基于UG NX的應用型本科院校CAD/CAE/CAM系列課程教學探索與實踐

徐偉

摘 要 應用型本科院校開設CAD/CAE/CAM系列課程十分必要。具體實施方法是以UG NX軟件為平臺，以典型機械機構為對象，逐步開設計算機繪圖、計算機輔助分析、機械CAM三門實踐課程。此系列課程的探索與改革，完善了教學內容，優化了教學方法，為社會提供了高素質的應用型技術人才。

關鍵詞 UG NX；CAD；CAE；CAM

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）24-0047-03

Research and Application of UG NX based CAD/CAE/CAM Courses Teaching in Application-oriented Colleges//XU Wei

Abstract Applied Undergraduate Colleges offer CAD/CAE/CAM courses are necessary. Specific implementation method is based on

UG NX software platform， the typical mechanical system as an object，

and gradually set up computer graphics， computer-aided analysis， and mechanical CAM three practice courses. Exploration and Reform

of this series of courses， improve teaching content， optimizing the teaching methods， provide the community with high-quality talents of applied technology.

Key words UG NX； CAD； CAE； CAM

1 引言

2015年10月，國家發展改革委、教育部、財政部聯合發布《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》[1]。三部委關于高校轉型的意見發出后，全國各省（市）陸續出臺方案，明確多所高校將向應用型本科高校轉型。

應用型本科的關鍵在于“應用”二字，要求高校通過調整課程體系，改革教學內容和教學方法，注重學生實踐能力和應用能力的培養。對于機械設計制造及其自動化專業的學生來說，CAD/CAE/CAM系列課程正是反映其應用能力的關鍵。

2 應用型本科院校開設CAD/CAE/CAM系列課程的必要性

中國制造2025戰略中對智能制造工程有明確的指標要求：到2020年，制造業重點領域智能化水平顯著提升，試點示范項目運營成本降低30%，產品生產周期縮短30%，不良品率降低30%；到2025年，制造業重點領域全面實現智能化，試點示范項目運營成本降低50%，產品生產周期縮短50%，不良品率降低50%[2]。要想達成這些指標，必須大力推進CAD/CAE/CAM技術的應用。CAD/CAE/CAM技術可以有效降低運營成本，縮短產品的生產周期，降低不良品率。目前，CAD/CAE/CAM技術已應用到各行各業。

因此，為適應社會需要、縮短學生就業后在企業的適應時間，應用型本科院校開設CAD/CAE/CAM系列課程并開展相關教學模式、教學方法的研究已迫在眉睫。三江學院的辦學定位一直是應用型本科院校，學生的普遍特點是理論基礎相對薄弱，但動手能力強，對實踐類課程更感興趣。為充分調動學生的學習積極性，揚長避短，在人才培養方案中，開設CAD/CAE/CAM系列課程，在重點培養學生的實踐能力的同時，注重對學生的綜合素質和創新能力的培養，充分體現了三江學院結合社會需要、著力培養應用型人才的辦學理念。

3 CAD/CAE/CAM系列課程教學探索

合理開設相關課程，逐步推進CAD/CAE/CAM 為強化學生對CAD/CAE/CAM技術的應用能力，三江學院依次開設三門課程，逐步推進CAD/CAE/CAM系列課程教學，具體情況如下。

一年級下學期開設計算機繪圖課程，任務是使學生掌握使用CAD軟件對較復雜的零部件進行三維建模和裝配的方法，同時要求學生具備熟練使用CAD軟件繪制二維零件圖、裝配圖的能力。計算機繪圖課程的先修課程應包括工程制圖和計算機基礎。

三年級上學期開設計算機輔助分析課程，主要任務是使學生掌握使用CAE軟件對較復雜的零部件進行運動仿真和有限元分析的方法。計算機輔助分析課程的先修課程應包括計算機繪圖、理論力學、材料力學、機械原理、機械設計。

四年級上學期開設機械CAM課程，主要任務是使學生掌握使用CAM軟件對較復雜的零部件進行自動編程的方法，并要求學生能夠根據自動編程程序進行實際加工。機械CAM課程的先修課程應包括計算機繪圖、機械制造工程學、數控原理與編程、數控加工技術。

平臺軟件的選用 目前，社會上廣泛應用的CAD/CAE/

CAM軟件種類很多。CAD軟件主要有AutoCAD、CAXA、CATIA、

Solid Works、UG NX、Pro/E等；CAE軟件主要有ABAQUS、ADINA、ANSYS、NASTRAN、MARC、COSMOS等；CAM軟件主要有CAXA、CATIA、UG、Master CAM、Power mill等。

CAD/CAE/CAM的各種軟件之間雖然可以通過通用的圖形格式相互轉換，但往往會丟失很多重要信息。不少高校在CAD/CAE/CAM各環節選用的軟件不一致，往往導致CAD/CAE/CAM課程內容的銜接不合理，有不少內容是重復或脫節的。經過課題組的反復比較和研究，選用應用非常廣泛的UG NX軟件作為CAD/CAE/CAM系列課程統一的軟件平臺。

教學內容的選擇 為了使CAD/CAE/CAM系列課程聯系緊密，在教學過程中不出現內容重復和內容脫節的情況，除了選用UG NX軟件作為統一的平臺外，課題組精心組織教學內容，提出以典型機械機構為對象，以相應理論知識為抓手的教學思路。

在計算機繪圖課程中，指導學生完成曲柄滑塊機構、間歇運動機構、減速器等典型機械機構的三維實體建模和裝配，同時完成這些典型機械機構的二維裝配圖和零件圖。要求掌握草圖、特征、約束等建模和裝配的方法，掌握圖幅、視圖、基本繪圖、修改、工程標注等繪制二維裝配圖和零件圖的方法。在計算機繪圖課程中同時注重考查學生對機械制圖課程相關理論知識的掌握情況，查漏補缺，及時鞏固提高。

在計算機輔助分析課程中，指導學生對上述典型機械機構進行有限元分析和運動仿真。要求掌握材料設定、網格劃分、施加載荷、編制解算方案和結果后處理等有限元分析的方法，掌握設置連桿、設置運動副、輸入驅動、結果后處理等運動仿真的方法。在計算機輔助分析課程中同時注重考查學生對理論力學、材料力學、機械原理、機械設計等課程相關理論知識的掌握情況，查漏補缺，及時鞏固提高。

在機械CAM課程教學中，指導學生對上述典型機械機構進行工藝設計、自動編程加工和產品裝配調試。要求掌握刀具設置、工件設置、材料設置、操作設置和操作管理器、刀具路徑模擬、加工模擬、后處理等自動編程加工的方法，掌握將自動編程的程序導入機床并進行實際加工的方法。在機械CAM課程中同時注重考查學生對機械制造工程學、數控原理與編程、數控加工技術等課程相關理論知識的掌握情況，查漏補缺，及時鞏固提高。

通過以上3門課程的開展，學生CAD/CAE/CAM技術的應用能力逐步提高，同時鞏固了相關的理論知識，系統地掌握了企業中開發新產品的整個流程：先設計（CAD），再分析（CAE），后加工（CAM）。學生可以通過機械CAM課程中加工并裝配的典型機械機構，驗證在計算機繪圖課程中的建模和裝配，以及在計算機輔助分析課程中的有限元分析和運動仿真，實現閉環教學。

創新考核方式 課題組通過對課程考核方式的改革，既鍛煉學生的實踐能力，又注重對學生綜合素質和創新能力的培養。

在計算機繪圖課程中，要求學生完成典型機械機構的測繪并進行答辯，最終根據作品和答辯情況綜合評定成績，重點考查學生的繪圖能力、創新能力、語言表達能力和應變能力。

在計算機輔助分析課程中，要求學生提交關于典型機械機構有限元分析和運動仿真的論文及有關電子文件，根據完成情況及效果來評定成績，重點考查學生的建模能力、數據分析能力和應用文撰寫能力。

在機械CAM課程中，要求學生提交典型機械機構實物模型，根據實物的加工和裝配質量評定成績，重點考查學生的自動編程能力、實際加工能力、零部件裝配能力。

課題組還提出以團隊為單位進行考核的方式，在上述3門課程的教學過程中，改變以往對學生個體進行考核的方式，采用個體和團隊并行的方式，鼓勵學生組成團隊，通過建立模擬企業中的工作組來共同完成整套機構的設計、造型、分析、制造、裝配、調試；強調團隊的合作和分工，結合團隊和個人進行成績的綜合評定，為學生就業后能迅速適應企業中團隊合作的工作方式打下良好的基礎。

與職業資格證書相對接 目前，本科生就業壓力非常大，在獲取學歷文憑證書以外再考取相應的職業資格證書，對求職和就業的幫助十分顯著。三江學院在《三江學院學生自主化個性學習學分實施辦法》中明確指出每考取一張職業資格證書，即可獲得兩個自主化個性學習學分。為提高學生的學習興趣，課題組將每門課程與含金量較高、社會認可度較好的職業資格證書相結合，根據職業資格證書的認證要求組織相應課程的知識點。學生在學完有關課程后，即可考取相應的職業資格證書，在鍛煉實踐能力的同時提高就業競爭力。表1為學生可考取的職業資格證書。

與學生社團和學科競賽相結合 學生社團旨在豐富大學生的課余生活，為大學生提供一個展示自我、發展自我的空間和平臺，建設健康、活潑、向上的校園文化。學生社團活動同時是學校專業課程延續，通過社團活動可以充實、完善專業課程的開發和實施。

學科競賽是推進教學改革的重要手段，也是培養學生創新能力和綜合素質、實現學生個性化培養的重要途徑。課題組非常重視通過學生社團和學科競賽激發學生學習CAD/

CAE/CAM系列課程的興趣。在課題組的主張下，學校成立3D協會。3D協會定期組織各類活動，如培訓、作品展、校內競賽等。課題組同時組織學生參加各類學科競賽，表2為學生可參加的各類學科競賽。

表2中的各類競賽均組織校內選拔賽，全國三維數字化創新設計大賽和華東區大學生CAD應用技能競賽的選拔由3D協會的校內競賽完成，其余選拔賽單獨組織。以全國大學生工程訓練綜合能力競賽為例，該比賽要求參賽隊伍自主設計、制作一輛無碳小車進行比賽。課題組通過3門課程的教學，對學生的能力有非常清晰的認識，通過學生自薦和教師推薦的方式組成約10支隊伍，每支隊伍有二、三、四年級的學生各1名。二年級學生具備CAD的能力，三年級學生具備CAD/CAE的能力，四年級的學生具備CAD/CAE/CAM的能力，通常以四年級學生為隊長，在集體方案設計、總體設計后，每人分別承擔結構設計、仿真分析和加工制作，團隊再一起完成裝配調試。課題組組織校內選拔賽，優選前幾名并提出進一步改進的方案，修改提高后參加省級、國家級比賽。

4 結語

隨著中國制造2025戰略的不斷推進，越來越多的制造企業需要大批熟練掌握CAD/CAE/CAM技術應用能力的應用型技術人才。三江學院結合自身情況，積極開展CAD/CAE/CAM課程的改革和探索，不斷深化教學改革，完善教學內容和教學方法，積極為社會提供高素質的應用型技術人才，也為全國多所高校向應用型本科院校轉型時如何調整課程體系、改革教學內容和方法提供借鑒。

參考文獻

[1]陳勇，邢彥明.我國法律職業教育學制體系建設研究[J].北京政法職業學院學報，2015（4）：1-8.

[2]苗圩.中國制造2025：建設制造強國的行動綱領[J].理論參考，2015（7）：4-18.