CAD/CAM教學(xué)問題探討及其發(fā)展前景

馮 方

FENG Fang

（浙江紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院，紹興 312000）

0 引言

CAD是Computer Aided Design的簡稱，也叫做計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，運(yùn)用自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對產(chǎn)品或工程進(jìn)行方案構(gòu)思、總體設(shè)計(jì)、工程分析、圖形編輯和技術(shù)文檔整理等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱，是一門多學(xué)科綜合應(yīng)用的新技術(shù)。CAD技術(shù)是一項(xiàng)產(chǎn)品建模技術(shù)，它是將產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，并把建立的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，供后續(xù)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)所共享，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命周期的全過程。

CAM是Computer Aided Manufacturing的簡稱，也叫做計(jì)算機(jī)輔助制造，是利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理、控制和操作的過程。生產(chǎn)實(shí)際的需求是所有技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的原動(dòng)力，CAM在實(shí)際應(yīng)用中取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，并且在提高企業(yè)市場競爭能力方面發(fā)揮著重要作用。

CAD/CAM技術(shù)是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來的一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有知識(shí)密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。CAD/CAM技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術(shù)隨著Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)和并行高性能計(jì)算及事務(wù)處理的普及，使奢地、協(xié)同、虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)仿真技術(shù)在CAD/CAE/CAM中得到了廣泛應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，在一定程度上能反映出一個(gè)國家的綜合實(shí)力。

1 CAD/CAM教學(xué)問題及其改革

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及其與設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的相互結(jié)合與滲透，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造作為先進(jìn)制造手段之一在企業(yè)中得到普遍應(yīng)用，很多工科大專院校已將該門課程列入專業(yè)基礎(chǔ)課群中。通過對該課程進(jìn)行的一系列教學(xué)改革措施，包括教學(xué)目標(biāo)的修正、教學(xué)內(nèi)容的整合、上機(jī)實(shí)驗(yàn)的調(diào)整以及教學(xué)方法的改進(jìn)，可以在很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，并提升教學(xué)質(zhì)量。

1.1 CAD/CAM教學(xué)問題

CAD/CAM是指結(jié)合專業(yè)技術(shù)、通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助進(jìn)行設(shè)計(jì)與建造的一門應(yīng)用性很強(qiáng)的新興學(xué)科。雖然我們國家在CAD/CAM方面取得一定的進(jìn)展，但關(guān)鍵的創(chuàng)新技術(shù)，和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面的人才還依然缺乏。現(xiàn)在，在許多高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，雖然開展了CAD/CAM方面的教學(xué)，開出了一些相關(guān)課程；但是，很多學(xué)校在CAD/CAM方面的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)水平等方面參差不齊，普遍缺乏綜合設(shè)計(jì)能力，對二次開發(fā)的能力以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足、創(chuàng)新理論的不足，對CAD/CAM究竟最應(yīng)該學(xué)習(xí)什么和怎樣學(xué)習(xí)等問題認(rèn)識(shí)不足；而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)技術(shù)進(jìn)步對高等職業(yè)教育在CAD/CAM教學(xué)方面提出的要求。因此，對CAD/CAM教學(xué)模式的改革尤為重要了。

1.2 CAD/CAM教學(xué)的改革

首先，CAD/CAM技術(shù)作為設(shè)計(jì)與建造的一種極為重要的手段，將專業(yè)知識(shí)與CAD/CAM緊密結(jié)合是CAD/CAM課程本身的特點(diǎn)，其教學(xué)應(yīng)緊密結(jié)合具體專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)來確定CAD/CAM的教學(xué)內(nèi)容，不同專業(yè)的CAD/CAM教學(xué)應(yīng)有不同側(cè)重。因此，樹立一個(gè)好的培養(yǎng)目標(biāo)是CAD/CAM教學(xué)中改革首先要解決的問題。CAD/CAM教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)在結(jié)合專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用上下工夫，克服計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造教學(xué)上存在的理論與實(shí)際相脫節(jié)、應(yīng)用性不強(qiáng)的問題。針對這一問題，我們可以設(shè)定“1+2”模式的培養(yǎng)目標(biāo)，即1節(jié)理論，1節(jié)實(shí)踐，對應(yīng)1節(jié)成功案例分析。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的同時(shí)，將實(shí)踐與理論相結(jié)合，并培養(yǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這樣就能讓課程內(nèi)容就與企業(yè)當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，并不斷跟蹤先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，使學(xué)生真正掌握到了最新CAD/CAM的知識(shí)與技能。

其次，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在CAD/CAM應(yīng)用軟件的教學(xué)中只注重命令的介紹，或者說強(qiáng)調(diào)命令的操作步驟，而不重視命令以外的東西。由于教師本身的學(xué)業(yè)水平及其素質(zhì)問題，功能性教學(xué)方法被廣泛采用。采用這種方法學(xué)生不可能在教學(xué)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)宏觀地、整體地去把握事物的內(nèi)涵，所學(xué)的知識(shí)缺乏連貫性，獨(dú)立操作軟件的水平不高，只能簡單模仿和死記硬背。同時(shí)該方法往往是以教師為中心，課堂上教師講得多，學(xué)生參與少，不能適應(yīng)培養(yǎng)高技能人才的需要。所以，對老師的技術(shù)培養(yǎng)和交流也需要一定的改進(jìn)。讓教師極參加教研教改項(xiàng)目，可以每星期或每個(gè)月組織一次教師的培訓(xùn)，針對當(dāng)前流行技術(shù)的理解以及軟件更新的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)理念的消化以及課件的更新，以教改促進(jìn)課程教學(xué)整體質(zhì)量的提高。這樣才能使得技術(shù)不至于落后教師水平也得到了提高。

再次，在現(xiàn)階段的實(shí)踐環(huán)境中，我們采用的一般是“一人一機(jī)”的教學(xué)模式，這樣就使得學(xué)生各做各的，卻乏了團(tuán)隊(duì)合作的精神。因此，教師最好把具體設(shè)計(jì)制造案例應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)行以學(xué)生團(tuán)隊(duì)方式組成小組進(jìn)行CAD/CAM課程教學(xué)?；蛘咭部梢栽谶m當(dāng)?shù)臅r(shí)候舉行一些技術(shù)討論，設(shè)計(jì)方案的討論會(huì)，加強(qiáng)學(xué)員之間的溝通能力，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。達(dá)到讓知識(shí)共享的效果。

科技飛速發(fā)展的今天，通過幾年的改革實(shí)踐，CAD/CAM技術(shù)中心將逐步形成一個(gè)更為開放的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)資源和課件也將得到充實(shí)，能夠給學(xué)生提供一個(gè)自主在線學(xué)習(xí)的平臺(tái)。讓學(xué)生把實(shí)踐、原理與實(shí)踐、設(shè)計(jì)和應(yīng)用并重，融會(huì)貫通實(shí)用的原理和方法，再經(jīng)過大量上機(jī)與試驗(yàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和解決實(shí)際工程問題的能力也會(huì)得到很大的提高。

2 CAD/CAM發(fā)展趨勢

CAD/CAM技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代末,先后走過了大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微機(jī)時(shí)代,每個(gè)時(shí)代都有當(dāng)時(shí)流行的CAD/CAM軟件。20世紀(jì)90年代以后，微機(jī)平臺(tái)的CAD/CAM軟件占據(jù)著主導(dǎo)地位,國內(nèi)外有一大批優(yōu)秀的CAD/CAM軟件。CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用范圍也日趨廣泛。隨著世界市場的多變與激烈競爭，隨著各種先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和先進(jìn)制造模式的發(fā)展，隨著高檔微機(jī)、操作系統(tǒng)和編程軟件的發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)正在經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，正在向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

2.1 集成化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，集成化已成為CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個(gè)最為顯著的趨勢。CAD/CAM系統(tǒng)已從簡單、單一、相對獨(dú)立的功能發(fā)展成為復(fù)雜、綜合、緊密聯(lián)系的功能集成系統(tǒng)。這里所說的集成是指CAD/CAPP/CAM/CAE的集成，它們的集成應(yīng)是建立一種新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、分析以及技術(shù)管理的一體化，并不是將孤立的CAD、CAPP、CAM和CAE等系統(tǒng)進(jìn)行簡單的連接，而是從概念設(shè)計(jì)開始就考慮到集成。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)表明，CAD系統(tǒng)的效益往往不是從其本身，而是通過CAM和PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來；反過來，CAM系統(tǒng)假如沒有CAD系統(tǒng)的支持，花巨資引進(jìn)的設(shè)備往往很難得到有效地利用；PPC系統(tǒng)假如沒有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為計(jì)劃的依據(jù)，訂出的計(jì)劃也較難貫徹執(zhí)行，所謂的生產(chǎn)計(jì)劃和控制將得不到實(shí)際效益。因此，通過集成，最大限度地實(shí)現(xiàn)了企業(yè)信息共享，建立新的企業(yè)運(yùn)行方式，提高了生產(chǎn)效率。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程集成并行地進(jìn)行，人們可以突破地域的限制，在廣域區(qū)間和全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作和資源共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的標(biāo)志。網(wǎng)絡(luò)在全球化，制造業(yè)也將全球化，從獲取需求信息，到產(chǎn)品分析設(shè)計(jì)、選購原輔材料和零部件、進(jìn)行加工制造，直至營銷，整個(gè)生產(chǎn)過程也將全球化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使CAD/CAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成成為現(xiàn)實(shí)。 CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化能使設(shè)計(jì)人員對產(chǎn)品方案在費(fèi)用、流動(dòng)時(shí)間和功能上并行處理的并行化產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)；能提供產(chǎn)品、進(jìn)程和整個(gè)企業(yè)性能仿真、建模和分析技術(shù)的擬實(shí)制造系統(tǒng)；能開發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)，產(chǎn)生和優(yōu)化工作計(jì)劃和車間級控制，支持靈敏制造的制造計(jì)劃和控制應(yīng)用系統(tǒng)；對生產(chǎn)過程中物流，能進(jìn)行治理的物料治理應(yīng)用系統(tǒng)等。隨著Internet的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAM技術(shù)，需要在能夠提供基于網(wǎng)絡(luò)的完善的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境和提供網(wǎng)上多種CAD應(yīng)用服務(wù)等方面提高水平。

2.3 智能化

智能化CAD/CAM設(shè)計(jì)是含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)，是指將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于CAD/CAM系統(tǒng)中，深入研究人類認(rèn)識(shí)和思維的模型，并用信息技術(shù)來表達(dá)和模擬這種模型，使其具有人類專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷的功能及智能化的視覺、聽覺、語言能力，從而解決以前那些必須由人類專家才能解決的設(shè)計(jì)、制造難題。智能化CAD/CAM技術(shù)涉及新的設(shè)計(jì)理論與方法（如并行設(shè)計(jì)理論、大規(guī)模定制設(shè)計(jì)理論、概念設(shè)計(jì)理論、創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論等）和設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的基本理論與技術(shù)（如設(shè)計(jì)知識(shí)模型的表示與建模、知識(shí)利用中的各種搜索與推理方法、知識(shí)獲取、工具系統(tǒng)的技術(shù)等）等方面。智能化是一個(gè)具有巨大潛在意義的發(fā)展方向，它可以在更高層次的創(chuàng)造性思維活動(dòng)基礎(chǔ)上，給予技術(shù)人員有效的輔助。智能化是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化

信息時(shí)代如同一百年前工業(yè)革命給社會(huì)帶來的變化一樣深刻。它改變和正在改變著人們的工作、生產(chǎn)和生活方式。信息技術(shù)的發(fā)展沖破了地域的局限,形成了全球市場,把競爭推向了空前激烈的階段。信息技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)化工作產(chǎn)生了巨大影響,引起了標(biāo)準(zhǔn)化工作的重大變革。現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)含有主要的信息量,標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)先于產(chǎn)品的開發(fā),標(biāo)準(zhǔn)能為技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展指出方向,能夠體現(xiàn)當(dāng)前世界前沿技術(shù)的發(fā)展。面對浩瀚的信息、廣闊的市場，要使無數(shù)的用戶和供應(yīng)商之間的信息交換暢通無阻，制定CAD/CAM系統(tǒng)的信息交換標(biāo)準(zhǔn)十分重要。包括工程圖樣標(biāo)準(zhǔn)化、零件標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)以及商務(wù)報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)等；其次是合作運(yùn)行方法標(biāo)準(zhǔn)化，包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)共享標(biāo)準(zhǔn)、虛擬生產(chǎn)協(xié)議等。

3 結(jié)束語

隨著日益激烈的市場競爭和Internet的迅速發(fā)展，CAD／CAM技術(shù)從興起到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一門新興產(chǎn)業(yè)，在一些先進(jìn)國家對現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)和加工制造技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用。得益于CAD/CAM技術(shù)的不斷完善，近十幾年來，數(shù)控編程技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 CAD/CAM設(shè)計(jì)和編程逐漸取代了CNC手工編程，特別是對復(fù)雜零部件三維曲面的編程，CAD/CAM軟件處于不可替代的地位。CAD/CAM技術(shù)的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進(jìn)一步完善,為全球各種工業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍，必將成為21世紀(jì)高科技產(chǎn)業(yè)不可缺少的必備技術(shù)。

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