CBR技術(shù)在《模具CAD/CAM》教學(xué)中的應(yīng)用

徐其航，魏協(xié)奔

（1.揭陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 揭陽(yáng) 522051；2.汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 汕頭 515078）

0 引 言

CAD/CAM 技術(shù)在制造業(yè)中起著至關(guān)重要的作用，模具CAD/CAM 技能型人才是熟練應(yīng)用先進(jìn)的CAD/CAM 軟件，掌握數(shù)控加工實(shí)用技術(shù)和模具制造專業(yè)知識(shí)的綜合型技能人才。

《模具CAD/CAM》是模具專業(yè)高年級(jí)開設(shè)的專業(yè)必修課，旨在拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用能力。經(jīng)過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能將模具設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)與CAD/CAM 軟件結(jié)合，能根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)完成產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)與核心零件的加工編程。傳統(tǒng)的CAD/CAM 軟件教學(xué)往往停留在如何操作軟件命令上，沒(méi)有將軟件應(yīng)用與模具設(shè)計(jì)結(jié)合，缺乏與模具設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通[1]。

針對(duì)高職院校學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)技術(shù)的整合，摒棄了傳統(tǒng)理論知識(shí)，選取專業(yè)技能技術(shù)，運(yùn)用CBR 技術(shù)教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，促使學(xué)生積極投入到課程學(xué)習(xí)中。

1 整合課程內(nèi)容

《模具CAD/CAM》是模具專業(yè)的專業(yè)技能課，在高職高專、大學(xué)本科、研究生教育階段均有開設(shè)。課程內(nèi)容包含CAD/CAM 基礎(chǔ)知識(shí)、幾何建模、設(shè)計(jì)方法、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫(kù)等，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)，是新技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。研究生教育階段主要是學(xué)習(xí)《模具CAD/CAM》的基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程和數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)等；大學(xué)本科教育階段主要是學(xué)習(xí)《模具CAD/CAM》的基礎(chǔ)知識(shí)、CAD/CAM 軟件等。因此在教學(xué)內(nèi)容上，針對(duì)高職高專學(xué)生的實(shí)際情況，采用少理論多實(shí)踐的教學(xué)原則，主要教授CAD/CAM 軟件操作技能。在過(guò)去的教學(xué)活動(dòng)中，強(qiáng)調(diào)CAD/CAM 軟件的命令介紹，缺乏運(yùn)用軟件建模的方法和思路，不能將專業(yè)技術(shù)知識(shí)和生產(chǎn)活動(dòng)結(jié)合，這種學(xué)術(shù)型的教學(xué)方式無(wú)法適應(yīng)高職教育對(duì)高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求[2]。

高職高專以“必須、夠用”為教學(xué)原則，考慮學(xué)生的實(shí)際情況，《模具CAD/CAM》主要通過(guò)UG 軟件教學(xué)，以實(shí)操實(shí)訓(xùn)為主，發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力[3]。揭陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)與巨輪智能裝備股份有限公司和廣東大立模具有限公司施行“廠中?！焙献鬓k學(xué)模式，采用“2+1”人才培養(yǎng)模式，即2 年在校內(nèi)學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)知識(shí)，1 年到上述公司參加生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)?？紤]院?？陀^實(shí)訓(xùn)條件和公司對(duì)技術(shù)人才的需求，結(jié)合專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)意見，《模具CAD/CAM》課程教學(xué)過(guò)程中主要教授UG10.0軟件。在課程教學(xué)中采用項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，滿足了培養(yǎng)技能型人才的需求，培養(yǎng)了企業(yè)和社會(huì)所需的合格人才。

2 CBR技術(shù)教學(xué)法運(yùn)用

基于實(shí)例推理（case based reasoning，CBR）是采用過(guò)去求解類似問(wèn)題的成功經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例獲取當(dāng)前設(shè)計(jì)問(wèn)題的類比推理模式，能提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功率，降低成本，縮短開發(fā)時(shí)間[4]。由于《模具CAD/CAM》是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的技能課程，將CBR 技術(shù)教學(xué)法應(yīng)用到該課程的教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)施講授案例和上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，將被動(dòng)的接受知識(shí)改變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生積極性和參與熱情。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)軟件要多實(shí)踐操作，進(jìn)行總結(jié)教學(xué)和啟發(fā)性思考教學(xué)?！赌＞逤AD/CAM》實(shí)務(wù)性較強(qiáng)，在課程教學(xué)活動(dòng)中注重采用CBR技術(shù)完成教學(xué)過(guò)程。

在“基于實(shí)例推理技術(shù)”教學(xué)模式中[5]，教學(xué)實(shí)例的選取設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，實(shí)例設(shè)計(jì)的好壞直接影響教學(xué)效果。在設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例時(shí)，根據(jù)實(shí)例的難易劃分不同的任務(wù)，即將一個(gè)綜合實(shí)例劃分為若干個(gè)相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的子實(shí)例。每個(gè)子實(shí)例都包括教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、重難點(diǎn)，實(shí)例推理技術(shù)教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 實(shí)例教學(xué)流程

現(xiàn)以游戲機(jī)手柄上蓋模具CAD/CAM 實(shí)訓(xùn)為例，介紹基于實(shí)例推理教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程。

（1）明確實(shí)例目標(biāo)并制定教學(xué)實(shí)例方案。教師設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例后分發(fā)給學(xué)生，然后學(xué)生確定該實(shí)例目標(biāo)，分析完成實(shí)例所需要的基本知識(shí)。學(xué)生自愿選擇組員，每組施行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，以3～5 名學(xué)生為1組為宜，以團(tuán)隊(duì)的形式完成實(shí)例實(shí)訓(xùn)，根據(jù)實(shí)例的難易程度和組員的知識(shí)儲(chǔ)備情況進(jìn)行分工，最后協(xié)調(diào)完成該實(shí)例實(shí)訓(xùn)。

（2）教學(xué)實(shí)例的實(shí)施。根據(jù)實(shí)例難易程度，該項(xiàng)目可以分為3 個(gè)子實(shí)例，可以由組內(nèi)幾名學(xué)生協(xié)調(diào)完成。第一個(gè)子實(shí)例是游戲機(jī)手柄上蓋的實(shí)體造型，可由1名學(xué)生完成。運(yùn)用UG軟件完成游戲機(jī)手柄上蓋三維模型，如圖2所示。

第二個(gè)子實(shí)例為游戲機(jī)手柄上蓋模具設(shè)計(jì)，如圖3所示。完成游戲機(jī)手柄上蓋建模后，進(jìn)入U(xiǎn)G的Mold Wizard 模塊，通過(guò)加載模型、定義成型鑲件、型腔布局、模具分型、裝載模架、加入標(biāo)準(zhǔn)件、建立澆注系統(tǒng)、建立冷卻系統(tǒng)等，完成了游戲機(jī)手柄上蓋的模具設(shè)計(jì)。該子實(shí)例較復(fù)雜，需要2 名學(xué)生協(xié)調(diào)完成。

第三個(gè)子實(shí)例為游戲機(jī)手柄上蓋模具的型芯和型腔板設(shè)計(jì)，如圖4 所示，運(yùn)用UG 的制造模塊進(jìn)行數(shù)控加工編程，定義加工環(huán)境和初始化加工設(shè)置，創(chuàng)建4 個(gè)父節(jié)點(diǎn)組（刀具、方法、幾何體、程序），再創(chuàng)建操作，生產(chǎn)刀具軌跡、模擬刀具軌跡和后處理生產(chǎn)NC代碼等，由1名學(xué)生完成。

圖2 游戲機(jī)手柄上蓋

圖3 游戲機(jī)手柄上蓋模具

圖4 游戲機(jī)手柄上蓋的型芯和型腔板

型芯及型腔板的數(shù)控加工模擬過(guò)程，主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用UG 制造模塊完成實(shí)例數(shù)控編程。組內(nèi)成員完成實(shí)例說(shuō)明書和二維圖、三維實(shí)體建模，設(shè)計(jì)該零件的模具，分別對(duì)型芯、型腔板進(jìn)行數(shù)控編程，并進(jìn)行模擬加工[6]。說(shuō)明書包含實(shí)例設(shè)計(jì)、制造、編程等過(guò)程。圖5 所示為型芯的數(shù)控編程，圖6 所示為型腔板的數(shù)控編程。

圖5 游戲機(jī)上蓋型芯數(shù)控編程

圖6 游戲機(jī)上蓋型腔板數(shù)控編程

（3）實(shí)例評(píng)價(jià)。完成該實(shí)例后，每名組員對(duì)自己所做的工作進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)組內(nèi)成員對(duì)每名組員完成的工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析優(yōu)缺點(diǎn)；然后組內(nèi)成員修改已完成實(shí)例說(shuō)明書，并制作PPT課件進(jìn)行答辯。答辯時(shí)由多位專業(yè)指導(dǎo)教師和全班學(xué)生參與，答辯過(guò)程中學(xué)生和教師都可以提問(wèn)，要求該組學(xué)生回答，最后教師對(duì)該組完成項(xiàng)目的結(jié)果和過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出創(chuàng)新點(diǎn)和不足，提出需要改進(jìn)的地方。通過(guò)多組學(xué)生的總結(jié)來(lái)看，學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺。在實(shí)例實(shí)施過(guò)程中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生去參與合作企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程。高職高專學(xué)生大多覺得理論教學(xué)枯燥無(wú)味，缺乏對(duì)理論學(xué)習(xí)興趣，而對(duì)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)積極性較高，指導(dǎo)教師應(yīng)多帶領(lǐng)學(xué)生去參觀校企合作的企業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生多與企業(yè)技術(shù)人員接觸和探討，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣，培養(yǎng)對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的信心[7]。

（4）實(shí)例推理。通過(guò)上述實(shí)例教學(xué)，在《模具CAD/CAM》教學(xué)活動(dòng)中劃分成多個(gè)實(shí)例教學(xué)，使學(xué)生通過(guò)完成實(shí)例學(xué)習(xí)就能掌握UG 軟件的草圖、實(shí)體建模、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程模塊等知識(shí)，同時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)完成后都有自己的學(xué)習(xí)成果，獲得了滿足感，促使其學(xué)習(xí)塑料模設(shè)計(jì)的知識(shí)，為從事模具設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐證明，將CBR 技術(shù)應(yīng)用到《模具CAD/CAM》課程教學(xué)中，采用CBR 技術(shù)教學(xué)的課堂教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生就業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

運(yùn)用基于案例推理技術(shù)的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程，要求學(xué)生在完成實(shí)例過(guò)程中綜合運(yùn)用多方面的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容，為學(xué)生綜合掌握專業(yè)技能和專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備提供了切入點(diǎn)，提高了學(xué)生掌握專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)技能要求。

基于實(shí)例推理技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用，畢業(yè)生完成了實(shí)例教學(xué)活動(dòng)后，在用人單位獲得了肯定，得到了社會(huì)的認(rèn)可，服務(wù)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。