CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系研究

張紅蕾 袁鐵軍 黃曉峰

鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224000

CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系研究

張紅蕾 袁鐵軍 黃曉峰

鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224000

根據原有CAD/CAM技術實踐教學模式中存在的一些問題，結合CAD/CAM技術教學要求，對CAD/CAM技術內容進行模塊化劃分，建立包括課內實驗、課外實踐、綜合訓練、創新應用的模塊化實踐教學體系，并以多模塊實踐教學方法進行實踐，從而培養學生分析和解決工程實際問題的能力，為制造業信息化培養高級工程技術人才。

CAD/CAM；模塊化；實踐教學體系

引言

隨著電子信息技術的不斷發展，CAD/CAM技術的應用已遍及各個工程領域，有力地推動了制造業的發展，使傳統制造不斷向以先進制造技術和信息化制造技術為代表的現代制造發展。作為先進制造技術和制造業信息化的基礎，CAD/CAM技術的應用水平已經成為衡量企業綜合實力的重要標志。可以預料，隨著市場競爭的日趨激烈，以CAD/CAM技術為代表的先進設計、制造技術在我國的應用推廣進程會進一步加快[1]。在這種背景下，CAD/CAM技術就成為從事機械產品設計與制造人員必須掌握的先進技術手段。因此，如何有效地、合理地開展CAD/CAM技術教學工作就成為擺在高校相關專業教師面前的重要任務。

CAD/CAM技術是在學習計算機應用基礎、工程圖學、數據庫技術、計算機網絡技術、機械設計、數控加工等多門機械類課程基礎上，通過對多學科、多知識的綜合應用，最終使學生了解CAD/CAM技術的歷史、現狀及發展，掌握CAD/CAM技術的基本理論，了解和熟悉CAD/CAM相關技術及軟件，培養學生分析和解決工程實際問題的能力[2]。目前，為適應社會需求，工科院校普遍開設了CAD/CAM技術課程及相關實驗，但傳統的教學模式重理論、輕實踐，只注重理論教學工作，缺乏與實踐之間的聯系和完善的實踐教學體系的建立，導致在培養學生動手和實踐能力方面還有許多不足。另一方面，對于應用型本科院校而言，CAD/CAM技術教學要求更重視學生的工程實踐能力培養和實踐教學工作，實踐教學的質量直接關系著CAD/CAM技術教學工作的成敗。

綜上可見，工程實踐能力的培養是建立新的CAD/CAM技術實踐教學體系的目標。本文從此目標出發，改變傳統實踐教學模式，建立CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系。

1 CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系

CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系是建立在相應的模塊化教學內容基礎上，通過模塊化的教學方法實施。下面分別對其教學內容和方法進行研究。

1.1 模塊化實踐教學內容

CAD/CAM技術所涉及的內容十分廣泛，從字面含義來看，包括計算機輔助設計（CAD, Computer Aided Design）和計算機輔助制造（CAM, Computer Aided Manufacturing）；實際上，它的內容還涵蓋了計算機輔助工程（CAE, Computer Aided Engineering）、計算機輔助工藝設計（CAPP, Computer Aided Program Planning）以及計算機集成制造技術等，是應用計算機協助人們進行產品設計、分析到最終制造，從而貫穿產品全生命周期的綜合性技術。

根據以上CAD/CAM技術的內容，可以將其分為幾個相對獨立的模塊組織實踐教學，針對每一部分的實踐內容進行強化練習，加深學生對相應知識的理解和實踐應用。總體上可將CAD/CAM技術實踐教學內容分為CAD模塊、CAE模塊、CAPP模塊、CAM模塊和CAD/CAM集成制造模塊[3]。CAD模塊的實驗目的是培養學生以計算機為工具輔助完成產品設計過程中各項工作的能力，從而提高產品設計質量、縮短產品開發周期、降低產品成本。在此模塊可以設置二維圖繪制、三維幾何造型、零件裝配等實驗項目。CAE模塊是在前面CAD模塊中完成的三維實體建模基礎上，從產品的方案設計階段開始，按照實際使用條件進行仿真和結構分析，從而按照性能要求進行設計和綜合評價，以便從多個設計方案中選擇最佳方案。在此模塊可以設置零部件有限元模態分析、優化計算、動態仿真和可靠性設計等實驗項目。CAPP 模塊是以計算機為輔助手段解決產品制造過程中存在的有關材料、工具、工裝、過程等工藝問題。在此模塊實驗中可以進行軟件輔助工藝編程的實踐練習。CAM模塊通常是指數控程序的編制，包括刀具路徑的規劃、刀位文件的生成、刀具軌跡的仿真及NC代碼的生成等。此模塊核心的實驗內容是利用計算機進行數控程序編制。在前面的實驗模塊內容完成以后，可以在CAD/CAM集成制造模塊中進行綜合任務實驗，將前面的實驗內容進行強化和運用，培養學生利用計算機軟件及數控加工設備輔助完成產品生命全周期中的設計、分析及加工制造的能力。在將CAD/CAM技術實踐教學內容進行模塊化后，可以根據CAD/CAM技術教學進程合理地安排實踐教學的流程和內容，層層推進，構建科學的實踐教學體系內容，如圖1所示。

圖1 CAD/CAM技術實踐教學內容和流程

1.2 模塊化實踐教學方法

對于上述不同的實踐教學內容，采用不同模塊的方法開展實踐教學。常用的實踐教學方法模塊有課內實驗、課外實踐、綜合訓練和創新應用。課內實驗主要采用現場演示、訓練教學，同時加強學生對實驗預習的檢查，提高學生的實驗效率；加強對實驗過程和實驗結果的檢查，提高實驗的效果。課外實踐主要采用引導教學，布置課外實踐任務，幫助學生解答實踐過程中遇到的難題，增強學生自我解決實踐問題的能力。在綜合訓練中，采用集中講解與個別輔導的方法。集中講解綜合訓練環節中的難點和重點，在實踐活動中進行現場進行輔導，避免了實踐教學與理論教學脫節現象，切實地提高學生的實際動手能力。在創新應用模塊中，采用啟發式教學方法，講解創新的方法，引導學生進行創新，對創新活動中所運用的工作原理、方法、可能性進行指導與評價。以上四個實踐方法模塊可以在CAD/CAM技術實踐教學環節中依次實施，由淺入深地提高學生的工程實踐能力。具體來講，CAD、CAE實踐模塊的主要內容為產品設計和分析相關的實驗，在個人計算機上即可完成，所以在此模塊實踐教學中采用課內實驗為主的方法，提高利用計算機相關軟件內對產品進行設計和分析的能力。CAPP、CAM實踐模塊的內容與具體的產品生產設備和環境相關，故多放在課外實踐模塊中進行。對產品進行工藝制定和數控編程后，現場引導學生如何利用CAD/CAM技術進行產品的加工。而在綜合訓練模塊中的實驗則以CAD/CAM集成制造內容為主，鍛煉學生利用CAD/CAM技術和軟件綜合解決工程實際問題的能力。在前面幾個模塊的教學之后，還可以指導學有余力的學生進行創新應用的實踐鍛煉。通過各種CAD/CAM技術及機械設計創新大賽等，進一步提升學生的學習興趣和創新實踐能力。

2 CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系實施和效果

在CAD/CAM技術實踐教學實施過程中，以Pro/E、UG等綜合軟件和數控加工設備為實踐平臺，將實踐內容以模塊方式組織，循序漸進、由淺入深，在每一模塊中進行針對性的實踐練習，使學生逐步適應、步步為營；同時通過多種模塊實踐教學方法進行穿插強化，進一步提高學生的工程實踐能力。實踐證明構建模塊化的實踐教學體系，使實踐教學與理論教學緊密聯系，既鞏固了理論知識又突出了學生動手能力和創新能力的培養，強化了學生綜合工程素質，達到了預期的實踐教學效果。

3 結語

CAD/CAM技術具有很強的工程性和實踐性。CAD/CAM技術實踐教學體系、內容和方法等還需要不斷地研究和探索。良好的CAD/CAM技術實踐教學體系的建立對于制造業信息化人才培養目標的實現至關重要。

[1]王定標，郭茶秀，向颯.CAD/CAE/CAM [M].化學工業出版社，2005.

[2]鄧敏和，梁式.CAD/CAM綜合實驗的實踐與思考[J].實驗科學與技術，2004（2）:67-68.

[3]葛友華.機械CAD/CAM [M].西安電子科技大學出版社，2008.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.105

張紅蕾（1983-），男，碩士研究生，講師，研究領域為數字化設計制造。