CAD大賽與我國CAD教育現(xiàn)狀分析

鄧學雄， 熊志勇， 劉 林， 熊 巍

（華南理工大學設計學院，廣東 廣州 510006）

2011年，我國組隊參加了第41屆世界技能大賽，在國內引起了較大的反響。世界技能大賽中的CAD機械設計項目與我國高校工科類專業(yè)的機械設計、機械制圖、機械制造、計算機繪圖等課程密切相關。通過大賽我們體會到世界級的技術人才不只是局限在操作技能方面，還要求很全面的專業(yè)知識和很高的綜合素質，對于中國選手還需要有很強的英語能力。我國CAD教育成果已經滲透到各個領域，尤其在機械行業(yè)，CAD應用呈現(xiàn)出既有廣度又有深度的現(xiàn)狀。即便如此，隨著科學技術的不斷發(fā)展，對CAD教育不斷提出新要求。世界技能大賽CAD機械設計項目的競賽內容和要求，更是引起我們在教學改革發(fā)展上的新思考。

1 世界技能大賽

世界技能大賽（Worldskills International）是由世界技能組織舉辦，代表國際最高水平的世界性職業(yè)技能競賽。其宗旨是通過成員之間的合作，促進青年人、培訓師的職業(yè)技能水準的提升，并積極推廣職業(yè)技能，加強各國在職業(yè)技能領域的合作與交流。該大賽自 1950年在西班牙馬德里首次舉行以來，目前每2年舉辦1次，包含46個項目，至今已舉辦了 41屆，被譽為“技能界的奧林匹克”。

世界技能大賽中的 CAD 機械設計(Mechanical Engineering Design – CAD)項目，遵循相關行業(yè)和國際標準化組織(ISO)的最新標準，涵蓋了行業(yè)技術人員應用計算機輔助設計(CAD)工具建立工程產品設計的模型、圖紙，包含制造信息和涉及機械產品設計的零部件文檔編制工作。該項目的比賽是一個與CAD機械設計技能相關的能力評估和技能示范過程，但比賽項目的內容完全來源于行業(yè)或企業(yè)的實際工作[1]。

CAD機械設計項目競賽試題由 4個相互獨立模塊組成（機械制造裝配和詳細設計、機械制造、機械設計挑戰(zhàn)、實體模型逆向工程），參賽選手在4天時間里依次測試這4個模塊（如圖1所示）[2]。這些試題的內容包括：金屬鈑金類零件、桁架結構及其組件、焊接部件和裝配件、機械零件和裝配件、圖紙的詳細繪制、模型的功能仿真和照片級渲染、實體模型的逆向工程、更改產品的現(xiàn)有設計來完善設計。CAD機械設計試題各模塊考核形式與任務要求見表1。這種模塊化的試題設計能以貼近企業(yè)實際工作的方式，綜合考核選手CAD機械設計技能的掌握情況。

圖1 世界技能大賽CAD項目競賽內容

表1 CAD機械設計試題各模塊考核形式與任務要求

中國政府于2010年正式加入世界技能組織，2011年10月首次組隊參加在英國倫敦舉行的第41屆世界技能大賽，我國6名青年技能選手代表中國分別參加了CAD機械設計、數(shù)控車、數(shù)控銑、美發(fā)、網站設計、焊接6個項目的比賽（每個項目限1名選手）。經過4天激烈角逐，在51個代表團中，我國代表團取得的總平均分排名第2，并獲得1枚銀牌、5枚優(yōu)勝獎牌的較好成績。華南理工大學魏駿楊同學作為我國CAD機械設計項目選手參加了本次大賽，并獲得優(yōu)勝獎（第8名）的好成績。充分展示了中國隊的整體實力，對宣傳我國高技能人才工作成果，擴大我國在職業(yè)培訓領域的影響力，培養(yǎng)造就具有國際水平的高技能人才隊伍具有重要意義。

培養(yǎng)與國際接軌的高技能創(chuàng)新人才是一項復雜的系統(tǒng)工程。世界技能大賽CAD機械設計項目比賽嚴格遵循行業(yè)和ISO最新標準，外語要求高，考核知識范圍廣。比賽內容涉及機械基礎（如機械原理、機械設計、機械制圖等）、計算機輔助設計（三維建模、三維仿真、三維動畫等）、鋼結構設計、鈑金、焊接、復雜零件測繪等方面的知識，要求參賽者具備較強的工程設計和計算機應用的綜合能力。我們認為，通過世界技能大賽，找出我國CAD機械設計與國際水平的差距；通過選拔培養(yǎng)參賽選手，以點帶面地培養(yǎng)與國際接軌、能夠擔當由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”跨越重任的CAD高技能創(chuàng)新型人才，以加快我國產業(yè)的轉型升級。

2 廣東省CAD大賽及其分析

為加快具有國際視野的CAD高技能創(chuàng)新人才培養(yǎng)，廣東省工程圖學學會先后于 2010年和2011年主辦了“廣東省CAD圖形技能及創(chuàng)新大賽”（以下簡稱省CAD大賽）。廣東省有關部門予以大力支持，將CAD大賽定為廣東省省級二類職業(yè)技能競賽（今年升級為省級一類職業(yè)技能競賽），廣東省職業(yè)技能鑒定指導中心給優(yōu)勝選手頒發(fā)國家中級、高級繪圖員證書。

兩次大賽都得到全省高等、中等、職業(yè)、技工等院校的積極支持和參與。2010年第1屆參賽的有22隊，110名選手；2011年第2屆參賽的有50隊，150名選手。以2011省CAD大賽為例，機械CAD比賽設高級組和中級組2個級別，高級組有33所院校參加，中級組有9所中等院校參加，比賽成績如表2所示。

表2 2011年省CAD大賽成績平均分

由表2的比賽數(shù)據(jù)可見，高級組學生手繪能力強于計算繪圖（含計算機二維繪圖和計算機三維繪圖）能力，中級組學生手繪能力和計算機三維繪圖能力都較強，且各項數(shù)據(jù)都強于高級組。這一情況雖然與不同組別競賽題目的難度差異有關，但從某種意義上說，也反應我國CAD教育的現(xiàn)狀。在高等院校中，除極少數(shù)院校專門開設CAD軟件課程外，大部分院校將CAD安排在工程制圖課程中，而且在教學過程中又主要側重在投影理論和手繪訓練方面。計算機二維繪圖和計算機三維繪圖多是穿插進行，時間也很有限，造成高等院校學生計算機繪圖、特別是計算機三維繪圖能力較弱。在中等院校中，大部分是將工程制圖和CAD教學設置成不同的課程。工程制圖課程課時較長，而且普遍要求學生進行零部件測繪；CAD課程多在機房邊講邊上機練習，而且上機時間也能得到充分保證。因此，中等院校學生手繪和CAD軟件使用方面較高等院校學生更熟練，不過他們在CAD機械設計理論和創(chuàng)新方面與高等院校學生相比，還是存在一定的差距。

3 CAD大賽與世界技能大賽接軌

國內高校CAD課程內容與世界技能大賽內容相比差距較大，要經過較長時間和高強度訓練的優(yōu)秀選手才能應對這樣繁重（共 22小時）的比賽任務。為了促進我國機械CAD教育與世界技能大賽接軌，我們嘗試逐步引入世界技能大賽CAD機械設計技能標準，制定計算機輔助設計技師繪圖員鑒定標準和開展CAD競賽，對廣東省乃至全國各類院校和企業(yè)CAD從業(yè)人員的機械CAD教育起到導向和示范作用。

最近，廣東省在制定CAD大賽技術方案和鑒定標準時，充分考慮本省CAD教育和應用現(xiàn)狀，參照國家制圖員技師標準，結合世界技能大賽的情況，在原計算機繪圖員技術標準的基礎上制定了“計算機輔助設計技師繪圖員鑒定標準（機械類）”。該標準集成了世界技能大賽 CAD機械設計項目第1天、第3天、第4天內容（見 表1），具內容如表3所示。

表3 計算機輔助設計技師繪圖員（機械類）

廣東省CAD大賽組委會經過反復研討，考慮到廣東省不同層次院校CAD圖學教育現(xiàn)狀，決定今年首先將世界技能大賽CAD機械設計項目比賽模式和內容引入2012年大賽CAD機械設計工種的職工組比賽項目中，然后再逐步推廣到學生組（包括中級組和高級組）。旨在通過競賽提高廣東省CAD大賽水平，促進與世界技能大賽接軌的 CAD高技能復合型創(chuàng)新人才隊伍培養(yǎng)，以提高廣東省企業(yè)的自主創(chuàng)新能力。廣東省CAD大賽的特點主要有以下5個方面：

1） 與世界技能大賽接軌，競賽內容初步與世界技能大賽接軌，表現(xiàn)在三維建模、裝配與運動仿真、零件模型測繪等方面。

2） 賽事級別高，今年已將CAD大賽定為省級一類職業(yè)技能競賽。

3） 選手來源廣，參賽選手有本科、高職高專、技師學院、中職中專、技工學校的學生，有企事業(yè)單位不同層次CAD相關人員。

4） 獲獎榮譽高，參賽選手的成績如符合廣東省職業(yè)技能鑒定指導中心規(guī)定者，按有關程序頒發(fā)相應級別國家職業(yè)資格證書（機械類職工組頒發(fā)技師證書）。機械類職工組選手競賽成績優(yōu)異者，可由廣東省人力資源和社會保障廳授予“廣東省技術能手”榮譽稱號。

5） 競賽形式新穎，今年將開放部分競賽項目比賽現(xiàn)場，讓觀眾可觀摩選手的整個比賽過程，并設置互動環(huán)節(jié)（同期達人秀、體驗設計、學術報告、技術講座等），邀請媒體進行報道。本大賽將對廣東省乃至全國各類院校和企業(yè)CAD從業(yè)人員CAD技能培訓具有導向作用。

4 機械CAD現(xiàn)狀

我國企業(yè)CAD的廣泛應用始于20世紀90年代初“甩圖板工程”，通過引入計算機二維繪圖代替手工繪圖，主要使用AutoCAD軟件。雖然傳統(tǒng)的制圖方法是通過二維視圖來描述三維實體，但這種描述難以作進一步的結構分析、運動機構分析和數(shù)控加工，不能真正做到生產的自動化。隨著三維建模軟件以及數(shù)控加工設備的成熟，越來越多企業(yè)應用三維 CAD，而且能夠很好地解決上述問題。

20世紀90年代，隨著計算機技術的發(fā)展逐步深入，我國已將計算機繪圖技術引入到工程制圖的課程中，并逐步以三維設計的方法來改革工程制圖的課程體系和教學內容[3-8]。目前，我國各類高校、職業(yè)院校在CAD和工程制圖教學方面主要有兩種：第一，工程制圖與CAD繪圖合并為一門課程，把CAD結合制圖課的內容安排在某些章節(jié)穿插講解。第二，工程制圖與CAD分為兩門課程，相對獨立，課時比前者稍多。兩種教學模式各有利弊，前者將CAD與投影制圖的知識密切結合，相互滲透，但CAD的教學內容較為分散；后者的CAD教學較為集中，系統(tǒng)性較好，但占有的學時較多。

教學CAD軟件以AutoCAD、Solid Works最為多見，其次是 Pro/E、UG，再就是 Inventor、CAXA、Solid Edge等。這些軟件的選用主要與企業(yè)的應用狀況、技能鑒定部門的資格考核、上崗就業(yè)等有著密切的關系，再就是與教學要求、教材內容、師資情況，以及學校的設備配置等因素也有一定關系。

從20世紀90年代中期開始，全國就開展了CAD從業(yè)人員的系列認證工作。以廣東省為例，十多年來，廣東省職業(yè)技能鑒定指導中心在計算機繪圖員資格認證方面的工作就沒間斷過，目前累計已有 20多萬人獲得了中、高級計算機繪圖員職業(yè)技能資格證。有力地促進了廣東省職業(yè)技能培訓、鑒定等工作，甚至香港特別行政區(qū)也加入了廣東省的這一職業(yè)認證工作，使廣東省CAD職業(yè)技能培訓走在全國前列。

5 總 結

通過去年世界能大賽的國際交往和競賽情況，我們體會到我國在CAD應用、CAD教育方面與國際的差距主要有以下5方面：

1） 專業(yè)知識較為單一，內容綜合性不夠強。如教學中主要側重在一般的機械零件和裝配方面，在鈑金、桁架、焊接等方面的內容很少甚至欠缺，學生的綜合應用能力不強。

2） 實踐環(huán)節(jié)不夠充分，包括金工實習、零部件測繪等。

3） 學生的機械基礎不夠扎實。

4） 教學環(huán)境開放性不夠，教學內容與工程實際結合不夠密切，學生的實際應用能力不強。

5） 社會交往少，GB與ISO有一定差異，學生的視野不夠開闊。

本次世界技能大賽的CAD機械設計項目，除了必須具備的機械基礎和 CAD的基本要求外，還涉及到鋼結構、鈑金、焊接等方面的知識，也許下一屆大賽還會涉及更多更新的知識領域。雖然，我們的教學不是為了比賽，不可能賽什么就學什么，但有些問題確實應該引起我們的思考，在今后的教學中應當予以重視。

我國是第1次參加世界技能大賽，準備不夠充分，經驗不足，CAD項目能取得優(yōu)勝獎也實屬不易。參加世界技能大賽得到各級政府的高度重視，參賽選手和培訓專家回國后先后榮幸地受到中央和地方政府領導的接見和鼓勵。下一屆“大賽”2013年在德國舉行，目前，我國正在進行選手的選拔工作，近期將組成國家集訓隊，為參加第 42屆世界技能大賽并取得更加喜人的成績作充分的準備。

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[2]www.worldskillslondon2011.com

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