曾文忠

（重慶三峽職業(yè)學院，重慶 404115）

“3D”數(shù)字化大賽促進機械類教學改革和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)

曾文忠

（重慶三峽職業(yè)學院，重慶 404115）

三維數(shù)字化產(chǎn)品設計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，機械智能化制造技術的應用和實現(xiàn)就是其中的代表。以“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽”為契機，“以賽促教、以賽促學、以賽促用、以賽促新”為宗旨，加強教師三維數(shù)字化機械設計教學能力，引導課程改革，不斷提升職業(yè)院校學生“3D”數(shù)字化設計技能。推動機械創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

“3D”數(shù)字化設計；“3D大賽”；“中國制造2025”；智能化制造技術

“中國制造2025”,以“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化”為發(fā)展方針的戰(zhàn)略對策和行動計劃：①推行數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化制造；②提高產(chǎn)品設計能力等八項戰(zhàn)略對策。

“3D”數(shù)字化設計大賽以“三維數(shù)字化”與“創(chuàng)新設計”為特色“創(chuàng)意、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)”為核心。大賽要求首先是實用創(chuàng)新活動，同時必須基于3D/三維數(shù)字化技術平臺或使用3D/三維數(shù)字化技術工具實現(xiàn)。以"以賽促教、以賽促學、以賽促用、以賽促新"為宗旨，旨在弘揚創(chuàng)新文化、推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)、促進3D技術應用發(fā)展。

1 “3D”數(shù)字化設計成為機械設計的必然趨勢

傳統(tǒng)機械設計是以長期經(jīng)驗積累為基礎，通過力學、數(shù)學建模及試驗等形成的經(jīng)驗公式，運用條件性計算或類比方法設計，采用手工計算、繪圖、設計的準確性差、工作周期長、效率低。以二維工程圖為載體，產(chǎn)品設計人員通常將表達設計思想以視圖的方式來表達，機械加工人員又必須具備讀圖的能力，這種稱為空間想象能力。目前工科院校普遍通過機械制圖課程來培養(yǎng)學生的空間想象能力、邏輯思維能力?！?D”數(shù)字化設計充分發(fā)揮設計者的能力，運用“3D”軟件進行創(chuàng)新構思，通過創(chuàng)造性思維設計出具有新穎性、創(chuàng)造性和實用的機械產(chǎn)品；“3D”數(shù)字化設計的過程大都是先構思后表達。從三維開始，經(jīng)過邏輯推斷、分析與決策、而產(chǎn)生設計方案。設計者更關注產(chǎn)品設計，而不是產(chǎn)品的圖形表示，有利于設計的連續(xù)性。相對于傳統(tǒng)機械設計，創(chuàng)新設計更重視設計過程中的創(chuàng)造性思維。

2 運用“3D”軟件輔助教學，培養(yǎng)學生的3D意識

運用“3D”軟件于機械專業(yè)課程的輔助教學，教學效果事半功倍。在《機械制圖》教學中，工科院校的學生剛進大學校門，空間想象力較差。因此，課堂教學要求教師采用更好的手段方法。在機械制圖教學中，運用三維CAD軟件的零件造型模塊輔助三視圖投影教學，構建由基本體到組合體一系列的實體模型，引導學生運用投影規(guī)律認識模型與視圖之間的關系，熟悉這些視圖所對應的空間形體，實現(xiàn)從平面到空間的思維轉(zhuǎn)換；通過演示零件的建模過程，也可以幫助學生認識零件結構，把學生不容易理解的抽象理論和復雜空間視圖變成形象、具體、易掌握的內(nèi)容。在工程圖中，很多形體內(nèi)部還有其它各式各樣的結構，通過對模型的翻轉(zhuǎn)、修改，學生直觀進入三維空間，更能理解三維實體與三視圖的投影關系，有效的培養(yǎng)學生的空間想象、創(chuàng)造能力。《機械設計基礎》課程，理論性、系統(tǒng)性很強。在教學中具有承上啟下的作用。要求學生掌握一般機械中常用機構的工作原理、組成、性能特點，具備對機構和零件進行分析計算和使用技術資料的能力，具有設計簡單機械和簡單傳動裝置及分析、解決一般工程問題的能力。利用“3D”數(shù)字化設計，首先根據(jù)功能要求，創(chuàng)建關鍵零部件的實體模型，然后進行強度、剛度分析，虛擬裝配、全局干涉分析、機構運動仿真模擬。同時考慮加工工藝，反復進行結構調(diào)整，直到設計出結構合理、工藝性強和生產(chǎn)便利的產(chǎn)品，學生直觀感受產(chǎn)品的設計過程。運用“3D”軟件的強大功能到《機械設計基礎》課程各知識點的教學中。學生對機械設計有更好的理解和把握。“3D”意識在學習過程中潛移默化的達成。

3 加強教學，強化學生的3D意識，掌握“3D”數(shù)字化設計技能

三維模型的產(chǎn)品設計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，由于產(chǎn)品三維模型具有可視化、數(shù)字化和虛擬化等特點,使其成為產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)（CAD、CAE、CAPP、CAM等）不可或缺的基礎載體。目前主流的三維CAD軟件：UG NX、Pro／Engineer、CATIA等軟件內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設計、工業(yè)造型設計、三維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬、加工制造，能夠?qū)⒃O計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。重慶三峽職業(yè)學院以參加“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽”為契機，以“以賽促教、以賽促學、以賽促用、以賽促新”為宗旨。精心設計人才培養(yǎng)方案，分別在第三、四學期開設了《三維零件結構與設計》、《CAD/CAM技術應用》等課程。通過學習本軟件，培養(yǎng)學生三維軟件的操作、零件造型設計、產(chǎn)品裝配、工程圖制作、三維建模能力。建立CAD/CAM的先進設計理念，培養(yǎng)機械創(chuàng)新設計能力。

（1）課程設計的總體思路。按照機械類人才的成長規(guī)律，教學過程以學生為主體，以能力目標的實現(xiàn)為核心。將教學過程分解為理論教學、實訓、機械產(chǎn)品設計三大部分，各個環(huán)節(jié)有機銜接，教學過程依次展開，課堂理論教學、上機實際操作、方案設計討論、企業(yè)項目設計、評價都全部貫穿于整個教學活動之中。把企業(yè)先進的設計方法及設計理念貫穿其中，了解行業(yè)對三維軟件的使用情況和利用率，并及時跟蹤其產(chǎn)品設計開發(fā)發(fā)展最新動態(tài)。

（2）教學內(nèi)容的組織與安排。三維建模技能的教學過程，更是為學生建立三維設計思想，拓展三維設計視野，為今后學習更專業(yè)的3D參數(shù)化設計軟件做鋪墊的過程。因此在教學中不僅要重視通過建模實例熟悉命令，更應注重通過三維建模思路的分析比較，學生在學習中不拘于教材或老師的建模步驟而獨立完成三維建模，讓學生能舉一反三，熟悉三維建模的思維過程，達到真正理解與掌握三維建模過程的目的。針對高職學生的特點，要將該課程教學的重點放在其應用上，大量采用源于企業(yè)的典型教學案例、全國和各省市歷屆“3D”大賽的題目，以項目實訓的形式來完成。既有重復性的技能操作，又有綜合性、設計性、探索性題目，還有來自企業(yè)一線的具體課題。圍繞核心知識技能點，以任務引領，將知識點進行反復運用，通過工程項目的綜合演練，讓學生牢固掌握教學內(nèi)容，并能夠真正運用于實際。使教學環(huán)節(jié)和教學內(nèi)容最大限度與實際產(chǎn)品設計相結合。

（3）強化實訓環(huán)節(jié)，突出機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)?！?D”數(shù)字化設計大賽以“三維數(shù)字化”與“創(chuàng)新設計”為特色。整個參賽過程經(jīng)歷產(chǎn)品的方案設計、零部件的三維建模、裝配、數(shù)控加工。為了突出機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)，注重實訓的效果。通過安排足夠的實訓時間，訓練學生的操作技能。為此，我們精心設計了學生基本技能實訓、專項技能實訓及綜合設計能力實訓環(huán)節(jié)，形成了一套較為完整的實踐教學體系，并使其貫穿于整個教學過程的始終。能力訓練的過程循序漸進，通過實際機械產(chǎn)品的設計與制作，每一個項目首先組織學生分析工藝方案、研討實施方案，引導學生充分利用CAD軟件的各項功能獨立完成整個設計項目。學生在設計中對比不同的建模思路、方法對產(chǎn)品設計結果的影響，達到舉一反三的效果。結合全國“3D”數(shù)字化設計大賽，筆者設計一系列的技能實訓項目。項目由簡單的機構設計到復雜的夾具、模具等機械產(chǎn)品的設計。如課程設計“夾具”項目，改變以前完成設計方案和繪制工程圖的做法，現(xiàn)在按照“3D”數(shù)字化設計的要求，學生接到設計任務后，通過分析設計要求，確定設計方案，采用從上至下的設計理念，分析其工作原理，產(chǎn)品的整體輪廓，細化零部件的具體結構和尺寸，對整個產(chǎn)品進行統(tǒng)一的規(guī)劃設計。運用三維CAD軟件完成零部件的建模。按照機械零件的裝配要求，完成虛擬裝配。然后對產(chǎn)品進行詳細的分析、通過干涉檢查，檢驗零件的建模是否存在錯誤，反復修改設計方案，最終生成夾具的工程圖。運用計算機輔助制造技術，再將零部件再進行實際的加工和裝配。通過一個個工作項目的完成，學生進行復雜機械類零部件的設計、裝配、分析，工程實踐能力大為提高，同時對三維CAD技術的應用有了更加充分的認識。學生逐步養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、獲得熟練的操作技能、大膽的創(chuàng)新思路。配合全國“3D”大賽，鼓勵學生積極參加學院“3D”建模大賽，大賽在內(nèi)容和形式上都要求靈活多樣，可以單人設計，也可以幾個學生合作設計，方法上以學生設計為主，選拔優(yōu)秀的學生參加全國大賽，學生以“學3D!用3D!我創(chuàng)造!我快樂!”，推動3D技術創(chuàng)新人才培養(yǎng)道路。

4 結語

基于三維模型數(shù)字的產(chǎn)品設計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，機械智能化制造技術的應用和實現(xiàn)，職業(yè)院校在教學過程中強化CAD教學，注重培養(yǎng)學生的三維CAD的創(chuàng)新設計，推動3D技術創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。利用“3D”數(shù)字化設計，實現(xiàn)機械的創(chuàng)新設計。

［1］宋波.論機械制造的智能化技術發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（21）.

［2］李文澤，單玉梅.機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計特點與技術進步［J］.民營科技，2010，（6）.

曾文忠（1969-），男，重慶萬州人，大學本科，副教授，主要研究方向：機械設計、計算機輔助設計軟件在機械方面的應用。