CAD/CAM教學問題探討及其發(fā)展前景

馮 方

FENG Fang

（浙江紹興文理學院 元培學院，紹興 312000）

0 引言

CAD是Computer Aided Design的簡稱，也叫做計算機輔助設計，是指工程技術人員以計算機為工具，運用自身的知識和經(jīng)驗，對產(chǎn)品或工程進行方案構思、總體設計、工程分析、圖形編輯和技術文檔整理等設計活動的總稱，是一門多學科綜合應用的新技術。CAD技術是一項產(chǎn)品建模技術，它是將產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，并把建立的數(shù)據(jù)模型存儲在計算機內(nèi)，供后續(xù)的計算機輔助技術所共享，驅(qū)動產(chǎn)品生命周期的全過程。

CAM是Computer Aided Manufacturing的簡稱，也叫做計算機輔助制造，是利用計算機來進行生產(chǎn)設備管理、控制和操作的過程。生產(chǎn)實際的需求是所有技術發(fā)展與創(chuàng)新的原動力，CAM在實際應用中取得了明顯的經(jīng)濟效益，并且在提高企業(yè)市場競爭能力方面發(fā)揮著重要作用。

CAD/CAM技術是制造工程技術與計算機技術緊密結合、相互滲透而發(fā)展起來的一項綜合性應用技術，具有知識密集、學科交叉、綜合性強、應用范圍廣等特點。CAD/CAM技術是先進制造技術的重要組成部分，它的發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術隨著Internet/Intranet網(wǎng)絡和并行高性能計算及事務處理的普及，使奢地、協(xié)同、虛擬設計及實時仿真技術在CAD/CAE/CAM中得到了廣泛應用。CAD/CAM技術的發(fā)展與應用水平已成為衡量一個國家科學技術現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一，在一定程度上能反映出一個國家的綜合實力。

1 CAD/CAM教學問題及其改革

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展及其與設計、制造技術的相互結合與滲透，計算機輔助設計與制造作為先進制造手段之一在企業(yè)中得到普遍應用，很多工科大專院校已將該門課程列入專業(yè)基礎課群中。通過對該課程進行的一系列教學改革措施，包括教學目標的修正、教學內(nèi)容的整合、上機實驗的調(diào)整以及教學方法的改進，可以在很大程度上調(diào)動學生積極性，并提升教學質(zhì)量。

1.1 CAD/CAM教學問題

CAD/CAM是指結合專業(yè)技術、通過計算機系統(tǒng)輔助進行設計與建造的一門應用性很強的新興學科。雖然我們國家在CAD/CAM方面取得一定的進展，但關鍵的創(chuàng)新技術，和設計經(jīng)驗方面的人才還依然缺乏。現(xiàn)在，在許多高等職業(yè)技術學校，雖然開展了CAD/CAM方面的教學，開出了一些相關課程；但是，很多學校在CAD/CAM方面的教學內(nèi)容、教學方法和教學水平等方面參差不齊，普遍缺乏綜合設計能力，對二次開發(fā)的能力以及設計經(jīng)驗的不足、創(chuàng)新理論的不足，對CAD/CAM究竟最應該學習什么和怎樣學習等問題認識不足；而且遠遠不能適應社會經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)技術進步對高等職業(yè)教育在CAD/CAM教學方面提出的要求。因此，對CAD/CAM教學模式的改革尤為重要了。

1.2 CAD/CAM教學的改革

首先，CAD/CAM技術作為設計與建造的一種極為重要的手段，將專業(yè)知識與CAD/CAM緊密結合是CAD/CAM課程本身的特點，其教學應緊密結合具體專業(yè)的培養(yǎng)目標來確定CAD/CAM的教學內(nèi)容，不同專業(yè)的CAD/CAM教學應有不同側重。因此，樹立一個好的培養(yǎng)目標是CAD/CAM教學中改革首先要解決的問題。CAD/CAM教學重點應在結合專業(yè)的實際應用上下工夫，克服計算機輔助設計與制造教學上存在的理論與實際相脫節(jié)、應用性不強的問題。針對這一問題，我們可以設定“1+2”模式的培養(yǎng)目標，即1節(jié)理論，1節(jié)實踐，對應1節(jié)成功案例分析。強化學習的理論知識的同時，將實踐與理論相結合，并培養(yǎng)設計經(jīng)驗。這樣就能讓課程內(nèi)容就與企業(yè)當前先進技術的結合，并不斷跟蹤先進技術的發(fā)展，使學生真正掌握到了最新CAD/CAM的知識與技能。

其次，傳統(tǒng)的教學方法在CAD/CAM應用軟件的教學中只注重命令的介紹，或者說強調(diào)命令的操作步驟，而不重視命令以外的東西。由于教師本身的學業(yè)水平及其素質(zhì)問題，功能性教學方法被廣泛采用。采用這種方法學生不可能在教學規(guī)定的時間內(nèi)宏觀地、整體地去把握事物的內(nèi)涵，所學的知識缺乏連貫性，獨立操作軟件的水平不高，只能簡單模仿和死記硬背。同時該方法往往是以教師為中心，課堂上教師講得多，學生參與少，不能適應培養(yǎng)高技能人才的需要。所以，對老師的技術培養(yǎng)和交流也需要一定的改進。讓教師極參加教研教改項目，可以每星期或每個月組織一次教師的培訓，針對當前流行技術的理解以及軟件更新的學習、設計理念的消化以及課件的更新，以教改促進課程教學整體質(zhì)量的提高。這樣才能使得技術不至于落后教師水平也得到了提高。

再次，在現(xiàn)階段的實踐環(huán)境中，我們采用的一般是“一人一機”的教學模式，這樣就使得學生各做各的，卻乏了團隊合作的精神。因此，教師最好把具體設計制造案例應用于實踐教學中，實行以學生團隊方式組成小組進行CAD/CAM課程教學。或者也可以在適當?shù)臅r候舉行一些技術討論，設計方案的討論會，加強學員之間的溝通能力，提高團隊協(xié)作能力。達到讓知識共享的效果。

科技飛速發(fā)展的今天，通過幾年的改革實踐，CAD/CAM技術中心將逐步形成一個更為開放的網(wǎng)絡學習環(huán)境，網(wǎng)絡資源和課件也將得到充實，能夠給學生提供一個自主在線學習的平臺。讓學生把實踐、原理與實踐、設計和應用并重，融會貫通實用的原理和方法，再經(jīng)過大量上機與試驗，學生的學習積極性和解決實際工程問題的能力也會得到很大的提高。

2 CAD/CAM發(fā)展趨勢

CAD/CAM技術起步于20世紀60年代末,先后走過了大型機、小型機、工作站、微機時代,每個時代都有當時流行的CAD/CAM軟件。20世紀90年代以后，微機平臺的CAD/CAM軟件占據(jù)著主導地位,國內(nèi)外有一大批優(yōu)秀的CAD/CAM軟件。CAD/CAM技術應用范圍也日趨廣泛。隨著世界市場的多變與激烈競爭，隨著各種先進設計理論和先進制造模式的發(fā)展，隨著高檔微機、操作系統(tǒng)和編程軟件的發(fā)展，隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，CAD/CAM技術正在經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，正在向集成化、網(wǎng)絡化、智能化和標準化方向發(fā)展。

2.1 集成化

隨著計算機技術的發(fā)展，集成化已成為CAD/CAM技術發(fā)展的一個最為顯著的趨勢。CAD/CAM系統(tǒng)已從簡單、單一、相對獨立的功能發(fā)展成為復雜、綜合、緊密聯(lián)系的功能集成系統(tǒng)。這里所說的集成是指CAD/CAPP/CAM/CAE的集成，它們的集成應是建立一種新的設計、生產(chǎn)、分析以及技術管理的一體化，并不是將孤立的CAD、CAPP、CAM和CAE等系統(tǒng)進行簡單的連接，而是從概念設計開始就考慮到集成。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗表明，CAD系統(tǒng)的效益往往不是從其本身，而是通過CAM和PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來；反過來，CAM系統(tǒng)假如沒有CAD系統(tǒng)的支持，花巨資引進的設備往往很難得到有效地利用；PPC系統(tǒng)假如沒有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及時和準確的數(shù)據(jù)作為計劃的依據(jù)，訂出的計劃也較難貫徹執(zhí)行，所謂的生產(chǎn)計劃和控制將得不到實際效益。因此，通過集成，最大限度地實現(xiàn)了企業(yè)信息共享，建立新的企業(yè)運行方式，提高了生產(chǎn)效率。

2.2 網(wǎng)絡化

21世紀，網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，改變了傳統(tǒng)的設計模式，將產(chǎn)品設計及其相關過程集成并行地進行，人們可以突破地域的限制，在廣域區(qū)間和全球范圍內(nèi)實現(xiàn)協(xié)同工作和資源共享。計算機網(wǎng)絡已成為計算機發(fā)展進入新時代的標志。網(wǎng)絡在全球化，制造業(yè)也將全球化，從獲取需求信息，到產(chǎn)品分析設計、選購原輔材料和零部件、進行加工制造，直至營銷，整個生產(chǎn)過程也將全球化。網(wǎng)絡技術使CAD/CAM系統(tǒng)實現(xiàn)異地、異構系統(tǒng)在企業(yè)間的集成成為現(xiàn)實。 CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡化能使設計人員對產(chǎn)品方案在費用、流動時間和功能上并行處理的并行化產(chǎn)品設計應用系統(tǒng)；能提供產(chǎn)品、進程和整個企業(yè)性能仿真、建模和分析技術的擬實制造系統(tǒng)；能開發(fā)自動化系統(tǒng)，產(chǎn)生和優(yōu)化工作計劃和車間級控制，支持靈敏制造的制造計劃和控制應用系統(tǒng)；對生產(chǎn)過程中物流，能進行治理的物料治理應用系統(tǒng)等。隨著Internet的發(fā)展，基于網(wǎng)絡化的CAD/CAM技術，需要在能夠提供基于網(wǎng)絡的完善的協(xié)同設計環(huán)境和提供網(wǎng)上多種CAD應用服務等方面提高水平。

2.3 智能化

智能化CAD/CAM設計是含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動，是指將人工智能技術、專家系統(tǒng)應用于CAD/CAM系統(tǒng)中，深入研究人類認識和思維的模型，并用信息技術來表達和模擬這種模型，使其具有人類專家的經(jīng)驗和知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷的功能及智能化的視覺、聽覺、語言能力，從而解決以前那些必須由人類專家才能解決的設計、制造難題。智能化CAD/CAM技術涉及新的設計理論與方法（如并行設計理論、大規(guī)模定制設計理論、概念設計理論、創(chuàng)新設計理論等）和設計型專家系統(tǒng)的基本理論與技術（如設計知識模型的表示與建模、知識利用中的各種搜索與推理方法、知識獲取、工具系統(tǒng)的技術等）等方面。智能化是一個具有巨大潛在意義的發(fā)展方向，它可以在更高層次的創(chuàng)造性思維活動基礎上，給予技術人員有效的輔助。智能化是CAD/CAM技術發(fā)展的必然趨勢，將對信息科學的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。

2.4 標準化

信息時代如同一百年前工業(yè)革命給社會帶來的變化一樣深刻。它改變和正在改變著人們的工作、生產(chǎn)和生活方式。信息技術的發(fā)展沖破了地域的局限,形成了全球市場,把競爭推向了空前激烈的階段。信息技術對標準化工作產(chǎn)生了巨大影響,引起了標準化工作的重大變革。現(xiàn)代標準含有主要的信息量,標準的開發(fā)先于產(chǎn)品的開發(fā),標準能為技術和產(chǎn)品的發(fā)展指出方向,能夠體現(xiàn)當前世界前沿技術的發(fā)展。面對浩瀚的信息、廣闊的市場，要使無數(shù)的用戶和供應商之間的信息交換暢通無阻，制定CAD/CAM系統(tǒng)的信息交換標準十分重要。包括工程圖樣標準化、零件標準、產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型標準以及商務報告標準等；其次是合作運行方法標準化，包括知識產(chǎn)權共享標準、虛擬生產(chǎn)協(xié)議等。

3 結束語

隨著日益激烈的市場競爭和Internet的迅速發(fā)展，CAD／CAM技術從興起到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一門新興產(chǎn)業(yè)，在一些先進國家對現(xiàn)代工業(yè)設計和加工制造技術的發(fā)展起到了關鍵的推動作用。得益于CAD/CAM技術的不斷完善，近十幾年來，數(shù)控編程技術取得了突飛猛進的發(fā)展。 CAD/CAM設計和編程逐漸取代了CNC手工編程，特別是對復雜零部件三維曲面的編程，CAD/CAM軟件處于不可替代的地位。CAD/CAM技術的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進一步完善,為全球各種工業(yè)提供了強有力的技術支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設計、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍，必將成為21世紀高科技產(chǎn)業(yè)不可缺少的必備技術。

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