《材料智能化設(shè)計與制造》課程教學(xué)大綱

材料智能化設(shè)計與制造一、課程介紹《材料智能化設(shè)計與制造》是針對材料科學(xué)與技術(shù)類高年級本科學(xué)生開設(shè)的一門學(xué)科，課程性質(zhì)為選修課。通過講授智能制造技術(shù)的內(nèi)涵和技術(shù)體系，人工智能與專家系統(tǒng)，智能設(shè)計，智能工藝規(guī)劃和智能加工數(shù)據(jù)庫，智能監(jiān)視、診斷與控制，智能制造系統(tǒng)，智能制造裝備等，使學(xué)生掌握相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，了解用于材料智能化設(shè)計與制造的意義、特征和主要技術(shù)手段等，從而幫助學(xué)生初步建立現(xiàn)代化的材料設(shè)計與制造知識體系。同時，該課程還將培養(yǎng)學(xué)生對于復(fù)雜工程問題的思考和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生對材料智能化設(shè)計與制造領(lǐng)域的興趣，為今后學(xué)生從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。教學(xué)部分共含24個理論學(xué)時。Introduction"IntelligentDesignandManufactureofMaterials"isacoursefortheseniorundergraduatesmajoredinfieldsofmaterialscienceandtechnology.Itisanelectivecourse.Byintroducingtheconnotationandtechnicalsystemofintelligentmanufacturingtechnology,artificialintelligenceandexpertsystem,intelligentdesign,intelligentprocessplanningandintelligentprocessdatabase,intelligentmonitoring,diagnosisandcontrol,intelligentmanufacturingsystem,intelligentmanufacturingequipment,etc.,thiscourseenablesstudentstogetacquaintedwiththerecentdevelopmentsinthisfield,andunderstandthesignificance,characteristics,andmaintechnicalapproachesofintelligentdesignandmanufacturingofmaterials.Inthisway,studentscanpreliminarilyestablishabasicknowledgesysteminmodernmaterialdesignandmanufacturing.Meanwhile,itwillcultivatestudentstohavetheabilitytoanalyzeandsolvecomplicatedengineeringissues,andsparktheirinterestinthefieldofintelligentdesignandmanufacturingofmaterials,benefitingfortheirfuturecareersintherelevantwork.Theteachingpartofthiscourseincludes24theoreticalcredithours.課程基本信息課程名稱材料智能化設(shè)計與制造課程編碼431228英文名稱IntelligentDesignandManufactureofMaterials課程學(xué)時24課程學(xué)分1.5課程類別專業(yè)教育課程課程性質(zhì)選修課開課學(xué)期第7學(xué)期課內(nèi)實驗學(xué)時0適用專業(yè)無機非金屬材料工程專業(yè)開課單位無機非金屬材料工程教研室選用教材《智能制造技術(shù)基礎(chǔ)》，機械工業(yè)出版社，葛英飛主編（2019版）主要參考書1.《智能制造技術(shù)基礎(chǔ)》，華中科技大學(xué)出版社，鄧朝輝主編（2017版）2.《有限元分析及應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，曾攀主編（2004版）3.《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，王芳/趙中寧主編（2018版）教學(xué)大綱1、課程目標(biāo)1）使學(xué)生了解智能制造技術(shù)的各種基礎(chǔ)概念、名詞術(shù)語及其產(chǎn)生、發(fā)展和演進(jìn)，能夠?qū)χ悄苤圃斓年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡明的闡述、歸納和總結(jié)。能夠運用材料科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，并通過文獻(xiàn)研究，識別、推演、分析該領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。（支撐GA2.1）2）使學(xué)生能夠使用信息資源與專業(yè)軟件，如WebofSci.等外文數(shù)據(jù)庫，流程圖（PowerPoint、ChemDraw）、數(shù)據(jù)管理軟件Origin及文獻(xiàn)管理軟件Endnote等，獲取學(xué)科前沿資源。能夠針對無機非金屬材料復(fù)雜工程問題，對專業(yè)問題進(jìn)行調(diào)研，并能分析其局限性。（支撐GA2.3）3）使學(xué)生了解領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策、法律法規(guī)以及國內(nèi)外熱點形勢。培養(yǎng)學(xué)生具備結(jié)合實際社會需求對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計與選擇的意識，同時能夠思考社會、健康、安全、法律以及文化等因素的相關(guān)影響，通過調(diào)研舉出實例。（支持GA6.1）4）通過學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠以口頭、文稿、圖表等方式，討論目前該行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀，指出存在的問題，并在考慮工程管理與經(jīng)濟決策的前提下，提出自己的改進(jìn)設(shè)想并能夠多角度進(jìn)行可行性分析（支持GA11.2）5）使學(xué)生了解智能制造技術(shù)熱門領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、國際發(fā)展趨勢、研究熱點，能夠就某個領(lǐng)域的具體問題自行查閱資料，并在跨領(lǐng)域的知識背景下進(jìn)行基本的溝通、交流和團隊合作。（GA12.1）教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系表可覆蓋的指標(biāo)點畢業(yè)要求支撐的指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐理由123452.1指標(biāo)點2.1能運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別和判斷材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！淌箤W(xué)生能夠?qū)χ悄苤圃斓年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡明的闡述、歸納和總結(jié)，并通過文獻(xiàn)研究，識別、推演、分析該領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。2.3指標(biāo)點2.3能認(rèn)識到解決無機非金屬材料的復(fù)雜工程問題有多種方案可選擇，會通過文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案，并運用基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論?！淌箤W(xué)生能夠使用信息資源與專業(yè)軟件、數(shù)據(jù)管理軟件Origin及文獻(xiàn)管理軟件Endnote等，獲取學(xué)科前沿資源。能夠針對無機非金屬材料復(fù)雜工程問題，對專業(yè)問題進(jìn)行調(diào)研，并能分析其局限性。6.1指標(biāo)點6.1了解無機非金屬材料技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，理解不同社會文化對于工程活動的影響。√使學(xué)生了解領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策、法律法規(guī)以及國內(nèi)外熱點形勢。培養(yǎng)學(xué)生具備結(jié)合實際社會需求對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計與選擇的意識，同時能夠思考社會、健康、安全、法律以及文化等因素的相關(guān)影響，通過調(diào)研舉出實例。11.2指標(biāo)點11.2能在多學(xué)科環(huán)境下（包括模擬環(huán)境），在設(shè)計開發(fā)無機非金屬材料復(fù)雜工程問題解決方案的過程中，運用工程管理與經(jīng)濟決策方法?！淌沟脤W(xué)生能夠在考慮工程管理與經(jīng)濟決策的前提下，提出自己的改進(jìn)設(shè)想并能夠多角度進(jìn)行可行性分析。12.1指標(biāo)點12.1能在社會發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的大背景下，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識?！掏ㄟ^專題討論（Seminar）的小組活動，使學(xué)生了解了解智能制造技術(shù)熱門領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、國際發(fā)展趨勢、研究熱點，能夠就某個領(lǐng)域的具體問題自行查閱資料，并在跨領(lǐng)域的知識背景下進(jìn)行基本的溝通、交流和團隊合作。2、教學(xué)要求1）使學(xué)生明確本課程的研究對象及其在課程體系中的位置和作用，了解智能制造技術(shù)的前沿動態(tài)與發(fā)展趨勢。使學(xué)生了解智能制造技術(shù)的各種基礎(chǔ)概念、名詞術(shù)語及其產(chǎn)生、發(fā)展和演進(jìn)，能夠?qū)χ悄苤圃斓年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡明的闡述、歸納和總結(jié)。能夠運用材料科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，并通過文獻(xiàn)研究，識別、推演、分析該領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。（支撐GA2.1）2）使學(xué)生能夠使用信息資源與專業(yè)軟件，如WebofSci.等外文數(shù)據(jù)庫，流程圖（PowerPoint、ChemDraw）、數(shù)據(jù)管理軟件Origin及文獻(xiàn)管理軟件Endnote等，獲取學(xué)科前沿資源。能夠針對無機非金屬材料復(fù)雜工程問題，對專業(yè)問題進(jìn)行調(diào)研，并能分析其局限性。（支撐GA2.3）3）使學(xué)生了解領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策、法律法規(guī)以及國內(nèi)外熱點形勢。培養(yǎng)學(xué)生具備結(jié)合實際社會需求對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計與選擇的意識，同時能夠思考社會、健康、安全、法律以及文化等因素的相關(guān)影響，通過調(diào)研舉出實例。（支持GA6.1）4）通過學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠以口頭、文稿、圖表等方式，討論目前該行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀，指出存在的問題，并在考慮工程管理與經(jīng)濟決策的前提下，提出自己的改進(jìn)設(shè)想并能夠多角度進(jìn)行可行性分析（支持GA11.2）5）使學(xué)生了解智能制造技術(shù)熱門領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、國際發(fā)展趨勢、研究熱點，能夠就某個領(lǐng)域的具體問題自行查閱資料，并在跨領(lǐng)域的知識背景下進(jìn)行基本的溝通、交流和團隊合作。（GA12.1）6）（立德樹人、課程思政）培養(yǎng)學(xué)生精益求精的科學(xué)素養(yǎng)。通過講解不同類型問題的解決方式，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的精神，建構(gòu)普遍聯(lián)系的知識體系。通過學(xué)習(xí)課程，引導(dǎo)學(xué)生思考我國材料智能化設(shè)計的發(fā)展趨勢，提升社會責(zé)任感、培養(yǎng)愛國情懷。通過公開的評分標(biāo)準(zhǔn)和公平的成績評定過程，培養(yǎng)學(xué)生的公平正義感。（支撐GA8.1）3、預(yù)備知識或先修課程要求本課程的授課對象為材料科學(xué)與技術(shù)類高年級本科學(xué)生。本課程要求授課對象先修下列課程：《工程制圖B》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》、《材料工程基礎(chǔ)》、《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》等。4、教學(xué)方式本課程由理論課堂和專題討論兩部分組成。圍繞課程目標(biāo)，采用互動式、研究型教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生強化對科學(xué)原理的理解和運用，做到內(nèi)容充實。引入前沿的科研成果，設(shè)置學(xué)生主講的Seminar等內(nèi)容，題目自選，內(nèi)容在包含本課程的7個章節(jié)內(nèi)容的前提下，充分調(diào)動學(xué)生的自主性，鼓勵學(xué)生多角度調(diào)研思考。具體上，比如將學(xué)生分成八組（Group），每組選擇一個題目，進(jìn)行查閱解讀文獻(xiàn)，并在Seminar研討課上，向大家展示，老師當(dāng)場評分，并引導(dǎo)學(xué)生積極探索和思考，通過分析和探索的有效結(jié)合，將知識和方法有機貫連，使得學(xué)生綜合運用。組織方式則以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和有效學(xué)習(xí)，教學(xué)過程突出學(xué)生深入?yún)⑴c，養(yǎng)成批判性思維。5、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配第1章智能制造技術(shù)概述（2學(xué)時）

1．1智能制造技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)涵和特征

1．2智能制造模式和技術(shù)體系

1．3智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生明確本課程的研究對象，了解本課程在課程體系中的位置和作用，了解智能制造技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢。第2章智能設(shè)計技術(shù)（6學(xué)時）

2．1概述

2．2設(shè)計方案的智能映射與決策

2．3智能設(shè)計系統(tǒng)

2．4智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計方法2．5有限元(FiniteElementMethod)分析方法教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生掌握設(shè)計方案的映射與決策過程，了解智能設(shè)計系統(tǒng)，了解CAD系統(tǒng)及其設(shè)計方法，了解有限元分析方法及應(yīng)用。第3章智能加工技術(shù)（4學(xué)時）

3．1概述

3．2智能加工工藝

3．3制造加工過程的智能預(yù)測

3．4智能制造數(shù)據(jù)庫及其建模

3．5智能制造專家系統(tǒng)設(shè)計及實例教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生了解智能加工工藝，并結(jié)合實例，介紹智能專家系統(tǒng)的設(shè)計過程。第4章加工過程的智能監(jiān)測與控制（2學(xué)時）

4．1概述

4．2加工過程的無損檢測技術(shù)

4．3加工過程的智能診斷

4．4機床加工精度的控制教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生掌握加工過程的智能檢測與控制的基本概念，對無損檢測技術(shù)、智能診斷技術(shù)以及機床加工精度的控制有一定認(rèn)識。第5章智能制造系統(tǒng)（2學(xué)時）

5．1智能制造系統(tǒng)的定義及特征

5．2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)

5．3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

5．4智能制造系統(tǒng)供應(yīng)鏈管理

5．5智能管理與服務(wù)教學(xué)目標(biāo)：了解智能制造系統(tǒng)的定義與特征，對該系統(tǒng)的體系架構(gòu)、調(diào)度控制和供應(yīng)鏈管理過程具有一定認(rèn)知和知識儲備。第6章智能制造裝備（3學(xué)時）

6．1概述

6．2智能數(shù)控機床

6．3工業(yè)機器人

6．43D打印裝備

6．5智能生產(chǎn)線與智能工廠教學(xué)目標(biāo)：了解最基本的幾類智能制造裝備，掌握智能工廠的基本定義與概念，對目前智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢有基本的了解。第7章人工智能（3學(xué)時）

7．1概述

7．2知識表示方法

7．3確定性推理

7．4狀態(tài)空間搜索

7．5專家系統(tǒng)

7．6機器學(xué)習(xí)

7．7人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7．8人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀教學(xué)目標(biāo)：掌握人工智能的基本概念，了解人工智能的基本原理與實現(xiàn)手段，對人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀與前言動態(tài)有一定認(rèn)識。第8章專題討論（Seminar）——分組PPT展示（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)：充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，增強其學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其搜集資料、分析資料并進(jìn)行口頭表達(dá)的能力，加深對于材料智能化設(shè)計與制造領(lǐng)域的了解，培養(yǎng)學(xué)生對于該領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問題具有獨立思考能力。課程內(nèi)容及教學(xué)方式對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系序號課程內(nèi)容教學(xué)方式支持課程目標(biāo)1第1章智能制造技術(shù)概述

1．1智能制造技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)涵和特征

1．2智能制造模式和技術(shù)體系

1．3智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢以課堂講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。1，22第2章智能設(shè)計技術(shù)

2．1概述

2．2設(shè)計方案的智能映射與決策

2．3智能設(shè)計系統(tǒng)

2．4智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計方法以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。1、23第3章智能加工技術(shù)

3．1概述

3．2智能加工工藝

3．3制造加工過程的智能預(yù)測

3．4智能制造數(shù)據(jù)庫及其建模

3．5智能制造專家系統(tǒng)設(shè)計及實例以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。2、44第4章加工過程的智能監(jiān)測與控制

4．1概述

4．2加工過程的無損檢測技術(shù)

4．3加工過程的智能診斷

4．4機床加工精度的控制以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。1、25第5章智能制造系統(tǒng)

5．1智能制造系統(tǒng)的定義及特征

5．2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)

5．3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

5．4智能制造系統(tǒng)供應(yīng)鏈管理

5．5智能管理與服務(wù)以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。1、36第6章智能制造裝備

6．1概述

6．2智能數(shù)控機床

6．3工業(yè)機器人

6．43D打印裝備

6．5智能生產(chǎn)線與智能工廠以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。3、47第7章人工智能

7．1概述

7．2知識表示方法

7．3確定性推理

7．4狀態(tài)空間搜索

7．5專家系統(tǒng)

7．6機器學(xué)習(xí)

7．7人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7．8人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀以系統(tǒng)講授為主，輔以隨堂測驗、自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的形式。2，48第8章專題討論（Seminar）——分組PPT展示組織“專題討論”小組活動，學(xué)生自行查閱資料選題，在對前七章內(nèi)容的綜合理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合熱點問題，抓住領(lǐng)域發(fā)展脈絡(luò)，了解相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)政策，自主進(jìn)行資料信息的收集整理，并在課上進(jìn)行多媒體講解，教師點評或分組互評。2，3，4，56、考核要求、考核方式及成績評定標(biāo)準(zhǔn)(1)課程考核成績目前由學(xué)期結(jié)業(yè)論文（40~60%）和平時成績（40~60%）兩部分組成。平時成績包括：課堂測驗、課后作業(yè)、出勤、專題討論等的相關(guān)成績。(2)學(xué)期結(jié)業(yè)論文以撰寫論文形式進(jìn)行，采用百分制記載，期末采用加權(quán)累計的方法計分。具體評分標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)課之前在課堂上告知所有學(xué)生或以文件形式發(fā)送給所有學(xué)生。(3)平時成績評價，采用百分制記載，期末采用加權(quán)累計的方法計分。具體評分標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)活動進(jìn)行之前在課堂上告知所有學(xué)生或以文件形式發(fā)送給所有學(xué)生。(4)最終課程考核總評成績采用百分制，滿分100分，60分為及格。考核方式、內(nèi)容、評分標(biāo)準(zhǔn)與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)評價依據(jù)考核方式考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)評價占比（%）1學(xué)期結(jié)業(yè)論文提交論文了解智能制造技術(shù)的各種基礎(chǔ)概念、名詞術(shù)語及其產(chǎn)生、發(fā)展和演進(jìn)，能夠?qū)χ悄苤圃斓年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡明的闡述、歸納和總結(jié)。能夠運用材料科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，并通過文獻(xiàn)研究，識別、推演、分析該領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。按照提交論文與報告中選題的準(zhǔn)確性與重要性、內(nèi)容豐富程度、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性、文字流暢程度、格式是否工整等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價40~80平時成績隨堂測驗學(xué)生對材料智能化設(shè)計與制造相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握程度客觀題的回答準(zhǔn)確率5~20課后作業(yè)（主觀題）課后練習(xí)題1.解題思路和公式60%;2.解題步驟25%;3.答案正確5%；4.卷面工整5%；5.及時提交5%5~202學(xué)期結(jié)業(yè)論文提交論文能夠使用信息資源與專業(yè)軟件，如WebofSci.等外文數(shù)據(jù)庫，及文獻(xiàn)管理軟件Endnote等，獲取學(xué)科前沿資料。能夠使用專業(yè)繪圖軟件（PowerPoint、ChemDraw）、數(shù)據(jù)管理軟件Origin對信息進(jìn)行綜合處理按照提交論文與報告