基于UG NX 軟件的“機(jī)械CAD 應(yīng)用”課程教學(xué)改革研究

1、基于UG NX 軟件的“機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)改革研究1 引言計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)是指設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)進(jìn)展設(shè)計(jì)的方法。CAD 技術(shù)能極大地進(jìn)步設(shè)計(jì)質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品本錢，為開發(fā)新產(chǎn)品和新工藝創(chuàng)造了有利條件。同樣，CAD 應(yīng)用技術(shù)是數(shù)字化、信息化制造技術(shù)的根底，是實(shí)現(xiàn)信息化和工業(yè)化交融的重要支撐技術(shù)。因此，通過課程改革和創(chuàng)新使學(xué)生更好地掌握CAD 技術(shù)，進(jìn)步人才培養(yǎng)的質(zhì)量，滿足行業(yè)和社會(huì)對人才的需要是目前機(jī)械工程專業(yè)亟需解決的問題之一。2 傳統(tǒng)機(jī)械CAD 應(yīng)用課程授課現(xiàn)狀與教學(xué)改革的必要性2.1 機(jī)械CAD 應(yīng)用課

2、程授課現(xiàn)狀目前很多高校的機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)還不能滿足企業(yè)對人才的需求。一方面企業(yè)需要可以在消費(fèi)一線從事設(shè)計(jì)、制造、檢測等的工程應(yīng)用型人才，具備應(yīng)用相關(guān)技術(shù)解決實(shí)際工程問題的動(dòng)手才能;另一方面很多學(xué)校的機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)通常采用傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)方式，缺少課堂教學(xué)理論與理論相結(jié)合的時(shí)機(jī)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，理論才能較差。同時(shí)，學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和企業(yè)需求有較大的脫節(jié)，機(jī)械CAD 應(yīng)用課程一直以來首選AUTOCAD 軟件講解機(jī)械制圖相關(guān)的知識(shí)，學(xué)習(xí)二維操作為主，應(yīng)用方向有局限。因此，如何在注重理論教學(xué)的根底上對機(jī)械CAD 應(yīng)用課程進(jìn)展改革，增加學(xué)生理論時(shí)機(jī)和與企業(yè)接軌的工程鍛煉、進(jìn)

3、步動(dòng)手才能是目前機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)中亟需解決的問題。無錫太湖學(xué)院在2021 年以前，機(jī)械CAD 應(yīng)用課程主要以AutoCAD 為主進(jìn)展講解，以講解軟件命令的形式，上機(jī)練習(xí)抄不同難度的圖，這種教學(xué)方式勉強(qiáng)可以進(jìn)步學(xué)生的二維制圖才能，但是制圖標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械專業(yè)知識(shí)很難結(jié)合到教學(xué)中去，這導(dǎo)致學(xué)生會(huì)用軟件但不會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)。2021 年以后，該校為增加學(xué)生對繪圖軟件CAD 應(yīng)用的技能(二維和三維)，滿足大四學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)對軟件使用的需要，機(jī)械CAD 應(yīng)用課程除了講AutoCAD 平面部分以外，另外安排了一半時(shí)間用UG NX 軟件講解三維部分。這樣雖然學(xué)生學(xué)習(xí)了兩種軟件，但由于課時(shí)有限，不可能深化學(xué)習(xí)，導(dǎo)致

4、平面和三維都會(huì)一點(diǎn)，但都不精。2.2 傳統(tǒng)機(jī)械CAD 應(yīng)用教學(xué)改革的必要性為解決上述問題，該校從2021 年開始用UG NX軟件來施行教學(xué)，不僅注重學(xué)生的三維建模才能，還注重其應(yīng)用才能的拓展。UG 軟件有非常完好的數(shù)字化設(shè)計(jì)模塊可以兼顧二維制圖要求，所以不存在不會(huì)設(shè)計(jì)二維圖紙的問題。近年來企業(yè)行業(yè)設(shè)計(jì)形式也發(fā)生變化，雖然中小企業(yè)還是以二維為主，但有不少大型公司已經(jīng)很少用或不用AutoCAD，如：中航工業(yè)集團(tuán)副總工程師楊偉主持創(chuàng)立了全新的基于完全產(chǎn)品數(shù)字化定義的全數(shù)字化飛機(jī)研發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)完全無紙化設(shè)計(jì)、完全無紙化制造、多屬性面向全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、跨地域的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境等，徹底變

5、革了飛機(jī)的研發(fā)形式、流程與體系，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，將某新機(jī)的試制周期較殲10 和美國F-22 縮短了2/3。在實(shí)際教學(xué)中，要結(jié)合課程教學(xué)目的，圍繞進(jìn)步學(xué)生理論才能的目的，采用目前國際主流的高端軟件作為教學(xué)和理論平臺(tái)，如：CAXA，UG NX，CATIA，Pro/E，Solidworks，MastCAM，ANSYS 等，使相關(guān)理論可以以直觀的形式、簡單的操作及完好豐富的內(nèi)容展現(xiàn)給學(xué)生。3 機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容討論3.1 機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)方法討論傳統(tǒng)的機(jī)械CAD 應(yīng)用的教學(xué)通常以灌輸式的講授為主，內(nèi)容主要是用AutoCAD 完成工程制圖、講解制圖標(biāo)準(zhǔn)

6、和簡單的機(jī)械零件設(shè)計(jì)舉例，學(xué)生不可防止地感到枯燥。根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)歷，結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，為進(jìn)步本科學(xué)生各種CAD 應(yīng)用才能，需進(jìn)展教學(xué)方法的改革和創(chuàng)新，突出學(xué)生的主體意識(shí)和個(gè)性，培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)，詳細(xì)方法如下。(1)講課時(shí)盡量防止填鴨式的命令講解，防止出現(xiàn)學(xué)生精通軟件操作，但專業(yè)知識(shí)缺乏的現(xiàn)象。故要做到理論知識(shí)夠用，突出動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，以進(jìn)步學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)興趣。所有案例演示實(shí)時(shí)進(jìn)展，即教師演示時(shí)，學(xué)生同步看到教師的操作步驟，這樣可以實(shí)時(shí)溝通、講解疑難問題。(2)使用工程教學(xué)方式教學(xué)，針對不同CAD 應(yīng)用目的，設(shè)置有特色的工程。由于在整個(gè)課程前期的教學(xué)主要目的是精通軟件的各個(gè)模塊，所以應(yīng)針對不

7、同的應(yīng)用模塊設(shè)置對應(yīng)的工程。課程中后期主要是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成工程的才能，所以根據(jù)產(chǎn)品的難易程度，設(shè)置由簡到繁的主題，讓學(xué)生參與工程制作過程，逐漸增強(qiáng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)。通過這樣的方法，學(xué)生對軟件操作的學(xué)習(xí)比灌輸式的講授更加扎實(shí)，在自主創(chuàng)新的過程中，學(xué)生更有成就，而且涌現(xiàn)了一批非常好的作品。(3)工程施行時(shí)采用分組教學(xué)的方法。首先，由于該校一個(gè)教學(xué)班一般由兩個(gè)班一起上課，人數(shù)在5565 人左右，布置工程練習(xí)很難做到一人一題。其次，一般工程練習(xí)一個(gè)人單獨(dú)施行很難在課堂上完成，通過分組細(xì)分任務(wù)可以保證在課堂中看到完成后的效果，這樣教師可以實(shí)時(shí)給出評價(jià)并提出問題和建議。所以考慮分組進(jìn)展，使用這個(gè)方法后

8、，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有明顯進(jìn)步，而且還帶動(dòng)了一部分根底差的學(xué)生。(4)增加課外互動(dòng)環(huán)節(jié)。除了課堂以外，還要重視課外時(shí)間的交流和協(xié)調(diào)。如：建立QQ 群、微信群，在群里布置作業(yè)，溝通問題，理解學(xué)生學(xué)習(xí)情況等。這不僅增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也進(jìn)步了學(xué)生做作業(yè)的效率和學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的默契度。而且學(xué)生畢業(yè)后，教師還可以在群里理解學(xué)生畢業(yè)后主要從事哪些CAD 應(yīng)用相關(guān)的工作，對以后的教學(xué)改革、教學(xué)內(nèi)容更新提供一些參考。3.2 機(jī)械CAD 應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容的討論從?中國制造2025?的道路圖中可以看到中國如今還處于工業(yè)2.X，還沒到達(dá)工業(yè)3.0，與德國工業(yè)4.0的差距相當(dāng)大，所以中國要在2025 年之前走工業(yè)2.0

9、補(bǔ)課、工業(yè)3.0 普及、工業(yè)4.0 目的這樣的道路。從中可以發(fā)現(xiàn)機(jī)械CAD 應(yīng)用這門課程，最需要做的就是從傳統(tǒng)的二維到將來的全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前和今后重點(diǎn)需要開展的方向。所以作為應(yīng)用型本科也要在?中國制造2025?開展中，找到自己的定位，抓住主流方向，把數(shù)字化設(shè)計(jì)這個(gè)重點(diǎn)在機(jī)械CAD 應(yīng)用課程中表達(dá)出來。NX 軟件的數(shù)字化設(shè)計(jì)功能非常強(qiáng)大，它提供了在設(shè)計(jì)和制造的不同階段之間無縫挪動(dòng)的工具，并且將整個(gè)周期整合起來。設(shè)計(jì)師可以借助無縫交換功能來選擇線框、曲面、實(shí)體參數(shù)或直接建模技術(shù)。借助NX 中的同步建模技術(shù)，在創(chuàng)立和編輯幾何體時(shí)可以享受無與倫比的速度和易用性，甚至可以使用在其他CAD 系統(tǒng)

10、上創(chuàng)立的模型。NX 包含強(qiáng)大的裝配體設(shè)計(jì)工具，其卓越的性能和才能使用戶可以在完好的裝配體環(huán)境中進(jìn)展交互式操作，即使是最復(fù)雜的模型也能勝任。集成式工業(yè)設(shè)計(jì)借助高級自由曲面建模、形狀分析、渲染和可視化工具，NX 可以交付專用工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部功能，還可提供與NX 設(shè)計(jì)、仿真和制造功能的完好集成等功能。所以UG NX 與傳統(tǒng)AutoCAD 相比有相當(dāng)多的優(yōu)勢：將設(shè)計(jì)時(shí)間縮短30%以上;推出更多新產(chǎn)品;通過重用進(jìn)步團(tuán)隊(duì)消費(fèi)效率;無縫處理來自其他CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。下面討論的教學(xué)內(nèi)容也是基于NX 軟件平臺(tái)進(jìn)展的。在UG NX 平臺(tái)，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)思路及現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程來設(shè)置內(nèi)容，盡量做到讓學(xué)生能學(xué)到

11、實(shí)用的技能，滿足企業(yè)的要求。(1)扎實(shí)根底。選取典型零件將其草圖設(shè)計(jì)、三維建模及工程圖設(shè)計(jì)三者結(jié)合到一起，以進(jìn)步軟件的根本操作和培養(yǎng)全三維軟件施行工程圖為目的設(shè)置教學(xué)工程。詳細(xì)步驟為：軟件介紹、三維建模思維、流程介紹、工程演示和學(xué)生練習(xí)，通過56 周的實(shí)戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)從有參考圖紙時(shí)，準(zhǔn)確繪圖，到無參考圖紙，概念設(shè)計(jì)和簡單產(chǎn)品設(shè)計(jì)。(2)加強(qiáng)與企業(yè)接軌，設(shè)置適宜企業(yè)設(shè)計(jì)流程的工程。選取典型機(jī)器或部件，將所學(xué)的根底知識(shí)和裝配設(shè)計(jì)結(jié)合起來，通過23 周的實(shí)戰(zhàn)，進(jìn)步學(xué)生對一個(gè)完好機(jī)器的功能分析、裝配關(guān)系分析，理解零件設(shè)計(jì)與裝配之間的協(xié)作關(guān)系，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械專業(yè)知識(shí)的才能，將理論知識(shí)有用武之地及獲得成就

12、感。(3)加強(qiáng)零件或裝配的后處理才能。選取典型機(jī)構(gòu)將裝配與運(yùn)動(dòng)仿真、有限元分析等結(jié)合起來設(shè)置教學(xué)工程，通過12 周的實(shí)戰(zhàn)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)研究和分析問題的才能。(4)設(shè)置主題形式的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)任務(wù)，制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與考核指標(biāo)點(diǎn)，學(xué)生開放式設(shè)計(jì)，自己找資料、構(gòu)思并完成作品，通過23 周的實(shí)戰(zhàn)，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新和獨(dú)立考慮才能。同時(shí)，教師可在所有作品中挑選比較優(yōu)秀的作品，由院團(tuán)委以比賽的形式專門組織現(xiàn)場比賽，并由專家、教師和學(xué)生對作品進(jìn)展評選，此方法可以明顯進(jìn)步學(xué)生的積極性。最后以這些作品作為評定學(xué)生期末成績的一部分。為了鼓勵(lì)學(xué)生參加比賽，從一開始就宣傳和指導(dǎo)，以準(zhǔn)確挑選出優(yōu)秀的學(xué)生參加全國3D 大賽等相關(guān)比賽，以賽促學(xué)。綜合上述可以看出，機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生在課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等理論中所需的CAD 應(yīng)用知識(shí)和技能都可以在以上四點(diǎn)中表達(dá)出來。通過這兩年的教學(xué)理論，效果明顯，當(dāng)然還要繼續(xù)努力，在不斷改進(jìn)和更新工程中，積累經(jīng)歷，形成與企業(yè)行業(yè)接軌的案例庫。4 結(jié)語通過幾年的理論，從該校的實(shí)際教學(xué)效果看，明顯進(jìn)步了學(xué)生的機(jī)械CAD 應(yīng)用才能，比以前用AutoCAD學(xué)習(xí)更有興趣、理論與動(dòng)手兼顧的更好。這對培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械CAD 設(shè)計(jì)才能和解決實(shí)際問題