“機(jī)械CAD/CAM”創(chuàng)新課堂教法研究

蘇元多

摘要： 隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車設(shè)計領(lǐng)域?qū)φ莆諜C(jī)械CAD/CAW的技術(shù)人才需求缺口日益增大。在此背景下，機(jī)械CAD/CAW課程也要與時俱進(jìn)，積極適應(yīng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量?；诖耍恼乱云嚵悴考O(shè)計領(lǐng)域的機(jī)械CAD/CAW課程為例，結(jié)合汽車零部件設(shè)計實(shí)例，對該課程課堂教學(xué)創(chuàng)新策略展開積極探索，旨在通過理論與實(shí)踐的相互結(jié)合，全面提升機(jī)械CAD/CAW課程教學(xué)質(zhì)量。

Abstract： With the rapid development of China's automobile industry， there is an increasing demand for technical personnel who master mechanical CAD/CAW in the field of automobile design. In this context， mechanical CAD/CAW courses should also keep pace with the times， actively adapt to the rapid development of the automotive industry， innovate teaching models， and improve teaching quality. Based on this， the article takes the mechanical CAD/CAW course in the field of auto parts design as an example， combined with auto parts design examples， and actively explores the classroom teaching innovation strategies of this course， aiming to comprehensively improve the teaching quality of mechanical CAD/CAW courses through the combination of theory and practice.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械CAD/CAM;教法創(chuàng)新;汽車零部件設(shè)計

Key words： mechanical CAD/CAM;teaching method innovation;auto parts design

中圖分類號：G642.421? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0253-02

0? 引言

一直以來，汽車工業(yè)都被理解為機(jī)械工業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)，其實(shí)隨著汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代，汽車早已成為高新技術(shù)的密集結(jié)晶。特別是進(jìn)入新世紀(jì)以來，數(shù)字化設(shè)計逐漸成為各大汽車制造商在技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的核心競爭力。機(jī)械CAD/CAW技術(shù)在汽車零部件設(shè)計、制造中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了汽車零部件數(shù)字化研發(fā)、設(shè)計、試制以及工業(yè)化生產(chǎn)，不僅能夠降低汽車零部件設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)的人力、物力成本，還可有效縮短汽車零部件研發(fā)周期。此外，在汽車零部件數(shù)字化設(shè)計、制造過程中，所積累的數(shù)據(jù)還可反復(fù)用于其他車型零部件設(shè)計、制造過程中，為汽車工業(yè)的不斷發(fā)展奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而隨著數(shù)字化汽車設(shè)計與制造技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，汽車設(shè)計、制造領(lǐng)域?qū)φ莆諜C(jī)械CAD/CAM的技術(shù)技能人才，以更好地滿足我國產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)需求。對此，本文在分析機(jī)械CAD/CAM課程現(xiàn)存問題的基礎(chǔ)上，對汽車零部件CAD/CAM課堂教學(xué)創(chuàng)新策略提出相應(yīng)建議。

1? 機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)現(xiàn)存問題

1.1 形式單一，資源缺乏? 機(jī)械CAD/CAM課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，通常由教師講解相關(guān)知識點(diǎn)，然后進(jìn)行CAD/CAM軟件的操作演示，隨后安排學(xué)生進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐。但是在教學(xué)實(shí)踐中，受課時數(shù)量的限制，學(xué)生能夠上機(jī)實(shí)踐的時間少之又少，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)了專業(yè)理論知識后由于得不到及時練習(xí)而導(dǎo)致對專業(yè)知識的掌握缺乏系統(tǒng)性、全面性。此外，由于部分學(xué)生都是首次基礎(chǔ)CAD/CAM軟件的學(xué)習(xí)，對該軟件中每個模塊的具體功能以及操作方式缺乏了解，特別是模具設(shè)計以及模具制造，此為CAD/CAM軟件學(xué)習(xí)的兩大重點(diǎn)，更加需要教師給予重點(diǎn)指導(dǎo)，為學(xué)生提供更多實(shí)踐機(jī)會。但是這種傳統(tǒng)教學(xué)模式顯然無法滿足CAD/CAM軟件的實(shí)際教學(xué)需求，不僅教師教得累，學(xué)生的學(xué)習(xí)也更加被動。而且在學(xué)習(xí)過程中，由于學(xué)生缺乏對CAD/CAM軟件操作技巧、汽車零部件產(chǎn)品與模具設(shè)計思想的思考與探究，導(dǎo)致其在汽車零部件設(shè)計、制造過程中難以做到舉一反三，更談不上專業(yè)知識的融會貫通。而且，受教學(xué)條件限制，該課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源始終相對匱乏，沒有及時更新與補(bǔ)充。隨著汽車零部件設(shè)計、制造技術(shù)的不斷更新、升級，那些相對陳舊、過時的課程資源顯然已經(jīng)無法滿足新時代機(jī)械CAD/CAM教學(xué)需求。

1.2 專業(yè)知識與軟件應(yīng)用脫節(jié)? 在講授基于汽車零部件設(shè)計、制造的機(jī)械CAD/CAM件課程時，教師需要將其與汽車零部件模具設(shè)計專業(yè)知識相結(jié)合來進(jìn)行。但是就以往機(jī)械CAD/CAM課程的教學(xué)情況來看，學(xué)生對機(jī)械CAD/CAM軟件的應(yīng)用與汽車零部件模具設(shè)計專業(yè)知識之間的脫節(jié)問題較為嚴(yán)重。歸根到底，還是在于受限于傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生對機(jī)械CAD/CAM軟件各個模塊的功能、操作方式不了解、不熟練。在實(shí)踐操作過程中，學(xué)生往往將更多的時間用于軟件操作的探索方面，再加上學(xué)生對汽車零部件模具設(shè)計專業(yè)知識的掌握也不夠扎實(shí)，在有限的學(xué)時中，無法靈活地將機(jī)械CAD/CAM軟件的應(yīng)用與汽車零部件模具設(shè)計專業(yè)知識進(jìn)行有效結(jié)合。學(xué)習(xí)過程更側(cè)重于對軟件操作的練習(xí)，而難以將汽車零部件相關(guān)產(chǎn)品的建模工藝結(jié)合起來進(jìn)行模具設(shè)計。

2? 機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)創(chuàng)新路徑探

2.1 實(shí)施項目教學(xué)，創(chuàng)新課程設(shè)計? 在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程中，教師可引入典型的、具有代表性的現(xiàn)代設(shè)計方法，引導(dǎo)學(xué)生通過對經(jīng)典案例、經(jīng)典項目的探索、分析，歸納出解決汽車零部件設(shè)計、制造過程中實(shí)際問題的一般技術(shù)與方法。在此基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)汽車CAD/CAM建模技術(shù)、有限元分析、動態(tài)設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計理念，讓學(xué)生不僅知其然，更知其所以然。在課堂教學(xué)結(jié)束后，教師還可通過布置若干個汽車零部件設(shè)計任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的形式，自主選擇感興趣的課題，并自行制定設(shè)計方案、進(jìn)行角色分工，合作完成教師布置的設(shè)計任務(wù)，從而在項目探究中獲得CAD/CAM操作技能的發(fā)展。以機(jī)械CAD/CAM在汽車車門鎖扣模具設(shè)計與加工中的應(yīng)用為例。汽車車門鎖扣是一種車門鎖緊機(jī)構(gòu)的零部件，其工作原理在于，當(dāng)關(guān)閉車門時，車門鎖扣會與汽車門鎖的卡板、止動爪咬合，以有效保障駕駛員與乘客在汽車行駛與停車過程中的人身、財產(chǎn)安全。車門鎖扣作為車門鎖緊結(jié)構(gòu)中的一種受力元件，在設(shè)計過程中，需要從結(jié)構(gòu)、選材、表面處理等多方面進(jìn)行綜合考慮。在教學(xué)過程中，教師便可將此項目作為機(jī)械CAD/CAM為案例，引導(dǎo)學(xué)生探索機(jī)械CAD/CAM的操作方式。首先，利用CAD/CAM創(chuàng)建實(shí)體模型。利用車門鎖實(shí)體零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以及數(shù)據(jù)測定。明確參考面，在此基礎(chǔ)上利用Pro/E軟件進(jìn)行造型，做出圓角、孔以及U型圓柱、底面凸臺，然后通過拉伸、鏡像命令拉出底面、底面凸臺、倒圓角、圓柱、圓孔，至此完成模型創(chuàng)建，如圖1所示。

其次，模具設(shè)計。①分析模具結(jié)構(gòu)。分析圖1，我們可以將汽車車門鎖扣模具建立2個分型面、3個模具塊。其中，底面為一塊模具塊，圓柱的中心軸向兩端分為兩個模具塊。②創(chuàng)建分型面。利用PRO/E分型面面的拉伸命令從水平、豎直兩個方向分別創(chuàng)建分型面。③生成模具工作部分。按照“編輯-分割-完成-水平主分型面-確定”的步驟創(chuàng)建體積快。然后使用系統(tǒng)默認(rèn)名為亮的體積塊命名;選擇豎直分型面，完成操作，返回;按照“模具元件-抽取-選擇所有體積快-確定”的步驟創(chuàng)建磨具元件。通過上述操作生成汽車門鎖的3個體積快。④模具分解。利用CAD/CAM軟件完成開模的操作過程，具體流程如下“鑄模-輸入名稱，隱蔽相關(guān)模塊?！弊詈箝_模定義：“模具進(jìn)料孔-定義間距-選取要移動的部分-確定-選擇移動方向-輸入移動間距，最后生成如圖2所示的模具爆炸圖?！蓖ㄟ^探索、完成該項目，學(xué)生不僅能夠掌握利用CAD/CAM制作汽車零部件模型的操作方法，還可在項目實(shí)踐過程中，提升實(shí)踐操作技能，獲得專業(yè)能力的提升。

2.2 科研項目反哺，豐富教學(xué)素材? 利用科研項目反哺機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)，對于教師的專業(yè)能力、科研能力等各方面都提出了更高要求。教師應(yīng)不斷提升自身的科研能力，推動科研成果的轉(zhuǎn)化，并將其作為基于汽車零部件設(shè)計、制作的機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)的重要素材，以促進(jìn)機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)內(nèi)容與汽車工業(yè)設(shè)計、制造領(lǐng)域前沿科技的緊密結(jié)合。對此，還需要高校進(jìn)一步完善汽車工業(yè)CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室功能與配置，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中完成汽車零部件設(shè)計、制作的理論驗(yàn)證、試件測試、成品裝配等一系列實(shí)踐操作，促使學(xué)生在實(shí)踐操作中，接觸到汽車設(shè)計、制作領(lǐng)域的前沿科技，提升實(shí)踐操作技能。

2.3 依托科技競賽，培養(yǎng)創(chuàng)新能力? 在基于汽車零部件設(shè)計、制造的機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)中，教師可依托職業(yè)技能大賽、大學(xué)生汽車設(shè)計大賽等科技競賽，通過組織學(xué)生參加相關(guān)競賽或者將往屆職業(yè)技能競賽中的經(jīng)典案例引入機(jī)械CAD/CAM教學(xué)，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)積極鼓勵學(xué)生參加各級、各類科技競賽，并將學(xué)生在技能競賽中的成果引入機(jī)械CAD/CAM教學(xué)，并通過對學(xué)生在科技競賽中的表現(xiàn)、成果的科學(xué)判定，給予學(xué)生相應(yīng)的學(xué)習(xí)獎勵，以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生參與職業(yè)技能競賽的積極性，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的不斷提升。

2.4 借助慕課資源，創(chuàng)新課程教學(xué)? 機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)的突出特點(diǎn)在于適用于學(xué)生大規(guī)模地集中學(xué)習(xí)。近年來，隨著各類教學(xué)平臺功能的日益完善，慕課資源的豐富與完善，在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)中，教師可充分借助各種慕課資源，以豐富機(jī)械CAD/CAM教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生的專業(yè)視野，促使學(xué)在利用慕課資源學(xué)習(xí)機(jī)械CAD/CAM操作技能的過程中，獲得專業(yè)能力的不斷提升。將慕課資源引入機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)，教師可將汽車零部件設(shè)計、制造的CAD/CAM操作方式，分割成若干個細(xì)小知識點(diǎn)，并分別以視頻片段的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，將汽車零部件設(shè)計過程中存在的一些問題以課堂互動、課堂討論的方式穿插于課堂教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生在問題的解決過程中推動課程教學(xué)的深入實(shí)施，從而在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，提升學(xué)習(xí)成效，促進(jìn)學(xué)生探究能力、問題解決能力的提升。

3? 結(jié)語

基于汽車零部件設(shè)計、制作的機(jī)械CAD/CAM課程是近年來隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而逐漸興起的車輛工程專業(yè)課程。該課程不僅對學(xué)生的實(shí)踐能力有著較高要求，同時還要求學(xué)生具備一定的機(jī)械專業(yè)知識。隨著汽車器部件設(shè)計、制造水平的不斷提升，汽車制造領(lǐng)域?qū)ζ嚵悴考O(shè)計、制造人才的要求也會更加細(xì)致、具體。鑒于此，機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)應(yīng)緊隨進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展趨勢，與時俱進(jìn)，積極改革與探索，不斷完善、改進(jìn)機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)質(zhì)量，以培養(yǎng)更多高素質(zhì)、復(fù)合型汽車設(shè)計人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文竹，劉剛，龔鵬，程勉宏，付強(qiáng).面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的汽車CAD教學(xué)改革研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（03）：188-190.

[2]楊敏，蔡隆玉，趙建平.面向汽車數(shù)字化制造人才培養(yǎng)的汽車CAD/CAM課程建設(shè)[J].裝備制造技術(shù)，2018（02）：175-178，194.

[3]陳忠加，陳劭，王青春，陳來榮，劉凱.“汽車CAD/CAE技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的研究[J].中國林業(yè)教育，2016，34（04）：64-66.