基于世界技能大賽和先進(jìn)成圖大賽的機(jī)械制圖應(yīng)用能力分析

蒲 娟

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610100）

機(jī)械制圖及相關(guān)課程是高校機(jī)械類(lèi)和近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程， 其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生閱讀和繪制機(jī)械圖樣的能力、 圖解簡(jiǎn)單空間幾何問(wèn)題的能力以及對(duì)三維形狀與相關(guān)位置的空間邏輯思維和形象思維能力[1]。 學(xué)科競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要途徑， 也是學(xué)科知識(shí)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和方向的最好指引。 目前， 與機(jī)械制圖課程相關(guān)的重要競(jìng)賽主要有：世界技能大賽CAD 機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目以及“高教杯” 全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽（簡(jiǎn)稱(chēng)高教杯制圖大賽）。 本文以以上賽事為基礎(chǔ)，通過(guò)詳細(xì)分析賽項(xiàng)內(nèi)容， 得出對(duì)學(xué)生的能力要求，為機(jī)械制圖及相關(guān)綜合實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革做準(zhǔn)備。

1 世界技能大賽CAD 項(xiàng)目?jī)?nèi)容及能力分析

1.1 世界技能大賽CAD 項(xiàng)目?jī)?nèi)容分析

世界技能大賽是世界技能組織舉辦的世界頂級(jí)賽事[2]，每?jī)赡昱e辦一次，其宗旨是，通過(guò)成員之間的合作， 促進(jìn)青年人和培訓(xùn)師的職業(yè)技能和水平的提升，并積極推廣職業(yè)技能， 加強(qiáng)各國(guó)在職業(yè)技能領(lǐng)域的合作與交流，被稱(chēng)為世界“技能界的奧林匹克”[3]。 我國(guó)從2011 年開(kāi)始，連續(xù)參加了第41 屆至第44 屆的世界技能大賽CAD 機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目。 以第45 屆世界技能大賽CAD 機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目全國(guó)機(jī)械行業(yè)選拔賽為例，其內(nèi)容及試題形式完全參照世界技能大賽。比賽時(shí)長(zhǎng)10 個(gè)小時(shí)，分兩天進(jìn)行，主要包含四個(gè)模塊——產(chǎn)品設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽、裝配建模與工程圖、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手工測(cè)繪與逆向工程[4]。 具體內(nèi)容如下：

模塊一：產(chǎn)品設(shè)計(jì)

根據(jù)給出的草圖、標(biāo)準(zhǔn)件、設(shè)計(jì)約束條件以及部分實(shí)體零件，（1） 設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)， 建立零件三維模型，（2）合理選擇標(biāo)準(zhǔn)件、創(chuàng)建裝配模型和裝配圖，（3）為產(chǎn)品建立渲染照片， 設(shè)計(jì)表達(dá)圖形和產(chǎn)品演示或原理動(dòng)畫(huà)。 要求提交的成果主要包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案或說(shuō)明、產(chǎn)品3D 打印件、渲染照片和動(dòng)畫(huà)文件。

模塊二：裝配建模與工程圖

根據(jù)題目給出的零件或裝配模型以及產(chǎn)品BOM 表或其他數(shù)據(jù)，（1）建立零件三維模型，（2）創(chuàng)建裝配模型，生成并編輯裝配圖，（3）為產(chǎn)品建立渲染照片、設(shè)計(jì)表達(dá)圖形和產(chǎn)品動(dòng)畫(huà)。 要求提交的成果主要是全部的電子數(shù)據(jù)、規(guī)定格式的渲染照片和動(dòng)畫(huà)文件。

模塊三：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要求根據(jù)給出的工作原理圖、零件圖（或模型）、裝配圖（或模型）以及產(chǎn)品BOM 表和其他數(shù)據(jù)，（1）建立通用機(jī)械、鈑金、桁架結(jié)構(gòu)件和裝配體三維模型，（2）創(chuàng)建若干個(gè)零件圖或裝配圖， 完成正確的GDT、 焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)，（3）為產(chǎn)品建立渲染照片、產(chǎn)品演示動(dòng)畫(huà)。要求提交的成果為全部電子數(shù)據(jù)、 規(guī)定格式的渲染照片和動(dòng)畫(huà)文件。

模塊四：手工測(cè)繪逆向工程

該模塊是根據(jù)工件實(shí)物以及描述文件和所有逆向工程必要的附加信息， 使用測(cè)量工具， 自己決定視圖布局，要求最后提交工件的3D 模型額渲染照片。

整個(gè)項(xiàng)目， 主要考查選手根據(jù)零件圖完成零件建模、裝配體建模、爆炸圖、演示動(dòng)畫(huà)、仿真動(dòng)畫(huà)、模型投影零件圖和裝配圖； 渲染； 數(shù)據(jù)輸入及輸出； 鈑金建模；更改設(shè)計(jì)模型；零件測(cè)繪(測(cè)繪、草圖、零部件建模、模型投影工程圖)[5]。

1.2 世界技能大賽CAD 項(xiàng)目能力分析

通過(guò)以上內(nèi)容分析可知， 主要要求選手具有以下幾方面跟機(jī)械制圖相關(guān)的能力：

（1） 能夠應(yīng)用相關(guān)繪圖軟件正確繪制零件和裝配體二維工程圖，包括表達(dá)方案、尺寸標(biāo)注、相關(guān)技術(shù)要求等內(nèi)容， 熟悉機(jī)械制圖相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（2） 能夠使用三維建模軟件建立零件和裝配體的三維模型，并制作爆炸圖、演示動(dòng)畫(huà)等。

（3）具有對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

（4）能設(shè)置并操作桌面級(jí)3D 打印機(jī)打印模型。

2 高教杯先進(jìn)成圖大賽內(nèi)容及能力分析

2.1 高教杯先進(jìn)成圖大賽內(nèi)容分析

“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽， 是由教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、 中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)制圖技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)產(chǎn)品信息建模專(zhuān)業(yè)委員會(huì)聯(lián)合主辦的圖學(xué)類(lèi)課程最高級(jí)別的國(guó)家級(jí)賽事[6]。 從2008 年至今每年舉辦一次，已連續(xù)舉辦十一屆，主要包括機(jī)械類(lèi)、建筑類(lèi)、 水利類(lèi)和道橋類(lèi)四個(gè)專(zhuān)業(yè)類(lèi)別。 與機(jī)械制圖相關(guān)的主要是機(jī)械類(lèi)。 以2018 年第十一屆高教杯制圖大賽機(jī)械類(lèi)競(jìng)賽為例， 其內(nèi)容主要包括尺規(guī)繪圖、 計(jì)算機(jī)繪圖和3D 打印三個(gè)方面。

尺規(guī)繪圖：

該部分要求學(xué)生根據(jù)零件立體模型圖繪制一組視圖數(shù)量最少、表達(dá)最簡(jiǎn)潔的零件圖，包括視圖表達(dá)、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求等，且均需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。這就要求學(xué)生需要掌握： 典型零件形狀與結(jié)構(gòu)特征的分析，零件視圖的選擇與畫(huà)法，零件圖的尺寸標(biāo)注，零件工藝結(jié)構(gòu)與畫(huà)法，零件技術(shù)要求及其標(biāo)注等[7]以及最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 尺規(guī)繪圖部分還包括智力投影與構(gòu)型設(shè)計(jì)試題。 要求學(xué)生根據(jù)給出的視圖盡可能多的想象出各種模型的空間結(jié)構(gòu)， 并正確繪制和選擇所缺少的第三視圖。 該部分題目旨在考查學(xué)生空間構(gòu)型能力和立體思維能力。 學(xué)生需要掌握基本體的投影， 立體表面交線 （截交線與相貫線， 回轉(zhuǎn)體相貫線要求采用簡(jiǎn)化畫(huà)法），組合體構(gòu)型與看圖，軸測(cè)圖，圖樣畫(huà)法[7]。

計(jì)算機(jī)繪圖：

要求學(xué)生使用Solidworks 等三維軟件根據(jù)已知的零件圖、軸測(cè)圖建立三維模型并進(jìn)行裝配，最后由三維模型生成二維工程圖（包括零件圖和裝配圖）。要完成該部分試題內(nèi)容，學(xué)生需掌握三維軟件草圖繪制、平面和曲面建模、三維零件裝配、工程圖生成以及模型渲染等方面的知識(shí)。 同時(shí)需要熟悉零部件裝配過(guò)程以及裝配過(guò)程中所需用到的標(biāo)準(zhǔn)件和連接、約束等關(guān)系。

3D 打印產(chǎn)品設(shè)計(jì)：

從2015 年起， 高教杯先進(jìn)成圖大賽增加了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D 打印作為大賽的補(bǔ)充項(xiàng)目， 比賽方式為參賽現(xiàn)場(chǎng)給定設(shè)計(jì)主題， 選手圍繞主題， 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)， 按照任務(wù)書(shū)要求自己設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)和外形， 使用建模軟件建立三維模型并將模型轉(zhuǎn)化為可用于3D 打印格式的文件， 最后利用參賽現(xiàn)場(chǎng)提供的3D 打印機(jī)打印出零件的實(shí)物模型并進(jìn)行裝配。

2.2 高教杯先進(jìn)成圖大賽能力分析

縱觀整個(gè)高教杯先進(jìn)成圖大賽內(nèi)容，可以看出，大賽主要考核參賽選手以下幾方面能力：

（1）徒手繪制復(fù)雜產(chǎn)品零件圖的能力，包括按照制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 正確標(biāo)注產(chǎn)品尺寸和技術(shù)要求、工藝要求的能力。

（2）能夠利用Solidworks 等三維建模軟件快速建立復(fù)雜機(jī)械零件的三維模型并進(jìn)行裝配以及演示動(dòng)畫(huà)渲染等。

（3）利用三維軟件及3D 打印機(jī)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。 能夠?qū)Ξa(chǎn)品的外觀及簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具有一定的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。

3 總結(jié)

世界技能大賽CAD 項(xiàng)目和 “高教杯” 先進(jìn)成圖大賽是機(jī)械制圖領(lǐng)域的兩大最權(quán)威賽事， 其競(jìng)賽內(nèi)容和能力要求緊扣行業(yè)發(fā)展需求， 也指引著機(jī)械制圖課程未來(lái)發(fā)展方向。 通過(guò)前面的分析發(fā)現(xiàn)， 兩大競(jìng)賽都具有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）對(duì)機(jī)械零件表達(dá)方式的要求更加多樣化。 要求參賽選手不僅能對(duì)繪制機(jī)械零件的二維圖紙，還必須能夠建立零件的三維模型、模型裝配以及動(dòng)畫(huà)渲染等。

（2）對(duì)參賽選手創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的要求不斷提高。 兩大競(jìng)賽都設(shè)有機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求選手必須具有創(chuàng)新意識(shí)和能力，要真正將學(xué)到的知識(shí)用于創(chuàng)新實(shí)踐。

（3）對(duì)新技術(shù)、新方法的重視程度不斷提高。 隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 涌現(xiàn)出類(lèi)似3D 打印等新的零件表達(dá)方式，真正做到對(duì)零件360°全方面展示。 這就要求選手了解和掌握新的零件表達(dá)方式并具有將設(shè)計(jì)的機(jī)械零件快速成型的能力。

通過(guò)以上分析， 可以看出機(jī)械制圖課程未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和方向， 從而為后續(xù)機(jī)械制圖及其相關(guān)課程的教學(xué)改革做準(zhǔn)備。