多种三维设计软件教学的创新实践

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【摘要】三维设计软件的教学与实践适应了机械设计的发展方向。将NX软件融入到人才培养计划中,与专业课程结合,再将Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks三种软件作为选修课介绍,使学生在掌握三维理念和技能后,进一步拓宽知识范围。最后进行创新实践,从教学方法和手段、教学效果等方面总结。

【关键词】人才培养模式;三维设计软件教学;创新实践

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)05―0075―03

引言

CAD(Computer Aided Design)技术自20世纪50年代初诞生以来,已从被动式的图形处理阶段,进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期,二维平面设计也在逐渐地向三维立体化设计转变。为紧跟市场,培养适应社会的应用型人才,高校有必要引进三维设计软件的教学。然而,仅仅把三维设计软件作为辅助课程介绍,不符合三维设计的理念,无法从根本上加快利用三维思想实现产品设计加工一体化的进程。因此本文研究了以三维设计理念为主线的人才培养方案,将NX软件融入大部分专业课程的教学中,同时开设选修课程介绍其他三维设计主流软件,以满足企业多方面的需求。

一 NX软件贯穿人才培养方案的始终

机械制造及其自动化专业是为了培养适应社会主义现代化建设和地方经济社会发展需要、德智体美全面发展、专业基础扎实、工程实践能力和创新能力强、熟练运用计算机辅助设计软件(NX)进行产品设计、分析和制造的应用型本科人才,使其具备扎实的机械设计制造基础知识和数字化技术应用能力,毕业生能在机床、汽车、家电等制造业从事机械产品(模具)设计、制造、营销等方面的工作。

NX软件的教学与应用作为人才培养方案为主要创新点,贯穿于所有重要的专业课程中。在与机械相关的理论和实践课程中,分阶段充分融入了NX软件的各个模块,并使学生参与真实和虚拟的多个工程项目,逐步融入工程意识,真正做到理论联系实际,培养出基础知识扎实、实战技能高的应用型人才。

1 三维设计的优越性

传统的机械设计都是在工程师头脑中形成,然后用二维图的形式表达出来,进而修改完善而得到的,因此二维设计软件只是一种表达工具,不具备智能设计和纠错功能。另外,工程图采用了投影法生成,具有很多制图规则,必须是具有一定专业基础的人员才能识别和绘制,限制了它的交流范围,使得设计人员与顾客难以交流。因此,随着三维设计技术的发展,越来越多的人开始接触并使用三维设计软件,如NX、Pro/ENGINEER、CATIA、SolidWorks等等。三维设计软件可以直观地表达产品的结构,没有专业背景的人员也可以很方便地了解到产品的信息;采用自顶向下的设计方法,可以按照设计人员的意图逐步进行设计,通过适当的开发还可以自动生成所需的零部件,不需重复操作便达到智能化设计的要求;在三维设计软件中可以赋予产品材料和材质,进而得出质量、体积等参数,并通过分析检查功能方便地检查是否存在运动干涉等不符合要求的地方,使得设计产品具有自动纠错的功能;在三维设计软件中通常可由三维模型自动生成二维工程图,且具有二维编辑功能。

从上面的分析可以得出,三维设计软件具有二维设计软件无可比拟的优势,从二维转向三维是CAD技术应用的必然[1]。

2 NX软件融入人才培养计划

本专业为适应市场和社会需求,按照三维设计思想和设计制造过程制定人才培养计划,以技能培养为主线,打破传统的先学“二维”后学“三维”的教学模式,直接从三维设计学起,逐步培养学生的工程意识和基本技能。人才培养方案的主要内容见图1。

图1中“主要理论课程”和“主要实践课程”两列中,用黑体加粗表示课程在教学过程中使用了NX软件,从中可以看出,随着专业课程的增加,专业方向的明确,NX与课程的融合度越来越高。经过四年的实践,学生在毕业设计中全部利用NX完成的相关课题,既有传统内容的创新,又有全新内容的呈现。总的来说,该人才培养计划实现了三维设计软件与机械专业的良好结合,毕业生高的就业率充分证明了它的可行性。

3 其他三维设计软件的学习

经过三年学习,学生均能熟练掌握NX软件的使用,熟悉机械设计的基本知识,掌握产品设计的基本技能,但三维设计软件很多,单纯地掌握一种软件并不能满足生产实践的需求,尤其在就业形势严峻的今天,掌握多种工具为择业就业提供更多的机会。因此在第七学期的选修课中,开设《Pro/ENGINEER等三维设计软件概述》课程,介绍Pro/ENGINEER 3.0、SolidWorks和CATIA V5三种主流三维设计软件[2]的基本模块,包括草绘、实体建模、装配和工程图等内容。

二 《Pro/ENGINEER等三维设计软件概述》课程介绍

《Pro/ENGINEER等三维设计软件概述》课程是本学院机械制造及其自动化专业的一门专业选修课程,应用性很强,32学时,开课时间为第七学期。

通过课程学习,深化学生对三维设计理念的理解,通过与NX软件对照讲解,掌握Pro/ENGINEER、CATIA、SolidWorks等主流设计软件的基本操作,初步具有利用相应软件进行产品开发的能力,从而提升就业技能。

三 课程教学创新实践

1 机房授课,多媒体、板书等多种教学手段并用

本课程全部采用在机房上课,达到边学边练的目的。教师将多媒体课件作为课堂内容的提炼,包括:

(1) 知识点:Pro/ENGINEER中“强”尺寸和“弱”尺寸的概念;SolidWorks中“放样”的概念;各软件间的区别等;

(2) 图表形式介绍主要工具条、菜单栏的内容:如表1中(a)为介绍Pro/ENGINEER的多媒体课件内容,(b)为装配操纵板的介绍。

(3) 流水线形式介绍案例操作过程和结果:如表1中(c)为介绍自顶向下零件设计的过程。

课件制作过程中,还充分利用图片、动画效果、字体、文本框等形式增强课件的可读性和易懂性,使学生对课程产生兴趣,并为课下复习提供较好的提纲。

课堂上还注意结合板书、课堂提问、下讲台巡查等手段,突出讲课重点、掌握学生状态、及时调整课堂气氛和进度,最大限度的满足学生学习的需求。

2 以实例操作为主,理论讲解为辅

由于本课程的授课对象已经接受了三年多与NX软件有关的三维产品设计知识的学习和实践,基本掌握了三维设计方法,而对于市场上流行的很多种三维设计软件来说,都是从三维立体出发,具有更加直观、易理解的特点,与二维CAD有着本质的区别,但他们之间的区别更多的存在于高端模块,如数控、曲面等等,对于基本模块各个三维设计软件相通的,比如特征建模理论、装配约束等等,只是在工作界面、操作特点等方面有些不同,学生学习该课程得目的更多的是要获得一种新软件的操作方法,而理论方面只需掌握各个软件的不同之处即可。因此,课堂上,注重操作,以实例为突破口,针对每一模块,如草图、建模、装配和二维图等,分别采用各自的典型例题,重点介绍基本操作过程、操作习惯等,简化理论讲解。

3 突出讲解与NX软件的不同之处,加深理解和记忆

单独学习每一种三维设计软件均需花上不少的时间,而由于各个软件存在很多相同点,因此,在熟练掌握NX软件基础上,学习其他软件则可以达到事半功倍的效果。对于相同的设计理念不需做更多的解释,在授课过程中,更注重讲解各个软件和NX软件的之间的不同之处,包括概念的区别、工具的不同(如:Pro/ENGINEER草绘中“利用边创建草图”命令)、操作习惯的不同(如:键盘鼠标操作快捷键在不同软件中代表了不同的含义)等等。

4 针对软件特点按需分配学时

由于学时有限,完全掌握三种三维设计软件有些困难,如果三种软件平均分配学时,则可能每种都掌握不好,只能对其做出取舍。与NX相比,Pro/ENGINEER软件采用全参数化造型技术,更适合于零件相对简单、部件结构比较复杂的产品设计,应用相当广泛;CATIA软件一开始便融入了APT系统源程序,起点较高,难度较大;SolidWorks软件属中端软件,因其只是单独的CAD软件,易学易用,学习难度较低[3]。针对这一现状,本课程采用了不均分的学时分配方式,Pro/ENGINEER软件占用20学时,SolidWorks软件占用6学时,CATIA软件占用4学时,综合训练占用2学时,从而达到掌握Pro/ENGINEER的基本模块,基本掌握SolidWorks软件的功能和操作,了解CATIA的功能和操作的目的。

5 积极收集学生反馈信息

通过和部分学生代表座谈交流,针对本课程存在以下几点值得总结的地方:

(1) 各个软件的操作方法不习惯:由于学生长期在NX软件环境下进行学习和实践,对其操作非常熟练,而换一种软件最大的困难就在于操作习惯,如最常用的命令在图形区域移动实体,NX中用鼠标中键便可实现该操作,而Pro/E中需采用鼠标左键和键盘“Shift”键同时按下来实现。

(2) 学生反映利用两个星期时间便可掌握一种软件的基本操作模块:克服操作习惯的问题后,学生便可以很快掌握新的三维设计软件。

(3) 增加择业就业机会:在择业过程中,学生发现使用NX软件以外的企业还很多,学习该课程拓宽了他们的就业面,为学生提供了更多的就业机会。

四 小结

通常的Pro/ENGINEER培训需要60学时左右,而我院学生在熟练掌握NX软件的基础上,学习该软件达到基本掌握的水平只需20学时,时间缩短了67%,且通过该课程的学习为以后进一步学习SolidWorks和CATIA软件也缩短了一定的时间。

随着三维产品设计技术的发展,三维设计理念越来越深入人心,融入企业,相应的设计软件便有了更大的应用空间,而学校对学生这方面的教育也就变得不可或缺,通过该课程的实践,使学生的“学”与市场同步,使教师的“教”与时代俱进。实践证明,本专业培养的毕业生在从事专业相关工作时,除具备基本的专业知识外,均能在三维设计方面发挥特长,得到了企业的一致认可。

参考文献

[1] 何建宁.CAD技术从平面到三维应用的跨越[J].广西机械,2003,(1):56-58,74.

[2] 蒋金云.国产CAD/CAM软件的应用现状及发展趋势[J].科技资讯,2006,(3):151-152.

[3] 陈静,崔建峰,张卫.机械行业CAD/CAM软件的现状及应用[J].郑州经济管理干部学院学报,2004,(9):91-94.