工業產品設計CAD技能競賽訓練方法探究

李志偉

摘 要： 計算機輔助設計（工業產品CAD）技能大賽是全國職業院校技能大賽之一的賽項，該賽項對于參賽學生的綜合能力要求很高。本文分別從Inventor工具軟件及制圖、產品設計、自主創新等方面進行介紹，隨后簡要分析國內CAD大賽與世界CAD大賽之間的聯系，對于工業產品CAD賽項的技能培訓有一定的指導作用。

關鍵詞： 計算機輔助設計 工業產品CAD 技能大賽 Inventor

計算機輔助設計（工業產品CAD）賽項自舉辦已有6年時間。參加全國技能大賽的江蘇省代表隊，每年在這個項目中獲得的金牌數量首屈一指。談到這個項目，不得不提到一款軟件——Autodesk Inventor。這款軟件是由Autodesk公司開發的，一種基于自適應技術的三維可視化實體模擬設計軟件。與其他同類產品相比，Inventor具有設計環境直觀、裝配顯示快速、裝配自適應、輔助協作設計和易學易用的特點，目前已推出最新版本Autodesk Inventor Professional（AIP2016）。2016年該賽項國賽使用的即時Inventor2016版。

工業產品設計（CAD）大賽具有涉及面廣、培訓（集訓）難度大、學習方式靈活、對參賽選手的要求高等特點。所以，教師在指導學生訓練時，除了要考慮到軟件的使用操作、產品設計外，更重要的是懂得如何選拔學生及教師各方面綜合水平的提高。

1.軟件與制圖方面

正所謂磨刀不誤砍柴工，只有軟件使用熟練了，才能很好地掌握軟件的使用精髓，才能快速對圖紙進行建模。一開始可以先從軟件本身入手，熟悉軟件的下載/安裝/激活/啟動、軟件的工作界面、簡單的功能運用，培養學生的學習興趣。其次可以通過軟件中快速入門一欄里的視頻與教程進行初步學習，對該軟件有一定基礎的學生可以去Autodesk Inventor官網查看2016版新特性或在Web中訪問幫助與資源，也可以借助網絡查找相關視頻或觀看配套書籍資料進行軟件的學習。關于軟件的學習不是單方面的，根據CAD基礎圖紙要求，需要初步熟悉三維實體模型的基本技能，如：繪制草圖、平面創建、拉伸、旋轉、圓角、倒角、偏移、放樣、抽殼、打孔、凸雕、環形陣列、矩形陣列、鏡像、分割、貼圖、加強筋、螺旋掃掠、螺紋、拔模、加厚/偏移、刪除面等。在三維零件的建模中，要特別強調約束：重合約束、共線約束、同心約束、平行約束、垂直約束、豎直約束、相切、平滑、對稱、相等約束的使用。另外，了解投影幾何圖元與投影切割邊之間的區別在哪里，能夠很快速地創建多邊形、槽、圓弧、圓、橢圓、樣條曲線、直線。除了能夠創建二維草圖，三維草圖中建模也很重要，尤其是相交曲線、分模線投影到曲面、點、線、面的高層次使用。對軟件慢慢熟悉之后，就可以對高階的技能進行學習，如：創建自由造型。曲面中縫合、嵌片、灌注、面轉換等。對于一些產品造型，可以通過增加柵格孔、凸柱、支撐臺、止口、卡扣式連接增強設計合理性。最后通過對技能的熟練，熟練完成零件造型、部件裝配、鈑金設計、工程及表達視圖、拆裝動畫、三維仿真、配色渲染等。

2.產品設計方面

好的設計不是模仿出來的，而是將相關的知識與技能掌握到一定程度，通過靈感點燃后創造的。對于初學者來講，首先要對產品設計的基礎知識進行學習；其次學習優秀的設計產品，如獲得德國設計紅點設計大獎的產品，獲得中國紅星設計獎的產品，日本g-mark設計獎、金點設計獎、IF設計獎、CAD中國設計獎等的產品。對這些優秀作品的建模進行構思，然后通過軟件進行模仿建模，也就是所謂的仿形。一開始可能花費的時間很長或建模的質量較差，這都是正常的。練習得多了，速度和質量自然就上去了。對于一些常見的“標準件”，如：游戲把手、吸塵器把手、吹風機魚形嘴、電源開關/按鈕等要多加練習。還有一些產品之間可以進行轉換，如：車載空氣凈化器跟無線路由器，兒童溫度掃描槍或手握式二維碼掃描槍、電子體溫計與錄音筆等。

產品設計方面除了要遵循人機工程美學及產品功能結構合理性外，還要遵循實用性原則、創新性原則、美觀性原則、經濟性原則、合理性原則、環保性原則，這些原則是精神功能和物質功能的完美結合。

3.自主創新與國際接軌

隨著工業4.0的到來，我國制造業面臨升級轉型。由原來的完全依靠人工設計圖紙、控制機床生產，到用可編邏輯控制器（PLC）控制所有生產環節，將生產線自動化。在“大眾創業，萬眾創新”和“中國制造2025”的政策下，我國工業產品設計緊跟世界步伐，國內CAD大賽逐步與世界技能大賽接軌。引入世界CAD大賽中機械設計技能標準，制定計算機輔助設計CAD技師鑒定標準，開展CAD競賽，這對于江蘇省乃至全國各類院校、企業CAD從業人員的機械CAD教育起到了導向和示范作用。通過大賽提高江蘇省CAD水平，培養與世界技能大賽接軌的CAD高技能復合型創新人才隊伍，提高我省企業的自主創新能力。

以產品設計為核心的現代工業設計，其發展方向應與產品設計制造的整體發展趨勢保持一致，創新性突出表現在以下幾個方面：

（1）創新的機會總是存在，科技進步總是為創新設計提供新機會。充分利用各種新興技術、新式能源、新型材料及新科技成果，結合市場需求，發揮設計師潛能，實現標新立異的設計創新。

（2）一方面，富有創意的作品不僅有用，而且能夠帶來美感；滿足功能、心理學和美學標準，強調產品的有用性。另一方面，產品的美學特點與其有用性是統一的整體。創意設計并不會改變產品自有的創新性、力量和價值，因此永遠也不會看上去過時。

（3）所謂好的設計，不僅要關注每一個細節，體現出設計過程對產品的用心設計及消費者的尊重，而且要考慮產品盡量簡單不要繁瑣。簡單就是要體現在更少、更好，專注于核心方面，沒有非核心因素帶來的負擔，也就是讓產品體現出純粹和簡單。

4.結語

本文主要對工業產品設計CAD技能大賽中Autodesk Inventor軟件學習、產品設計及自主創新三個方面進行了探討，詳細介紹了軟件的初步學習、進階學習及熟練運用方法。通過熟練掌握三模模型創建及優秀獲獎設計產品的仿真建模，能夠設計出簡單的產品。最后針對設計創新及國內、世界CAD技能大賽進行比對，為社會選拔CAD技能人才作出貢獻。