设计与制造

课程编码：B1111003Y 英文名称：Design and Manufacturing 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业必修课 主讲教师：虞钢等

本课程是本科生的基础课，旨在提高学生对工程设计到产品制造全过程的审美认知能力、创新设计能力以及动手实践能力。课程综合人文、美学、科学、技术、工程等因素，讲述设计与制造的基本方法与工程应用。通过本课程的学习，使学生掌握设计与制造的基本知识，包括工程设计方法、工程美学、工程制图、机械设计等不同的设计和表达方法；以及从工程材料出发，到传统成型与加工技术、再到自动化与先进制造等不同的制造技术和模式。

力学、基础物理实验、工程科学概论

教学重点：美学基础，表现技法，画法几何，机械图样及基本要求，机械制图实践课，单元-机构-系统设计，功能及可靠性设计，计算机辅助设计，工程材料，制造及成型工艺，机加工工艺，制造自动化，CAX技术，3D打印，先进制造技术。

教学难点：审美概念的培养，表现技法的掌握，透视图关键点的选取，投影原理中点线面的表达，机械图样在阅读及绘制过程中容易缺失的关键信息，不同制造技术的内涵辨析，3D打印中概念设计与实体制造的融合。

课程内容

第一章 绪论

（一）工程科学的内涵

（二）工程科学问题的解决范式

了解工程科学的定义及要解决的问题，对需求识别、方案设计、产品制造有初步的认识。理解本课程的基本架构。

第二章 工程设计

（一）设计概述

（二）工程设计基础

了解设计的发展历程、领域分类、主要原则、基本要素。理解工程设计的系统组成，掌握功能设计、可靠性设计、优化设计、计算机辅助设计等设计理念。

第三章 工程美学

（一）基础概念

（二）形态构成

了解美学中的形式美法则与技术美要求。理解形态构成的要素、方法、应用。

第四章 画法几何

（一）投影的定义与内涵

（二）中心投影

（三）正投影

了解中心投影、正投影、投影体系，认识透视投影、透视图和透视阴影。理解几何元素的投影、相对位置、几何体的投影、直线平面与立体的相交。掌握轴测图画法。

第五章 工程制图

（一）机械图样

（二）零件图

（三）装配图

（四）计算机制图基础

（五）机械制图实践课

了解机械图样相关标准。理解机械图样的基本要求。掌握投影原理（点、线、面的投影）。掌握阅读机械图样能力。掌握绘制简易的零件图、装配图。进行二维及三维制图实践。

第六章 机械设计

（一）机械零件

（二）机械零件的连接

（三）机械零件的传动

（四）运动机构

了解机械零件的分类和标准。理解机械零件的连接、传动方式。理解运动机构的基本分类和系统组成。掌握平面连杆机构、凸轮、间歇运动机构的运动方式。

第七章 工程材料

（一）常用工程材料

（二）材料性能

了解工程材料的概念与发展，了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料，理解工程材料的使用性能、加工性能。

第八章 成型与加工

（一）成型及塑性工艺

（二）材料加工工艺

（三）表面处理工艺

（四）材料连接技术

理解金属铸造、粉末冶金、金属锻造、金属轧制挤压拉拔、材料焊接、材料粘接，掌握机械加工工艺、机械加工设备、制造工艺选取。

第九章 制造自动化

（一）概述

（二）数控技术

（三）工业机器人

（四）制造系统自动化

了解自动化技术的基本概念及发展历程，理解解数控技术、数控机床的组成和类型，理解工业机器人技术，理解CAX 技术。

第十章 先进制造

（一）先进制造概念

（二）先进制造技术

（三）先进制造理念

（四）3D打印技术实践课

了解先进制造的内涵、分类及发展趋势，理解先进制造技术与传统制造技术的区别与联系，理解3D打印技术。掌握三维建模基础，理解3D打印操作，进行3D打印实践。

章节/学时分配	讲课	习题课	实验课	上机课	讨论课	其它
第一章	2
第二章	4
第三章	4
第四章	6
第五章	8
第六章	8	2	4
第七章	4
第八章	8
第九章	8
第十章	8		4
总计	60	2	8

本课程注重工程科学中的思政元素，已与授课内容做了深度融合。主要体现在三个方面：
1. 做到正本溯源，从“设计”与“制造”的起源到发展，见证了人类文明的发展历程。引领学生对“设计”及“制造”概念有正确的认知。
2. 注重工程实例，授课内容从生活用品到国之重器，由浅入深地引出设计的几大原则及制造技术的关键组成。引导学生领会优秀的设计思想，塑造正确的工程思维。
3.以学术论文为支撑，引出工程科学领域的近期研究成果，引导学生全面认知设计与制造的发展趋势。
课程注重提高学生对工程设计到产品制造全过程的审美认知能力、创新设计能力、动手实践能力，注重引导学生做有学识、有责任感的新一代人才。

1. 《设计与制造》讲义

1.Shigley's Mechanical Engineering Design. Richard G. Budynas, J. Keith Nisbett. McGraw-Hill, 2015。（提供借阅）
2.画法几何及工程制图（第5版）. 唐克中，朱同钧. 高等教育出版社，2017
3.机械制造技术基础.第4版. 卢秉恒. 机械工业出版社, 2018
4.激光先进制造技术及其应用. 虞钢，何秀丽，李少霞.国防工业出版社，2016

虞钢，国科大工学院教授，教研室主任，中科院力学所研究员，博士生导师，开展《设计与制造》《智能制造技术》等本科生及研究生系列课程。授课过程中充分融合国内外教学的优点，开展互动式课堂教学。注重由基础科学理论到实际工程应用，明晰学科起源与其未来发展趋势，旨在提高学生的综合能力。在科学研究与人才培养方面，长期从事先进制造工艺力学研究，获中国机械工业科学技术二等奖，出版专著4 部，发表学术论文160余篇，获得发明专利50 余项，培养硕士、博士、博士后70多人。

课程教学网站：授课相关资料由SEP课程网站(https://sep.ucas.ac.cn/)发布。
教学参考网站：可参考web of science（https://www.webofscience.com , 外文文章、专利），中国知网（https://cnki.net , 汉语文章、专利）、标准下载网（http://www.bzxz.net , 国家标准）、度衍（https://www.uyanip.com ，专利）。
学习规范要求：遵守课堂纪律；作业及考试不得有抄袭、作弊行为。
个性化的要求：课堂互动要活跃，回答问题时应参考学术论文、专利、标准。