CAD大赛与我国CAD教育现状分析

邓学雄， 熊志勇， 刘 林， 熊 巍

（华南理工大学设计学院，广东 广州 510006）

2011年，我国组队参加了第41届世界技能大赛，在国内引起了较大的反响。世界技能大赛中的CAD机械设计项目与我国高校工科类专业的机械设计、机械制图、机械制造、计算机绘图等课程密切相关。通过大赛我们体会到世界级的技术人才不只是局限在操作技能方面，还要求很全面的专业知识和很高的综合素质，对于中国选手还需要有很强的英语能力。我国CAD教育成果已经渗透到各个领域，尤其在机械行业，CAD应用呈现出既有广度又有深度的现状。即便如此，随着科学技术的不断发展，对CAD教育不断提出新要求。世界技能大赛CAD机械设计项目的竞赛内容和要求，更是引起我们在教学改革发展上的新思考。

1 世界技能大赛

世界技能大赛（Worldskills International）是由世界技能组织举办，代表国际最高水平的世界性职业技能竞赛。其宗旨是通过成员之间的合作，促进青年人、培训师的职业技能水准的提升，并积极推广职业技能，加强各国在职业技能领域的合作与交流。该大赛自 1950年在西班牙马德里首次举行以来，目前每2年举办1次，包含46个项目，至今已举办了 41届，被誉为“技能界的奥林匹克”。

世界技能大赛中的 CAD 机械设计(Mechanical Engineering Design – CAD)项目，遵循相关行业和国际标准化组织(ISO)的最新标准，涵盖了行业技术人员应用计算机辅助设计(CAD)工具建立工程产品设计的模型、图纸，包含制造信息和涉及机械产品设计的零部件文档编制工作。该项目的比赛是一个与CAD机械设计技能相关的能力评估和技能示范过程，但比赛项目的内容完全来源于行业或企业的实际工作[1]。

CAD机械设计项目竞赛试题由 4个相互独立模块组成（机械制造装配和详细设计、机械制造、机械设计挑战、实体模型逆向工程），参赛选手在4天时间里依次测试这4个模块（如图1所示）[2]。这些试题的内容包括：金属钣金类零件、桁架结构及其组件、焊接部件和装配件、机械零件和装配件、图纸的详细绘制、模型的功能仿真和照片级渲染、实体模型的逆向工程、更改产品的现有设计来完善设计。CAD机械设计试题各模块考核形式与任务要求见表1。这种模块化的试题设计能以贴近企业实际工作的方式，综合考核选手CAD机械设计技能的掌握情况。

图1 世界技能大赛CAD项目竞赛内容

表1 CAD机械设计试题各模块考核形式与任务要求

中国政府于2010年正式加入世界技能组织，2011年10月首次组队参加在英国伦敦举行的第41届世界技能大赛，我国6名青年技能选手代表中国分别参加了CAD机械设计、数控车、数控铣、美发、网站设计、焊接6个项目的比赛（每个项目限1名选手）。经过4天激烈角逐，在51个代表团中，我国代表团取得的总平均分排名第2，并获得1枚银牌、5枚优胜奖牌的较好成绩。华南理工大学魏骏杨同学作为我国CAD机械设计项目选手参加了本次大赛，并获得优胜奖（第8名）的好成绩。充分展示了中国队的整体实力，对宣传我国高技能人才工作成果，扩大我国在职业培训领域的影响力，培养造就具有国际水平的高技能人才队伍具有重要意义。

培养与国际接轨的高技能创新人才是一项复杂的系统工程。世界技能大赛CAD机械设计项目比赛严格遵循行业和ISO最新标准，外语要求高，考核知识范围广。比赛内容涉及机械基础（如机械原理、机械设计、机械制图等）、计算机辅助设计（三维建模、三维仿真、三维动画等）、钢结构设计、钣金、焊接、复杂零件测绘等方面的知识，要求参赛者具备较强的工程设计和计算机应用的综合能力。我们认为，通过世界技能大赛，找出我国CAD机械设计与国际水平的差距；通过选拔培养参赛选手，以点带面地培养与国际接轨、能够担当由“中国制造”向“中国创造”跨越重任的CAD高技能创新型人才，以加快我国产业的转型升级。

2 广东省CAD大赛及其分析

为加快具有国际视野的CAD高技能创新人才培养，广东省工程图学学会先后于 2010年和2011年主办了“广东省CAD图形技能及创新大赛”（以下简称省CAD大赛）。广东省有关部门予以大力支持，将CAD大赛定为广东省省级二类职业技能竞赛（今年升级为省级一类职业技能竞赛），广东省职业技能鉴定指导中心给优胜选手颁发国家中级、高级绘图员证书。

两次大赛都得到全省高等、中等、职业、技工等院校的积极支持和参与。2010年第1届参赛的有22队，110名选手；2011年第2届参赛的有50队，150名选手。以2011省CAD大赛为例，机械CAD比赛设高级组和中级组2个级别，高级组有33所院校参加，中级组有9所中等院校参加，比赛成绩如表2所示。

表2 2011年省CAD大赛成绩平均分

由表2的比赛数据可见，高级组学生手绘能力强于计算绘图（含计算机二维绘图和计算机三维绘图）能力，中级组学生手绘能力和计算机三维绘图能力都较强，且各项数据都强于高级组。这一情况虽然与不同组别竞赛题目的难度差异有关，但从某种意义上说，也反应我国CAD教育的现状。在高等院校中，除极少数院校专门开设CAD软件课程外，大部分院校将CAD安排在工程制图课程中，而且在教学过程中又主要侧重在投影理论和手绘训练方面。计算机二维绘图和计算机三维绘图多是穿插进行，时间也很有限，造成高等院校学生计算机绘图、特别是计算机三维绘图能力较弱。在中等院校中，大部分是将工程制图和CAD教学设置成不同的课程。工程制图课程课时较长，而且普遍要求学生进行零部件测绘；CAD课程多在机房边讲边上机练习，而且上机时间也能得到充分保证。因此，中等院校学生手绘和CAD软件使用方面较高等院校学生更熟练，不过他们在CAD机械设计理论和创新方面与高等院校学生相比，还是存在一定的差距。

3 CAD大赛与世界技能大赛接轨

国内高校CAD课程内容与世界技能大赛内容相比差距较大，要经过较长时间和高强度训练的优秀选手才能应对这样繁重（共 22小时）的比赛任务。为了促进我国机械CAD教育与世界技能大赛接轨，我们尝试逐步引入世界技能大赛CAD机械设计技能标准，制定计算机辅助设计技师绘图员鉴定标准和开展CAD竞赛，对广东省乃至全国各类院校和企业CAD从业人员的机械CAD教育起到导向和示范作用。

最近，广东省在制定CAD大赛技术方案和鉴定标准时，充分考虑本省CAD教育和应用现状，参照国家制图员技师标准，结合世界技能大赛的情况，在原计算机绘图员技术标准的基础上制定了“计算机辅助设计技师绘图员鉴定标准（机械类）”。该标准集成了世界技能大赛 CAD机械设计项目第1天、第3天、第4天内容（见 表1），具内容如表3所示。

表3 计算机辅助设计技师绘图员（机械类）

广东省CAD大赛组委会经过反复研讨，考虑到广东省不同层次院校CAD图学教育现状，决定今年首先将世界技能大赛CAD机械设计项目比赛模式和内容引入2012年大赛CAD机械设计工种的职工组比赛项目中，然后再逐步推广到学生组（包括中级组和高级组）。旨在通过竞赛提高广东省CAD大赛水平，促进与世界技能大赛接轨的 CAD高技能复合型创新人才队伍培养，以提高广东省企业的自主创新能力。广东省CAD大赛的特点主要有以下5个方面：

1） 与世界技能大赛接轨，竞赛内容初步与世界技能大赛接轨，表现在三维建模、装配与运动仿真、零件模型测绘等方面。

2） 赛事级别高，今年已将CAD大赛定为省级一类职业技能竞赛。

3） 选手来源广，参赛选手有本科、高职高专、技师学院、中职中专、技工学校的学生，有企事业单位不同层次CAD相关人员。

4） 获奖荣誉高，参赛选手的成绩如符合广东省职业技能鉴定指导中心规定者，按有关程序颁发相应级别国家职业资格证书（机械类职工组颁发技师证书）。机械类职工组选手竞赛成绩优异者，可由广东省人力资源和社会保障厅授予“广东省技术能手”荣誉称号。

5） 竞赛形式新颖，今年将开放部分竞赛项目比赛现场，让观众可观摩选手的整个比赛过程，并设置互动环节（同期达人秀、体验设计、学术报告、技术讲座等），邀请媒体进行报道。本大赛将对广东省乃至全国各类院校和企业CAD从业人员CAD技能培训具有导向作用。

4 机械CAD现状

我国企业CAD的广泛应用始于20世纪90年代初“甩图板工程”，通过引入计算机二维绘图代替手工绘图，主要使用AutoCAD软件。虽然传统的制图方法是通过二维视图来描述三维实体，但这种描述难以作进一步的结构分析、运动机构分析和数控加工，不能真正做到生产的自动化。随着三维建模软件以及数控加工设备的成熟，越来越多企业应用三维 CAD，而且能够很好地解决上述问题。

20世纪90年代，随着计算机技术的发展逐步深入，我国已将计算机绘图技术引入到工程制图的课程中，并逐步以三维设计的方法来改革工程制图的课程体系和教学内容[3-8]。目前，我国各类高校、职业院校在CAD和工程制图教学方面主要有两种：第一，工程制图与CAD绘图合并为一门课程，把CAD结合制图课的内容安排在某些章节穿插讲解。第二，工程制图与CAD分为两门课程，相对独立，课时比前者稍多。两种教学模式各有利弊，前者将CAD与投影制图的知识密切结合，相互渗透，但CAD的教学内容较为分散；后者的CAD教学较为集中，系统性较好，但占有的学时较多。

教学CAD软件以AutoCAD、Solid Works最为多见，其次是 Pro/E、UG，再就是 Inventor、CAXA、Solid Edge等。这些软件的选用主要与企业的应用状况、技能鉴定部门的资格考核、上岗就业等有着密切的关系，再就是与教学要求、教材内容、师资情况，以及学校的设备配置等因素也有一定关系。

从20世纪90年代中期开始，全国就开展了CAD从业人员的系列认证工作。以广东省为例，十多年来，广东省职业技能鉴定指导中心在计算机绘图员资格认证方面的工作就没间断过，目前累计已有 20多万人获得了中、高级计算机绘图员职业技能资格证。有力地促进了广东省职业技能培训、鉴定等工作，甚至香港特别行政区也加入了广东省的这一职业认证工作，使广东省CAD职业技能培训走在全国前列。

5 总 结

通过去年世界能大赛的国际交往和竞赛情况，我们体会到我国在CAD应用、CAD教育方面与国际的差距主要有以下5方面：

1） 专业知识较为单一，内容综合性不够强。如教学中主要侧重在一般的机械零件和装配方面，在钣金、桁架、焊接等方面的内容很少甚至欠缺，学生的综合应用能力不强。

2） 实践环节不够充分，包括金工实习、零部件测绘等。

3） 学生的机械基础不够扎实。

4） 教学环境开放性不够，教学内容与工程实际结合不够密切，学生的实际应用能力不强。

5） 社会交往少，GB与ISO有一定差异，学生的视野不够开阔。

本次世界技能大赛的CAD机械设计项目，除了必须具备的机械基础和 CAD的基本要求外，还涉及到钢结构、钣金、焊接等方面的知识，也许下一届大赛还会涉及更多更新的知识领域。虽然，我们的教学不是为了比赛，不可能赛什么就学什么，但有些问题确实应该引起我们的思考，在今后的教学中应当予以重视。

我国是第1次参加世界技能大赛，准备不够充分，经验不足，CAD项目能取得优胜奖也实属不易。参加世界技能大赛得到各级政府的高度重视，参赛选手和培训专家回国后先后荣幸地受到中央和地方政府领导的接见和鼓励。下一届“大赛”2013年在德国举行，目前，我国正在进行选手的选拔工作，近期将组成国家集训队，为参加第 42届世界技能大赛并取得更加喜人的成绩作充分的准备。

[1]熊志勇, 杨耀基, 刘 林. 第 41届世界技能大赛CAD机械设计项目竞赛解读[J]. 职业能力开发与评价, 2012, (11): 76-78.

[2]www.worldskillslondon2011.com

[3]童秉枢, 高树峰. 谈工程图学教学中学生创新能力的培养[J]. 工程图学学报, 2008, 29(6):1-6.

[4]戴立玲, 卢章平. 工程图学与基本CAD应用技术融入式教学体系的研究探讨[J]. 工程图学学报, 2006,27(6): 116-120.

[5]陈锦昌, 陈炽坤, 邓学雄, 等. 基于构型设计的工程图学教学体系的探讨[J]. 工程图学学报, 2006, 27(5):130-132.

[6]张学忱, 陈锦昌. 三维工程图学课程和教材的研究与实践[J]. 工程图学学报, 2009, 30(5): 139-143.

[7]李 丽, 贾 雨, 曾 兵. 现代工程制图教学内容改革的探讨与实践[J]. 高等教育研究, 2001, 17(4):53-54.

[8]PHYO Wailin, Xiping, Zhang Baoyuan, Chen Ruizhi.The Research of Independent Knowledge Based Mechanical Design [J]. CADDM, 2010, 20(2): 1-7

[8]熊志勇, 罗志成, 陈锦昌, 等. 基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究[J]. 工程图学学报, 2012,33(2): 108-112.