民航類院校開設(shè)“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”的探索研究＊

顧興龍，凌云，王凱

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民航類院校開設(shè)“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”的探索研究＊

顧興龍，凌云，王凱

（中國民用航空飛行學(xué)院 航空工程學(xué)院，四川 廣漢 618307）

簡要介紹三維建模技術(shù)、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(shè)“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”課程的教學(xué)意義，分析總結(jié)課程的主干章節(jié)、合適的教學(xué)方法和學(xué)生評價(jià)方法。為民航類院校開展有關(guān)三維建模技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)提供參考。

民航；三維建模；CATIA；主干章節(jié)

培養(yǎng)全方位的民航人才對推進(jìn)民航強(qiáng)國戰(zhàn)略有著重大的影響，民航類院校是培養(yǎng)民航人才的主力軍。目前，民航類院校在校學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)大都存在理論和實(shí)際之間脫節(jié)的苦惱，而三維建模技術(shù)是一個理論聯(lián)系實(shí)際的紐帶，它可以將理論知識轉(zhuǎn)化到虛擬仿真中，經(jīng)濟(jì)、高效、切實(shí)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(shù)與應(yīng)用”教學(xué)。

1 三維建模簡介

三維建模技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中，它的出現(xiàn)快速地縮短了產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)周期，極大地降低了產(chǎn)品成本，顯著地提升了經(jīng)濟(jì)效益，熟練掌握運(yùn)用某類三維建模技術(shù)儼然是工科學(xué)生必須具備的基本素質(zhì)[1]。

1.1 三維建模概念

三維建模技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字化信息對現(xiàn)實(shí)世界中的物質(zhì)進(jìn)行幾何表達(dá)、儲存、分析的方法，它是產(chǎn)品信息化的開端，為現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造提供可靠的仿真分析，是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心內(nèi)容。利用三維建模軟件可以模擬現(xiàn)實(shí)事物的形體、材料、運(yùn)動，聲光熱等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)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(yè)設(shè)計(jì)類、藝術(shù)設(shè)計(jì)類、專業(yè)設(shè)計(jì)類。其中適用于工業(yè)設(shè)計(jì)的有AutoCAD、UG、Pro/E、Inventor、Solidworks、CAXA、ZW3D等；適用于藝術(shù)設(shè)計(jì)的有3dmax，MAYA，Blender，ZBrush，Rhino等；適用于專業(yè)設(shè)計(jì)的有CATIA、EXOCAD等。

民航類院校畢業(yè)生從事的工作以專業(yè)性較強(qiáng)的民航類工作為主，而CATIA、UG和Pro/E是適用于飛機(jī)設(shè)計(jì)的三維建模軟件。在對民航院校學(xué)生進(jìn)行調(diào)研和征詢專家后，得出CATIA是適用于民航類院校學(xué)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(lǐng)域眾所周知的“領(lǐng)袖”，其功能非常強(qiáng)大，包括二維繪圖、三維繪圖、裝配設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、高級曲面設(shè)計(jì)、自由外形設(shè)計(jì)、白車身設(shè)計(jì)、交互操作、逆向工程、整體外形修形、電氣設(shè)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(jī)等功能。在學(xué)習(xí)CATIA時(shí)，不同專業(yè)的學(xué)生需要根據(jù)自身發(fā)展的需要學(xué)習(xí)不同的功能模塊。

2 開課意義

在民航類院校開設(shè)“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”課程具有以下諸多意義：①開設(shè)三維建模技術(shù)可以豐富學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，為學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖提供實(shí)體相貫線、組合體、剖切面的模擬，可以使學(xué)生更好地理解工程制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)思想，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、制圖和識圖能力，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[2]。②可以為學(xué)生提供課堂理論與工程實(shí)際相碰撞的機(jī)會，學(xué)生在課堂上遇到難題，比如難以理解發(fā)動機(jī)工作原理，教師可以為學(xué)生提供三維運(yùn)動仿真、裝配拆解等幫助學(xué)生理解知識難點(diǎn)。③可以為學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造提供一種行之有效的科學(xué)研究方法，比如進(jìn)行機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析、輔助加工等。④可以為學(xué)生提供飛行器零部件的裝配工序仿真，展示重點(diǎn)監(jiān)測部位，優(yōu)化裝配參數(shù)，確保裝配符合要求，為學(xué)生提供新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方法[3]。⑤可以為學(xué)生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的技術(shù)手段，方便學(xué)生參加各類工程競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，提高學(xué)生分析、解決實(shí)際工程問題的能力。

3 教學(xué)實(shí)施內(nèi)容

民航類院校學(xué)生開設(shè)“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”課程，主干課程部分應(yīng)該包含三維工程制圖理論、產(chǎn)品零件建模、產(chǎn)品裝配建模、產(chǎn)品裝配的可行性、產(chǎn)品二維工程圖繪制、產(chǎn)品運(yùn)動仿真、產(chǎn)品有限元分析等[4]。

3.1 課程主干章節(jié)

課程主干章節(jié)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(shè)計(jì)，講解產(chǎn)品造型相關(guān)的功能指令，包括零件草圖的繪制、基礎(chǔ)特征建模、特征變換和編輯、曲線線框設(shè)計(jì)、曲面造型等。第⑥章介紹裝配模塊、裝配的約束設(shè)置、裝配的設(shè)計(jì)修改、分解視圖等。第⑦章介紹運(yùn)動仿真模塊相關(guān)知識，包括創(chuàng)建機(jī)械裝置、創(chuàng)建接合、創(chuàng)建驅(qū)動、模擬和動畫；第⑧章介紹CATIA的工程圖設(shè)計(jì)功能，在完成零件的三維建模后，利用三維模型導(dǎo)出二維工程圖。第⑨章利用CATIA的機(jī)械實(shí)體造型功能和創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)功能，通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件、軸類、盤蓋類、箱體類等零件，以及工業(yè)小產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，演示CATIA的實(shí)際應(yīng)用功能。

3.2 主要教學(xué)方法

CATIA是專業(yè)性、實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的應(yīng)用軟件，課堂教學(xué)可不拘泥于傳統(tǒng)教學(xué)，而根據(jù)軟件不同的功能模塊采用多種教學(xué)方法相結(jié)合會取得較好的效果[5]?？偨Y(jié)起來有如下教學(xué)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(chǔ)命令引導(dǎo)學(xué)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(shí)，通過實(shí)體建模過程演示工具或命令的用法，讓學(xué)生對工具或命令的用法有一個直觀的認(rèn)識。

3.2.3 練習(xí)法

教師講授、演示了各個工具或命令后，可讓學(xué)生重復(fù)工具或命令的使用過程，鞏固知識點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

3.2.4 實(shí)習(xí)作業(yè)法

CATIA學(xué)習(xí)需要在掌握工具或命令的用法后，形成建模思路。而課堂學(xué)習(xí)只能掌握少數(shù)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(lián)系和總結(jié)，因此課堂之外的實(shí)習(xí)作業(yè)是必不可少的，教師應(yīng)根據(jù)軟件功能模塊適當(dāng)布置相應(yīng)的實(shí)習(xí)作業(yè)。

3.2.5 探究法

學(xué)習(xí)CATIA最終的目標(biāo)是應(yīng)用，只有不斷實(shí)踐才能強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果，達(dá)到熟練掌握應(yīng)用目的。教師可給學(xué)生制訂一定的項(xiàng)目，要求學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，包括制訂項(xiàng)目方法、搜集資料、建模分析、總結(jié)評估等。通過項(xiàng)目探究可以更好地掌握軟件技巧，發(fā)掘課堂未講授而實(shí)用的工具或命令。

3.3 學(xué)生評價(jià)方法

CATIA教學(xué)對學(xué)生的評價(jià)形式也應(yīng)該是多樣的。軟件教學(xué)注重實(shí)踐應(yīng)用，因此需要改革傳統(tǒng)的筆試考試方法，加強(qiáng)學(xué)生上機(jī)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(xué)生平時(shí)聽課、練習(xí)效果可作為評價(jià)的重要支撐點(diǎn)[6]。

4 結(jié)束語

在民航類院校開展“三維建模技術(shù)與應(yīng)用”教學(xué)是大勢所趨，重點(diǎn)是如何開展有效的教學(xué)。本文簡要介紹了三維建模技術(shù)，分析了民航類院校開展CATIA教學(xué)的意義，給出了課程章節(jié)、教學(xué)方法、評價(jià)方法等可供參考。

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

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

［3］翟曉，田振宇，張霽，等.三維數(shù)字化技術(shù)在試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.科技與創(chuàng)新，2016（16）：112-113.

［4］張?jiān)平?，尚蕾，張?jiān)旗o.CATIA V5-6 R2014基礎(chǔ)技能課訓(xùn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2016.

［5］姚琳，丁豪杰.基于能力培養(yǎng)的CATIA三維設(shè)計(jì)軟件綜合實(shí)踐教學(xué)方法探討［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（18）：208-209.

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

顧興龍，男，碩士，主要研究方向?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷。

中國民用航空飛行學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（編號：A201813）

2095－6835（2018）24－0043－02

G642.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.043

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕