民航類院校開設“三維建模技術與應用”的探索研究＊

顧興龍，凌云，王凱

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民航類院校開設“三維建模技術與應用”的探索研究＊

顧興龍，凌云，王凱

（中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢 618307）

簡要介紹三維建模技術、常用建模軟件和適合民航類院校的CATIA軟件功能。探索在民航類院校開設“三維建模技術與應用”課程的教學意義，分析總結課程的主干章節、合適的教學方法和學生評價方法。為民航類院校開展有關三維建模技術與應用的教學提供參考。

民航；三維建模；CATIA；主干章節

培養全方位的民航人才對推進民航強國戰略有著重大的影響，民航類院校是培養民航人才的主力軍。目前，民航類院校在校學生學習時大都存在理論和實際之間脫節的苦惱，而三維建模技術是一個理論聯系實際的紐帶，它可以將理論知識轉化到虛擬仿真中，經濟、高效、切實地解決困難問題。因此，有必要在民航類院校開展“三維建模技術與應用”教學。

1 三維建模簡介

三維建模技術已經廣泛地應用在各行各業中，它的出現快速地縮短了產品開發、生產周期，極大地降低了產品成本，顯著地提升了經濟效益，熟練掌握運用某類三維建模技術儼然是工科學生必須具備的基本素質[1]。

1.1 三維建模概念

三維建模技術是利用計算機可識別的數字化信息對現實世界中的物質進行幾何表達、儲存、分析的方法，它是產品信息化的開端，為現代設計、制造提供可靠的仿真分析，是實現智能制造的核心內容。利用三維建模軟件可以模擬現實事物的形體、材料、運動，聲光熱等參數，以實現三維重建過程。

1.2 常用三維建模軟件

目前，常用的三維建模軟件有三大類：工業設計類、藝術設計類、專業設計類。其中適用于工業設計的有AutoCAD、UG、Pro/E、Inventor、Solidworks、CAXA、ZW3D等；適用于藝術設計的有3dmax，MAYA，Blender，ZBrush，Rhino等；適用于專業設計的有CATIA、EXOCAD等。

民航類院校畢業生從事的工作以專業性較強的民航類工作為主，而CATIA、UG和Pro/E是適用于飛機設計的三維建模軟件。在對民航院校學生進行調研和征詢專家后，得出CATIA是適用于民航類院校學生的三維建模軟件。

1.3 CATIA軟件的功能

CATIA軟件是航空航天領域眾所周知的“領袖”，其功能非常強大，包括二維繪圖、三維繪圖、裝配設計、參數化設計、鈑金設計、高級曲面設計、自由外形設計、白車身設計、交互操作、逆向工程、整體外形修形、電氣設備造型、電纜布局、裝配模擬、有限元分析、注塑和壓模加工輔助、多軸加工編程、快速樣機等功能。在學習CATIA時，不同專業的學生需要根據自身發展的需要學習不同的功能模塊。

2 開課意義

在民航類院校開設“三維建模技術與應用”課程具有以下諸多意義：①開設三維建模技術可以豐富學生的知識結構，為學生學習工程制圖提供實體相貫線、組合體、剖切面的模擬，可以使學生更好地理解工程制圖和機械設計思想，提高學生的設計、制圖和識圖能力，培養學生的空間想象能力、創新精神和創新能力[2]。②可以為學生提供課堂理論與工程實際相碰撞的機會，學生在課堂上遇到難題，比如難以理解發動機工作原理，教師可以為學生提供三維運動仿真、裝配拆解等幫助學生理解知識難點。③可以為學生進行產品設計、分析和制造提供一種行之有效的科學研究方法，比如進行機械零部件結構設計、有限元分析、輔助加工等。④可以為學生提供飛行器零部件的裝配工序仿真，展示重點監測部位，優化裝配參數，確保裝配符合要求，為學生提供新的實驗實踐方法[3]。⑤可以為學生提供創新創業的技術手段，方便學生參加各類工程競賽和創新創業競賽，提高學生分析、解決實際工程問題的能力。

3 教學實施內容

民航類院校學生開設“三維建模技術與應用”課程，主干課程部分應該包含三維工程制圖理論、產品零件建模、產品裝配建模、產品裝配的可行性、產品二維工程圖繪制、產品運動仿真、產品有限元分析等[4]。

3.1 課程主干章節

課程主干章節具體為：第①章介紹CATIA軟件和安裝方法，講解軟件界面和功能。第②～⑤章介紹二維草圖和零件設計，講解產品造型相關的功能指令，包括零件草圖的繪制、基礎特征建模、特征變換和編輯、曲線線框設計、曲面造型等。第⑥章介紹裝配模塊、裝配的約束設置、裝配的設計修改、分解視圖等。第⑦章介紹運動仿真模塊相關知識，包括創建機械裝置、創建接合、創建驅動、模擬和動畫；第⑧章介紹CATIA的工程圖設計功能，在完成零件的三維建模后，利用三維模型導出二維工程圖。第⑨章利用CATIA的機械實體造型功能和創成式外形設計功能，通過設計標準件、軸類、盤蓋類、箱體類等零件，以及工業小產品造型設計，演示CATIA的實際應用功能。

3.2 主要教學方法

CATIA是專業性、實踐性、綜合性很強的應用軟件，課堂教學可不拘泥于傳統教學，而根據軟件不同的功能模塊采用多種教學方法相結合會取得較好的效果[5]。總結起來有如下教學方法可供參考。

3.2.1 講授法

講解CATIA綜合界面和各模塊功能，逐一講解各個模塊下的工具條中的工具，由基礎命令引導學生熟悉各個工具的用法。

3.2.2 演示法

教師在講授各個工具或命令時，通過實體建模過程演示工具或命令的用法，讓學生對工具或命令的用法有一個直觀的認識。

3.2.3 練習法

教師講授、演示了各個工具或命令后，可讓學生重復工具或命令的使用過程，鞏固知識點，強化學習效果。

3.2.4 實習作業法

CATIA學習需要在掌握工具或命令的用法后，形成建模思路。而課堂學習只能掌握少數常用工具或命令的用法，建模思路的形成必須要通過大量的聯系和總結，因此課堂之外的實習作業是必不可少的，教師應根據軟件功能模塊適當布置相應的實習作業。

3.2.5 探究法

學習CATIA最終的目標是應用，只有不斷實踐才能強化學習效果，達到熟練掌握應用目的。教師可給學生制訂一定的項目，要求學生分組進行項目實施，包括制訂項目方法、搜集資料、建模分析、總結評估等。通過項目探究可以更好地掌握軟件技巧，發掘課堂未講授而實用的工具或命令。

3.3 學生評價方法

CATIA教學對學生的評價形式也應該是多樣的。軟件教學注重實踐應用，因此需要改革傳統的筆試考試方法，加強學生上機考試，可無筆試考試或減小筆試考試比重，最好施行教考分離。學生平時聽課、練習效果可作為評價的重要支撐點[6]。

4 結束語

在民航類院校開展“三維建模技術與應用”教學是大勢所趨，重點是如何開展有效的教學。本文簡要介紹了三維建模技術，分析了民航類院校開展CATIA教學的意義，給出了課程章節、教學方法、評價方法等可供參考。

［1］羅阿妮，張桐鳴，劉賀平，等.機械行業三維建模技術綜述［J］.機械制造，2010，48（10）：1-4.

［2］李曉紅，羅健寧.三維建模技術在機械制圖課程教學中的應用研究［J］.裝備制造技術，2017（11）：221-223.

［3］翟曉，田振宇，張霽，等.三維數字化技術在試驗工裝設計中的應用［J］.科技與創新，2016（16）：112-113.

［4］張云杰，尚蕾，張云靜.CATIA V5-6 R2014基礎技能課訓［M］.北京：電子工業出版社，2016.

［5］姚琳，丁豪杰.基于能力培養的CATIA三維設計軟件綜合實踐教學方法探討［J］.產業與科技論壇，2017，16（18）：208-209.

［6］吳靜，蔡彪，柳麗召.翻轉課堂在高校三維建模課程教學中的實踐和探索［J］.中國教育技術裝備，2017（6）：116-117.

顧興龍，男，碩士，主要研究方向為設備狀態監控與故障診斷。

中國民用航空飛行學院教學研究項目（編號：A201813）

2095－6835（2018）24－0043－02

G642.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.043

〔編輯：嚴麗琴〕