淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

鄧瑜

（桂林電子科技大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 北海 536000）

淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

鄧瑜

（桂林電子科技大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 北海 536000）

自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)至今已有六十余年的發(fā)展歷程，在建筑設(shè)計(jì)、電子和電氣、科學(xué)研究、機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動(dòng)化、土木筑、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.在要求質(zhì)量與效率的今天，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)被遠(yuǎn)遠(yuǎn)的甩在身后，新的科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生必定帶動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)模塊與教學(xué).本文將淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用.

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；教學(xué)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)全部融入到了現(xiàn)代化生產(chǎn)及教學(xué)之中，各大院校也都早已設(shè)立了與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)院.在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)具有高效率性、更加直觀性、便于理解溝通修改等優(yōu)勢(shì)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以把更多時(shí)間運(yùn)用到設(shè)計(jì)構(gòu)思上，減少作品的圖形表達(dá)所消耗的時(shí)間，從而使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力極大的提高，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)工作的效率.

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)

（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-Computer Aided Design)簡(jiǎn)稱(chēng)“CAD”，是設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)完成相關(guān)設(shè)計(jì)、制圖及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的一款輔助設(shè)計(jì)軟件.它即可以繪制二維設(shè)計(jì)圖紙及三維模型又可以將圖形輸出到相關(guān)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行機(jī)械器件的制作.

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)（machine design）是機(jī)械工程中的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中重要的一步，是決定機(jī)械尺寸、材料、形狀、性能、造價(jià)及用途的最主要因素.

2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

機(jī)械設(shè)計(jì)分為一下幾個(gè)步驟：（1）制定任務(wù)，（2）確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，（3）運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制初步總圖，（5）初步審查，（6）技術(shù)設(shè)計(jì)，（7）繪制工作圖，（8）試生產(chǎn)和定型設(shè)計(jì).

在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，最主要的工作就是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目的繪制與建模.在機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目的繪制與建模之中最常見(jiàn)的運(yùn)用軟件有CAD、Sketch up、3Dmax等軟件，CAD主要是對(duì)機(jī)械項(xiàng)目繪制三視圖與尺寸標(biāo)注等工作，Sketch up與3Dmax則是對(duì)機(jī)械項(xiàng)目進(jìn)行三維制作及動(dòng)畫(huà)展示，當(dāng)然CAD也可以做三維模型圖并標(biāo)注尺寸，以便于更加直觀的分清各個(gè)部位的大小與比例.在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件里運(yùn)用最廣泛的就是三維建模技術(shù)，三維建?？煞譃榫€框模型、表面模型和實(shí)體模型三種模型種類(lèi)，它主要是對(duì)建模設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化和量變化.由于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件可以將做好的機(jī)械部件模型與參數(shù)直接導(dǎo)入到智能生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行機(jī)械部件的自主生產(chǎn)，幾乎可以做到零誤差，生產(chǎn)出的機(jī)械部件非常精確，同時(shí)他還可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，極大的增加了生產(chǎn)效率.

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還有一項(xiàng)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所比不了的，就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的智能化作用.在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中除了設(shè)計(jì)構(gòu)思、圖形繪制之外還要考慮機(jī)械部件的性能問(wèn)題，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以利用一些軟件測(cè)試機(jī)械部件的承重與運(yùn)行次數(shù)，從而初步計(jì)算出機(jī)械部件的使用壽命與保養(yǎng)周期.

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還是“3D打印技術(shù)”必不可少的環(huán)節(jié)，所謂“3D打印技術(shù)”就是先通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面（即切片）從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印.“3D打印技術(shù)”將成為機(jī)械生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，由此可見(jiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中教學(xué)的重要性.

3 淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)

《機(jī)械設(shè)計(jì)》貫穿整個(gè)人類(lèi)歷史，從人類(lèi)最基本的石桌石凳到現(xiàn)在各種大型的綜合性機(jī)械設(shè)備都能看到它的影子.《機(jī)械設(shè)計(jì)》作為一門(mén)學(xué)科自然也有它的教學(xué)及傳承方式，從最原始的老師傅帶徒弟的言傳身教到書(shū)寫(xiě)文字描述再到現(xiàn)在的圖文書(shū)本教學(xué)，可以說(shuō)機(jī)械的設(shè)計(jì)與人類(lèi)生活密不可分.傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)主要是以課堂教學(xué)模式為主，老師根據(jù)書(shū)本教程在繪圖工具上用紙、筆和各種輔助繪畫(huà)圖紙的工具畫(huà)出機(jī)械模型圖紙，學(xué)生從最開(kāi)始的臨摹到最后的自主設(shè)計(jì)需要很長(zhǎng)時(shí)間的繪畫(huà)并打下堅(jiān)實(shí)的繪畫(huà)功底，在此期間老師和學(xué)生都浪費(fèi)了很多時(shí)間在掌握繪畫(huà)上，導(dǎo)致在培養(yǎng)設(shè)計(jì)構(gòu)思和能力方面相對(duì)時(shí)間較少，這樣就會(huì)帶來(lái)學(xué)生畢業(yè)了繪畫(huà)功底很好但是設(shè)計(jì)思路跟不上的問(wèn)題.學(xué)生從這種傳統(tǒng)教學(xué)體系當(dāng)中只是從書(shū)本和老師的圖紙當(dāng)中吸取知識(shí)，在平時(shí)又很難有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，不能直觀的接觸到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的原理與現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)踐知識(shí)的匱乏.

圖書(shū)的形態(tài)從長(zhǎng)形式演變成長(zhǎng)形式與網(wǎng)形式的結(jié)合，使傳統(tǒng)的長(zhǎng)形式圖書(shū)在保持自身特有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上又兼具了網(wǎng)形式的功能，延伸了圖書(shū)的產(chǎn)業(yè)鏈，圖書(shū)的商業(yè)價(jià)值與閱讀價(jià)值均得到了較好體現(xiàn)。

3.2 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的材料以及新能源的開(kāi)發(fā)，新的技術(shù)革新，使整個(gè)人類(lèi)社會(huì)大踏步的往前前行.火車(chē)、輪船、飛機(jī)等交通工具使遙不可及的七大洲四大洋變成了“地球村”，互聯(lián)網(wǎng)又使人們足不出戶(hù)就可以獲得任何需要的物品.在人類(lèi)相互依賴(lài)共存的今天，物品的批量化生產(chǎn)才能滿足人們的需求，機(jī)械產(chǎn)品亦是如此，高頻率的使用就面臨這高頻率的淘汰與革新，高頻率的革新就需要多樣化和更前沿高端的機(jī)械設(shè)計(jì)，人們?cè)谑褂弥袡z驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)在使用中得到完善.競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的市場(chǎng)就需要大批的專(zhuān)業(yè)機(jī)械技術(shù)設(shè)計(jì)人才，設(shè)計(jì)人員還要不斷完善自己和擴(kuò)充新的知識(shí)領(lǐng)域，使自己能在工作中占有一席之地.從以上的種種觀點(diǎn)來(lái)看，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)已經(jīng)完全跟不上社會(huì)發(fā)展的腳步.傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)具有很強(qiáng)的局限性，知識(shí)資源匱乏，教學(xué)周期長(zhǎng)等不利因素，從而使其面臨被淘汰的結(jié)局.一種教學(xué)模式的淘汰必定是因?yàn)樾履Ｊ降恼Q生，計(jì)算機(jī)從研發(fā)至今不斷發(fā)展至不斷完善，替代了一大批的舊式工作方式及教學(xué)模式，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)更是機(jī)械設(shè)計(jì)中不可缺少的輔助工具，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)也從此淘汰傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)而成為社會(huì)發(fā)展的主流.

3.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)一：適應(yīng)性

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)不局限于平面表達(dá)，同時(shí)還有三維模型及三維動(dòng)畫(huà)展示等方式供學(xué)生們學(xué)習(xí)，便于溝通和交流，使學(xué)生可以把更多的時(shí)間投入運(yùn)用到設(shè)計(jì)構(gòu)思上，從而激發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新思維能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的連續(xù)性.

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)沖出了傳統(tǒng)式的課堂教學(xué)，它即可以以課堂形式出現(xiàn)在學(xué)校里，也可以以互聯(lián)網(wǎng)傳輸教學(xué)模式出現(xiàn)在每個(gè)學(xué)習(xí)者的眼前，打破了只有學(xué)生才能學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)，任何一個(gè)人都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻和軟件應(yīng)用自己獨(dú)立學(xué)習(xí).

優(yōu)勢(shì)三：高效性

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)主要是運(yùn)用他的便于傳輸、數(shù)據(jù)處理能力和圖形處理能力，它可以快速進(jìn)行對(duì)相應(yīng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)建模，由于建模出圖速度比較快，設(shè)計(jì)者可以花費(fèi)更多的時(shí)間在設(shè)計(jì)構(gòu)思上.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以運(yùn)用軟件的一系列功能進(jìn)行對(duì)復(fù)雜機(jī)械設(shè)備的建模、組裝及拆解，使學(xué)生更直觀的認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它還可以快速的對(duì)機(jī)械部件的模型重塑與保存，使其快速的對(duì)不足的機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，保存下來(lái)的設(shè)計(jì)方案可以重復(fù)展示教學(xué)，還可以使其加入到其他機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方案之中.這樣極大的提高了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的效率，變相的降低了設(shè)計(jì)的難度，增加了機(jī)械設(shè)計(jì)的多樣化.

優(yōu)勢(shì)四：高質(zhì)性

由于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的廣泛性及高效性，可以重復(fù)不斷的快速對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的修改，機(jī)械設(shè)計(jì)多樣化，進(jìn)行優(yōu)勝劣汰精益求精，促進(jìn)和提高了機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的質(zhì)量.

3.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的運(yùn)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)，顧名思義是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根本前提下進(jìn)行的教學(xué)模式，所以，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中教學(xué)的前提是必須要先學(xué)會(huì)和熟練掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)，然后再進(jìn)行對(duì)相關(guān)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件做到熟練運(yùn)用，最后才能集中精力做好對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的構(gòu)思，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量.

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展至今日趨完善，學(xué)生門(mén)的學(xué)習(xí)渠道也是多不勝數(shù).課堂上老師運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)學(xué)生們講解機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)已成為當(dāng)今的主流教學(xué)模式.老師運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件制作機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品，用輔助教學(xué)軟件通過(guò)手動(dòng)操作視頻展示的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，可是使學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有更加直觀的認(rèn)知.老師操作一遍，然后學(xué)生們根據(jù)自己的記憶重復(fù)老師的機(jī)械設(shè)計(jì)作品的繪制，可以讓學(xué)生快速的熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件掌握熟練以后就是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)理念和構(gòu)思的學(xué)習(xí)，現(xiàn)如今知識(shí)的傳播已經(jīng)可以跳過(guò)書(shū)本形式進(jìn)入到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式，老師制作課件供學(xué)生們學(xué)習(xí)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，也可以利用投影儀以PPT幻燈片形式給學(xué)生們上課講解，老師講課用的課件可以發(fā)送給每一個(gè)學(xué)生，讓學(xué)生們?cè)谡n下也可以自己觀看課件和學(xué)習(xí).現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上也有許許多多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)的教學(xué)視頻，學(xué)生們也可以根據(jù)自己的優(yōu)劣方向進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的專(zhuān)攻學(xué)習(xí).

一個(gè)完整的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品基本都是有許多個(gè)機(jī)械零部件組裝而成，老師可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行繪制機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的零部件組裝示意圖，展示機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品零部件的組件個(gè)數(shù)、組裝順序、組裝方式以及完整的機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終形態(tài).

設(shè)計(jì)完成以后，老師還可以組織學(xué)生們一起展示與探討學(xué)生們的作品，談?wù)劯髯缘脑O(shè)計(jì)構(gòu)思，觀看一下機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的動(dòng)畫(huà)視頻，互相分項(xiàng)設(shè)計(jì)理念，互相學(xué)習(xí)他人的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)自己的不足，提升機(jī)械設(shè)計(jì)水平.

總結(jié):在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，就如同“經(jīng)常跑步的人要配一雙耐磨的鞋”一樣，穿一雙“好鞋”才能跑在最前面.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)無(wú)疑是為機(jī)械設(shè)計(jì)量身定做的一雙“好鞋”，把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)以及熟練掌握才能更好的做好機(jī)械設(shè)計(jì).教學(xué)形式的改變、教學(xué)內(nèi)容的拓展、教學(xué)方法的不斷提高和改進(jìn)才能使得設(shè)計(jì)人才與設(shè)計(jì)產(chǎn)品滿足激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要.

〔1〕魯娣.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的運(yùn)用[J].學(xué)術(shù)論壇，2016（05）.

〔2〕沈進(jìn).淺談?dòng)?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2011（12）.

〔3〕傅方波.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用解析[J].信息科技，2014（06）.

〔4〕朱輝.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的研究[J].科學(xué)教育，2015（08）.

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2016-12-25