張紅蕾 袁鐵軍 黃曉峰

鹽城工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224000

CAD/CAM技術(shù)模塊化實(shí)踐教學(xué)體系研究

張紅蕾 袁鐵軍 黃曉峰

鹽城工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224000

根據(jù)原有CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式中存在的一些問題，結(jié)合CAD/CAM技術(shù)教學(xué)要求，對CAD/CAM技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行模塊化劃分，建立包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐、綜合訓(xùn)練、創(chuàng)新應(yīng)用的模塊化實(shí)踐教學(xué)體系，并以多模塊實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)踐，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，為制造業(yè)信息化培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才。

CAD/CAM；模塊化；實(shí)踐教學(xué)體系

引言

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已遍及各個(gè)工程領(lǐng)域，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展，使傳統(tǒng)制造不斷向以先進(jìn)制造技術(shù)和信息化制造技術(shù)為代表的現(xiàn)代制造發(fā)展。作為先進(jìn)制造技術(shù)和制造業(yè)信息化的基礎(chǔ)，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量企業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志?？梢灶A(yù)料，隨著市場競爭的日趨激烈，以CAD/CAM技術(shù)為代表的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)在我國的應(yīng)用推廣進(jìn)程會進(jìn)一步加快[1]。在這種背景下，CAD/CAM技術(shù)就成為從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造人員必須掌握的先進(jìn)技術(shù)手段。因此，如何有效地、合理地開展CAD/CAM技術(shù)教學(xué)工作就成為擺在高校相關(guān)專業(yè)教師面前的重要任務(wù)。

CAD/CAM技術(shù)是在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、工程圖學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控加工等多門機(jī)械類課程基礎(chǔ)上，通過對多學(xué)科、多知識的綜合應(yīng)用，最終使學(xué)生了解CAD/CAM技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展，掌握CAD/CAM技術(shù)的基本理論，了解和熟悉CAD/CAM相關(guān)技術(shù)及軟件，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力[2]。目前，為適應(yīng)社會需求，工科院校普遍開設(shè)了CAD/CAM技術(shù)課程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但傳統(tǒng)的教學(xué)模式重理論、輕實(shí)踐，只注重理論教學(xué)工作，缺乏與實(shí)踐之間的聯(lián)系和完善的實(shí)踐教學(xué)體系的建立，導(dǎo)致在培養(yǎng)學(xué)生動手和實(shí)踐能力方面還有許多不足。另一方面，對于應(yīng)用型本科院校而言，CAD/CAM技術(shù)教學(xué)要求更重視學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)和實(shí)踐教學(xué)工作，實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量直接關(guān)系著CAD/CAM技術(shù)教學(xué)工作的成敗。

綜上可見，工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是建立新的CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系的目標(biāo)。本文從此目標(biāo)出發(fā)，改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，建立CAD/CAM技術(shù)模塊化實(shí)踐教學(xué)體系。

1 CAD/CAM技術(shù)模塊化實(shí)踐教學(xué)體系

CAD/CAM技術(shù)模塊化實(shí)踐教學(xué)體系是建立在相應(yīng)的模塊化教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，通過模塊化的教學(xué)方法實(shí)施。下面分別對其教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行研究。

1.1 模塊化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

CAD/CAM技術(shù)所涉及的內(nèi)容十分廣泛，從字面含義來看，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD, Computer Aided Design）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM, Computer Aided Manufacturing）；實(shí)際上，它的內(nèi)容還涵蓋了計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE, Computer Aided Engineering）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP, Computer Aided Program Planning）以及計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)等，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)協(xié)助人們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析到最終制造，從而貫穿產(chǎn)品全生命周期的綜合性技術(shù)。

根據(jù)以上CAD/CAM技術(shù)的內(nèi)容，可以將其分為幾個(gè)相對獨(dú)立的模塊組織實(shí)踐教學(xué)，針對每一部分的實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，加深學(xué)生對相應(yīng)知識的理解和實(shí)踐應(yīng)用?？傮w上可將CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)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(shí)驗(yàn)?zāi)康氖桥囵B(yǎng)學(xué)生以計(jì)算機(jī)為工具輔助完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中各項(xiàng)工作的能力，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本。在此模塊可以設(shè)置二維圖繪制、三維幾何造型、零件裝配等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。CAE模塊是在前面CAD模塊中完成的三維實(shí)體建?；A(chǔ)上，從產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)階段開始，按照實(shí)際使用條件進(jìn)行仿真和結(jié)構(gòu)分析，從而按照性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和綜合評價(jià)，以便從多個(gè)設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案。在此模塊可以設(shè)置零部件有限元模態(tài)分析、優(yōu)化計(jì)算、動態(tài)仿真和可靠性設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。CAPP 模塊是以計(jì)算機(jī)為輔助手段解決產(chǎn)品制造過程中存在的有關(guān)材料、工具、工裝、過程等工藝問題。在此模塊實(shí)驗(yàn)中可以進(jìn)行軟件輔助工藝編程的實(shí)踐練習(xí)。CAM模塊通常是指數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的規(guī)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控程序編制。在前面的實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)容完成以后，可以在CAD/CAM集成制造模塊中進(jìn)行綜合任務(wù)實(shí)驗(yàn)，將前面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)軟件及數(shù)控加工設(shè)備輔助完成產(chǎn)品生命全周期中的設(shè)計(jì)、分析及加工制造的能力。在將CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化后，可以根據(jù)CAD/CAM技術(shù)教學(xué)進(jìn)程合理地安排實(shí)踐教學(xué)的流程和內(nèi)容，層層推進(jìn)，構(gòu)建科學(xué)的實(shí)踐教學(xué)體系內(nèi)容，如圖1所示。

圖1 CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和流程

1.2 模塊化實(shí)踐教學(xué)方法

對于上述不同的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，采用不同模塊的方法開展實(shí)踐教學(xué)。常用的實(shí)踐教學(xué)方法模塊有課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐、綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新應(yīng)用。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要采用現(xiàn)場演示、訓(xùn)練教學(xué)，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的檢查，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率；加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢查，提高實(shí)驗(yàn)的效果。課外實(shí)踐主要采用引導(dǎo)教學(xué)，布置課外實(shí)踐任務(wù)，幫助學(xué)生解答實(shí)踐過程中遇到的難題，增強(qiáng)學(xué)生自我解決實(shí)踐問題的能力。在綜合訓(xùn)練中，采用集中講解與個(gè)別輔導(dǎo)的方法。集中講解綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，在實(shí)踐活動中進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)行輔導(dǎo)，避免了實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)現(xiàn)象，切實(shí)地提高學(xué)生的實(shí)際動手能力。在創(chuàng)新應(yīng)用模塊中，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，講解創(chuàng)新的方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，對創(chuàng)新活動中所運(yùn)用的工作原理、方法、可能性進(jìn)行指導(dǎo)與評價(jià)。以上四個(gè)實(shí)踐方法模塊可以在CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中依次實(shí)施，由淺入深地提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。具體來講，CAD、CAE實(shí)踐模塊的主要內(nèi)容為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上即可完成，所以在此模塊實(shí)踐教學(xué)中采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為主的方法，提高利用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件內(nèi)對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析的能力。CAPP、CAM實(shí)踐模塊的內(nèi)容與具體的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境相關(guān)，故多放在課外實(shí)踐模塊中進(jìn)行。對產(chǎn)品進(jìn)行工藝制定和數(shù)控編程后，現(xiàn)場引導(dǎo)學(xué)生如何利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的加工。而在綜合訓(xùn)練模塊中的實(shí)驗(yàn)則以CAD/CAM集成制造內(nèi)容為主，鍛煉學(xué)生利用CAD/CAM技術(shù)和軟件綜合解決工程實(shí)際問題的能力。在前面幾個(gè)模塊的教學(xué)之后，還可以指導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用的實(shí)踐鍛煉。通過各種CAD/CAM技術(shù)及機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽等，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2 CAD/CAM技術(shù)模塊化實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施和效果

在CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)實(shí)施過程中，以Pro/E、UG等綜合軟件和數(shù)控加工設(shè)備為實(shí)踐平臺，將實(shí)踐內(nèi)容以模塊方式組織，循序漸進(jìn)、由淺入深，在每一模塊中進(jìn)行針對性的實(shí)踐練習(xí)，使學(xué)生逐步適應(yīng)、步步為營；同時(shí)通過多種模塊實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行穿插強(qiáng)化，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)踐證明構(gòu)建模塊化的實(shí)踐教學(xué)體系，使實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)緊密聯(lián)系，既鞏固了理論知識又突出了學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化了學(xué)生綜合工程素質(zhì)，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)踐教學(xué)效果。

3 結(jié)語

CAD/CAM技術(shù)具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性。CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系、內(nèi)容和方法等還需要不斷地研究和探索。良好的CAD/CAM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系的建立對于制造業(yè)信息化人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

[1]王定標(biāo)，郭茶秀，向颯.CAD/CAE/CAM [M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]鄧敏和，梁式.CAD/CAM綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與思考[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2004（2）:67-68.

[3]葛友華.機(jī)械CAD/CAM [M].西安電子科技大學(xué)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(lǐng)域?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)制造。