多種三維設計軟件教學的創新實踐

【摘要】三維設計軟件的教學與實踐適應了機械設計的發展方向。將NX軟件融入到人才培養計劃中，與專業課程結合，再將Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks三種軟件作為選修課介紹，使學生在掌握三維理念和技能后，進一步拓寬知識范圍。最后進行創新實踐，從教學方法和手段、教學效果等方面總結。

【關鍵詞】人才培養模式;三維設計軟件教學;創新實踐

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2010)05—0075—03

引言

CAD(Computer Aided Design)技術自20世紀50年代初誕生以來，已從被動式的圖形處理階段，進入開放式、標準化、集成化和智能化的發展時期，二維平面設計也在逐漸地向三維立體化設計轉變。為緊跟市場，培養適應社會的應用型人才，高校有必要引進三維設計軟件的教學。然而，僅僅把三維設計軟件作為輔助課程介紹，不符合三維設計的理念，無法從根本上加快利用三維思想實現產品設計加工一體化的進程。因此本文研究了以三維設計理念為主線的人才培養方案，將NX軟件融入大部分專業課程的教學中，同時開設選修課程介紹其他三維設計主流軟件，以滿足企業多方面的需求。

一 NX軟件貫穿人才培養方案的始終

機械制造及其自動化專業是為了培養適應社會主義現代化建設和地方經濟社會發展需要、德智體美全面發展、專業基礎扎實、工程實踐能力和創新能力強、熟練運用計算機輔助設計軟件(NX)進行產品設計、分析和制造的應用型本科人才，使其具備扎實的機械設計制造基礎知識和數字化技術應用能力，畢業生能在機床、汽車、家電等制造業從事機械產品(模具)設計、制造、營銷等方面的工作。

NX軟件的教學與應用作為人才培養方案為主要創新點，貫穿于所有重要的專業課程中。在與機械相關的理論和實踐課程中，分階段充分融入了NX軟件的各個模塊，并使學生參與真實和虛擬的多個工程項目，逐步融入工程意識，真正做到理論聯系實際，培養出基礎知識扎實、實戰技能高的應用型人才。

1 三維設計的優越性

傳統的機械設計都是在工程師頭腦中形成，然后用二維圖的形式表達出來，進而修改完善而得到的，因此二維設計軟件只是一種表達工具，不具備智能設計和糾錯功能。另外，工程圖采用了投影法生成，具有很多制圖規則，必須是具有一定專業基礎的人員才能識別和繪制，限制了它的交流范圍，使得設計人員與顧客難以交流。因此，隨著三維設計技術的發展，越來越多的人開始接觸并使用三維設計軟件，如NX、Pro/ENGINEER、CATIA、SolidWorks等等。三維設計軟件可以直觀地表達產品的結構，沒有專業背景的人員也可以很方便地了解到產品的信息;采用自頂向下的設計方法，可以按照設計人員的意圖逐步進行設計，通過適當的開發還可以自動生成所需的零部件，不需重復操作便達到智能化設計的要求;在三維設計軟件中可以賦予產品材料和材質，進而得出質量、體積等參數，并通過分析檢查功能方便地檢查是否存在運動干涉等不符合要求的地方，使得設計產品具有自動糾錯的功能;在三維設計軟件中通?？捎扇S模型自動生成二維工程圖，且具有二維編輯功能。

從上面的分析可以得出，三維設計軟件具有二維設計軟件無可比擬的優勢，從二維轉向三維是CAD技術應用的必然[1]。

2 NX軟件融入人才培養計劃

本專業為適應市場和社會需求，按照三維設計思想和設計制造過程制定人才培養計劃，以技能培養為主線，打破傳統的先學“二維”后學“三維”的教學模式，直接從三維設計學起，逐步培養學生的工程意識和基本技能。人才培養方案的主要內容見圖1。

圖1中“主要理論課程”和“主要實踐課程”兩列中，用黑體加粗表示課程在教學過程中使用了NX軟件，從中可以看出，隨著專業課程的增加，專業方向的明確，NX與課程的融合度越來越高。經過四年的實踐，學生在畢業設計中全部利用NX完成的相關課題，既有傳統內容的創新，又有全新內容的呈現?？偟膩碚f，該人才培養計劃實現了三維設計軟件與機械專業的良好結合，畢業生高的就業率充分證明了它的可行性。

3 其他三維設計軟件的學習

經過三年學習，學生均能熟練掌握NX軟件的使用，熟悉機械設計的基本知識，掌握產品設計的基本技能，但三維設計軟件很多，單純地掌握一種軟件并不能滿足生產實踐的需求，尤其在就業形勢嚴峻的今天，掌握多種工具為擇業就業提供更多的機會。因此在第七學期的選修課中，開設《Pro/ENGINEER等三維設計軟件概述》課程，介紹Pro/ENGINEER 3.0、SolidWorks和CATIA V5三種主流三維設計軟件[2]的基本模塊，包括草繪、實體建模、裝配和工程圖等內容。

二 《Pro/ENGINEER等三維設計軟件概述》課程介紹

《Pro/ENGINEER等三維設計軟件概述》課程是本學院機械制造及其自動化專業的一門專業選修課程，應用性很強，32學時，開課時間為第七學期。

通過課程學習，深化學生對三維設計理念的理解，通過與NX軟件對照講解，掌握Pro/ENGINEER、CATIA、SolidWorks等主流設計軟件的基本操作，初步具有利用相應軟件進行產品開發的能力，從而提升就業技能。

三 課程教學創新實踐

1 機房授課，多媒體、板書等多種教學手段并用

本課程全部采用在機房上課，達到邊學邊練的目的。教師將多媒體課件作為課堂內容的提煉，包括:

(1) 知識點:Pro/ENGINEER中“強”尺寸和“弱”尺寸的概念;SolidWorks中“放樣”的概念;各軟件間的區別等;

(2) 圖表形式介紹主要工具條、菜單欄的內容:如表1中(a)為介紹Pro/ENGINEER的多媒體課件內容，(b)為裝配操縱板的介紹。

(3) 流水線形式介紹案例操作過程和結果:如表1中(c)為介紹自頂向下零件設計的過程。

課件制作過程中，還充分利用圖片、動畫效果、字體、文本框等形式增強課件的可讀性和易懂性，使學生對課程產生興趣，并為課下復習提供較好的提綱。

課堂上還注意結合板書、課堂提問、下講臺巡查等手段，突出講課重點、掌握學生狀態、及時調整課堂氣氛和進度，最大限度的滿足學生學習的需求。

2 以實例操作為主，理論講解為輔

由于本課程的授課對象已經接受了三年多與NX軟件有關的三維產品設計知識的學習和實踐，基本掌握了三維設計方法，而對于市場上流行的很多種三維設計軟件來說，都是從三維立體出發，具有更加直觀、易理解的特點，與二維CAD有著本質的區別，但他們之間的區別更多的存在于高端模塊，如數控、曲面等等，對于基本模塊各個三維設計軟件相通的，比如特征建模理論、裝配約束等等，只是在工作界面、操作特點等方面有些不同，學生學習該課程得目的更多的是要獲得一種新軟件的操作方法，而理論方面只需掌握各個軟件的不同之處即可。因此，課堂上，注重操作，以實例為突破口，針對每一模塊，如草圖、建模、裝配和二維圖等，分別采用各自的典型例題，重點介紹基本操作過程、操作習慣等，簡化理論講解。

3 突出講解與NX軟件的不同之處，加深理解和記憶

單獨學習每一種三維設計軟件均需花上不少的時間，而由于各個軟件存在很多相同點，因此，在熟練掌握NX軟件基礎上，學習其他軟件則可以達到事半功倍的效果。對于相同的設計理念不需做更多的解釋，在授課過程中，更注重講解各個軟件和NX軟件的之間的不同之處，包括概念的區別、工具的不同(如:Pro/ENGINEER草繪中“利用邊創建草圖”命令)、操作習慣的不同(如:鍵盤鼠標操作快捷鍵在不同軟件中代表了不同的含義)等等。

4 針對軟件特點按需分配學時

由于學時有限，完全掌握三種三維設計軟件有些困難，如果三種軟件平均分配學時，則可能每種都掌握不好，只能對其做出取舍。與NX相比，Pro/ENGINEER軟件采用全參數化造型技術，更適合于零件相對簡單、部件結構比較復雜的產品設計，應用相當廣泛;CATIA軟件一開始便融入了APT系統源程序，起點較高，難度較大;SolidWorks軟件屬中端軟件，因其只是單獨的CAD軟件，易學易用，學習難度較低[3]。針對這一現狀，本課程采用了不均分的學時分配方式，Pro/ENGINEER軟件占用20學時，SolidWorks軟件占用6學時，CATIA軟件占用4學時，綜合訓練占用2學時，從而達到掌握Pro/ENGINEER的基本模塊，基本掌握SolidWorks軟件的功能和操作，了解CATIA的功能和操作的目的。

5 積極收集學生反饋信息

通過和部分學生代表座談交流，針對本課程存在以下幾點值得總結的地方:

(1) 各個軟件的操作方法不習慣:由于學生長期在NX軟件環境下進行學習和實踐，對其操作非常熟練，而換一種軟件最大的困難就在于操作習慣，如最常用的命令在圖形區域移動實體，NX中用鼠標中鍵便可實現該操作，而Pro/E中需采用鼠標左鍵和鍵盤“Shift”鍵同時按下來實現。

(2) 學生反映利用兩個星期時間便可掌握一種軟件的基本操作模塊:克服操作習慣的問題后，學生便可以很快掌握新的三維設計軟件。

(3) 增加擇業就業機會:在擇業過程中，學生發現使用NX軟件以外的企業還很多，學習該課程拓寬了他們的就業面，為學生提供了更多的就業機會。

四 小結

通常的Pro/ENGINEER培訓需要60學時左右，而我院學生在熟練掌握NX軟件的基礎上，學習該軟件達到基本掌握的水平只需20學時，時間縮短了67%，且通過該課程的學習為以后進一步學習SolidWorks和CATIA軟件也縮短了一定的時間。

隨著三維產品設計技術的發展，三維設計理念越來越深入人心，融入企業，相應的設計軟件便有了更大的應用空間，而學校對學生這方面的教育也就變得不可或缺，通過該課程的實踐，使學生的“學”與市場同步，使教師的“教”與時代俱進。實踐證明，本專業培養的畢業生在從事專業相關工作時，除具備基本的專業知識外，均能在三維設計方面發揮特長，得到了企業的一致認可。

參考文獻

[1] 何建寧.CAD技術從平面到三維應用的跨越[J].廣西機械，2003，(1):56-58，74.

[2] 蔣金云.國產CAD/CAM軟件的應用現狀及發展趨勢[J].科技資訊，2006，(3):151-152.

[3] 陳靜，崔建峰，張衛.機械行業CAD/CAM軟件的現狀及應用[J].鄭州經濟管理干部學院學報，2004，(9):91-94.