工程专业教育简介

第二章机械工程专业教育简介掌握机械设计制造及其自动化专业的培养目标、教学要求、课程体系。熟悉机械类专业的课程体系与理论基础。了解我国机械工程专业教育形成，以及面向21世纪的机械工程教育的发展趋势。2.1我国机械工程专业教育形成机械工程教育的发展经历了一个不断改革、调整、提高的过程。迄今为止，全国机械工程教育已形成了以本科教育为主，高等职业、中等专业、技工等为辅的基本教育，以及培养高层次机械工程人才的硕士、博士研究生教育的完整的教育体系，基本满足了我国社会主义经济建设对机械工程人才的需求。我国高等学校的专业设置始于1952年，分别于1963年、1987年、1993年、1998年先后进行了本科专业目录修订工作。1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》分设：哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学十一个门类，下设71个二级类、249种专业。与原目录相比，增加了管理学门类，对二级类作了较大调整，专业由504种减少至249种。机械工程属于工学门类的二级类学科1997年颁布的《授予硕士、博士学位和培养研究生的学科、专业目录》将我国学位授予和研究生培养分为学科门类、一级学科和二级学科（学科、专业）三个层次，设立12个学科门类：哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学和管理学，在学科门类之下设有88个一级学科，其中含381种二级学科、专业。在工学门类中共设有32个一级学科：力学、机械工程、光学工程、仪器科学与技术、材料科学与工程、冶金工程、动力工程及工程热物理、电气工程、电子科学与技术、信息与通讯工程、控制科学与工程、计算机科学与技术、建筑学、土木工程、水利工程、测绘科学与技术、化学工程与技术、地质资源与地质工程、矿业工程、石油与天然气工程、纺织科学与工程、轻工技术与工程、交通运输工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学与技术、兵器科学与技术、核科学与技术、农业工程、林业工程、环境科学与工程、生物医学工程、食品科学与工程。按1997年颁布的《授予、硕士、博士学位和培养研究生的学科、专业目录》，机械工程一级学科中授予博士、硕士学位的二级学科（学科、专业）有4种：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程。按1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》，机械工程类的本科专业有5个：机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、工业设计、过程装备与控制工程、工业工程。机械设计制造及其自动化包括的旧专业有：机械制造工艺与设备、机械设计及制造、汽车与拖拉机、机车车辆工程、流体传动及控制、真空技术及设备、机械电子工程、设备工程与管理、林业与木工机械。材料成型及控制工程包括的旧专业有：金属材料与热处理、热加工工艺及设备、铸造、塑性成型工艺及设备、焊接工艺及设备。2.2机械专业的课程体系与理论基础1．知识体系机械类专业的课程体系由基础教育系列、专业教育系列和工程教育系列三大系列构成。基础教育系列课程包括数学与自然科学课程群、工程技术基础课程群、人文社会科学课程群三部分，约占总学时的70%；专业教育系列包括专业平台课程群，约占总学时的25%；工程教育系列包括专题选修课程群，约占总学时的5%。（1）数学与自然科学课程群主要包括：高等数学、大学物理、大学物理实验、概率论与数理统计、线性代数等课程。（2）工程技术基础课程群主要包括：画法几何与机械制图、工程材料、机械制造基础、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、计算机基础、C语言及程序设计等。（3）人文社会科学课程群主要包括：中国近现代史纲要、马克思主义基本原理、毛邓概论、思想道德修养与法律基础、形势与政策、英语、体育、管理基础、军事理论、机械工程导论等。（4）专业平台课程群主要包括：电工与电子技术基础、互换性技术基础、机械控制工程、液压与气动、机械制造工程学、石油钻采机械等。（5）专题选修课程群：机械设计制造模块包括：先进制造技术、机械制造自动化、特种加工（双语）、数控加工技术；机械电子工程模块包括：机械设计工程学、机电传动控制、单片机原理及其应用；石油机械模块包括：水力机械、井下作业设备与工具、海洋石油装备概论；通用模块包括：电气控制技术（双语）、机械测试技术基础、机电一体化原理及应用。（6）工程实践环节主要包括：课程实验、上机、金工实习（工程实训）、课程设计（机械制图测绘、机械原理课程设计、机械设计课程设计）、创新设计（机构分析创新设计、机电一体化系统创新设计）、认识实习、生产实习、毕业实习和毕业设计（论文）。到工厂实习是工科大学学生的重要工程实践环节。通过工厂实习，深化学生在课堂上、书本上学到的知识，了解现代大工业生产的环境、工艺、装备、管理和技术操作，培养观察事物、分析问题、解决问题的能力，树立工程意识。毕业实习和毕业设计（论文）则是综合运用大学四年学习的知识，解决一个具体工程技术问题的演练和实践。通过这一过程，使学生掌握分析、解决工程技术问题的方法和步骤，进一步培养学生的独立工作能力、团队精神和合作能力、创造性、严谨细致的工作作风和良好的工程素质。2．理论基础机械工程的基础理论有：画法几何、机械制图、机械原理、机械设计、热力学、工程力学、流体力学、摩擦学、互换性、机械振动、传动、金属工艺学、机械工程材料、电子学、计算机科学与技术等。画法几何（Descriptivegeometry）画法几何是研究在平面上用图形表示形体和解决空间几何问题的理论和方法的学科。画法几何是机械制图的投影理论基础，它应用投影的方法研究多面正投影图、轴测图、透视图和标高投影图的绘制原理，其中多面正投影图是主要研究内容。机械制图（Machinedrawing）机械制图是用图样表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。为了能对图样中涉及到的格式、文字、图线、图形简化和符号的含义有一致的理解，人们制定出统一的图样规格，并使其发展成为机械制图标准。各国一般都有自己的国家标准，国际上有国际标准化组织（ISO）制定的标准。机械原理（Theoryofmachinesandmechanisms）机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。主要组成部分为机构学和机械动力学。机械学的研究对象是机器中的各种常用机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等；研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性，以及机构的运动分析和综合。机械动力学的研究对象是机器或机器的组合；研究内容是确定机器在已知力作用下的真实运动规律及其调节，摩擦力和机械效率以及惯性力的平衡等问题。机械设计（Machinedesign）机械设计是机械工程的重要组成部分，是研究和设计各种设备中机械基础件的一门学科。主要内容包括：零（部）件的联（连）接，如螺纹联接、销联接、键联接、花键联接、过盈配合联接、弹性环联接、焊接和胶接等；传递运动和能量的带传动、摩擦轮传动、链传动、谐波传动、齿轮传动、绳传动和螺旋传动等，传动轴、联轴器、离合器和制动器等相应的轴系零（部）件，以及起支承作用的零（部）件，如轴承、箱体和机座等；起润滑作用的润滑系统和密封等；弹簧等其他零（部）件。热力学（Thermodynamics）热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用，是机械工程的重要基础学科之一。基本任务是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环，不断提高热能利用率和热工转换效率。流体力学（Fluidmechanics）流体力学是研究流体的平衡和运动的学科。流体力学主要研究流体（液体和气体）在荆州或运动时的基本规律，以及流体与所接触的物体之间的相互作用。在机械工程中，诸如流体机械、锅炉、内燃机、液压传动、管道等的设计、测试和控制，以及润滑、噪声、燃烧、传热、射流等方面都需要运用流体力学的知识。摩擦学（Tribology）摩擦学是研究表面摩擦行为的学科。摩擦学是具体研究相对运动的相互作用表面间的摩擦、磨损与润滑，以及三者间相互关系的基础理论和实践（包括设计和计算、润滑材料和润滑方法、摩擦材料和表面状态以及摩擦故障诊断、监测和预报等）的一门边缘学科。世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。互换性（Interchangeability）互换性是指机械制造中按规定的几何和力学性能等参数的允许变动量来制造零件和部件，使其在装配或维修更换时不需要选配或辅助加工便能装配成机器并满足技术要求的性能。几何参数包括：尺寸大小、几何形状、相互位置、表面粗糙度、角度和锥度等；力学参数通常指硬度、强度和刚度等。机器的零件和部件的各种参数不可能也不必要达到绝对的准确值，只要实际值保持在规定的变动范围之内就能满足技术要求。参数值规定的允许变动量称为公差。机械振动（Mechanicalvibration）机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量。振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零部件的早期失效。在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体混合的振动。传动（Transmission）传动是传递动力和运动的装置，也可用来分配能量、改变转速和运动形式。机器通常是通过它将动力机产生的动力和运动传递给机器的工作部分。设置传动的原因为：机器工作部分所要求的速度和转矩与动力机的不一致；动力机的输出轴一般只作回转运动，而机器工作部分有的需要其他运动形式，如直线运动、螺旋运动或间歇运动等。传动分为机械传动、流体传动和电力传动三大类。金属工艺学（Metalprocessingtechnology）金属工艺学是研究在机械制造中金属材料（或坯料、半成品等）的冶炼、铸造、锻压、焊接、金属热处理、切削加工、机械装配等工艺过程和方法的一门学科。机械工程材料（Materialofmechanicalengineering）机械工程材料包括用于制造各类机械零件、构件的材料和在机械制造过程中所应用的工艺材料。按属性可分金属材料和非金属材料两大类。金属材料包括钢铁材料和非铁金属材料。非金属材料又可分为无机非金属材料和有机高分子材料。此外，由两种或多种不同材料组合而成的复合材料，具有比单一材料优越的综合性能，成为一类新型的工程材料。电子学（Electronics）电子学是研究电子在真空、气体、液体、固体和等离子体中运动时产生的物理现象，电磁波在真空、气体、液体、固体和等离子体中传播时发生的物理效应，以及电子和电磁波的相互作用的物理规律的一门科学。电子学不仅致力于这些物理现象、物理效应和物理规律的研究，还致力于这些物理现象、物理效应和物理规律的应用。电子学作为科学技术的门类之一，具有十分鲜明的应用目的性，这是电子学的重要特点之一。计算机科学与技术（Computerscienceandtechnique）计算机科学与技术是一门实用性很强、发展及其迅速的面向广大社会的科学技术，它建立在数学、电子学、磁学、光学、精密机械等多门学科基础上。它不是简单应用某些学科的知识，而是经过高度综合形成一整套有关信息表示、变换、存储、处理、控制和利用的理论、方法和技术。2.3机械设计制造及其自动化专业简介业务培养目标：以CDIO工程教育培养模式和卓越工程师计划为导向，培养具备机械设计制造及其自动化专业的基础知识与工程应用能力，掌握现代设计方法及先进