“3D”数字化大赛促进机械类教学改革和创新人才的培养

2017-04-03 03:46曾文忠
时代农机 2017年7期
关键词:产品设计大赛建模

曾文忠

(重庆三峡职业学院,重庆 404115)

“3D”数字化大赛促进机械类教学改革和创新人才的培养

曾文忠

(重庆三峡职业学院,重庆 404115)

三维数字化产品设计与制造已成为我国制造业的主流模式,机械智能化制造技术的应用和实现就是其中的代表。以“全国三维数字化创新设计大赛”为契机,“以赛促教、以赛促学、以赛促用、以赛促新”为宗旨,加强教师三维数字化机械设计教学能力,引导课程改革,不断提升职业院校学生“3D”数字化设计技能。推动机械创新人才的培养。

“3D”数字化设计;“3D大赛”;“中国制造2025”;智能化制造技术

“中国制造2025”,以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化”为发展方针的战略对策和行动计划:①推行数字化网络化智能化制造;②提高产品设计能力等八项战略对策。

“3D”数字化设计大赛以“三维数字化”与“创新设计”为特色“创意、创造、创业”为核心。大赛要求首先是实用创新活动,同时必须基于3D/三维数字化技术平台或使用3D/三维数字化技术工具实现。以"以赛促教、以赛促学、以赛促用、以赛促新"为宗旨,旨在弘扬创新文化、推动创新人才培养、促进3D技术应用发展。

1 “3D”数字化设计成为机械设计的必然趋势

传统机械设计是以长期经验积累为基础,通过力学、数学建模及试验等形成的经验公式,运用条件性计算或类比方法设计,采用手工计算、绘图、设计的准确性差、工作周期长、效率低。以二维工程图为载体,产品设计人员通常将表达设计思想以视图的方式来表达,机械加工人员又必须具备读图的能力,这种称为空间想象能力。目前工科院校普遍通过机械制图课程来培养学生的空间想象能力、逻辑思维能力。“3D”数字化设计充分发挥设计者的能力,运用“3D”软件进行创新构思,通过创造性思维设计出具有新颖性、创造性和实用的机械产品;“3D”数字化设计的过程大都是先构思后表达。从三维开始,经过逻辑推断、分析与决策、而产生设计方案。设计者更关注产品设计,而不是产品的图形表示,有利于设计的连续性。相对于传统机械设计,创新设计更重视设计过程中的创造性思维。

2 运用“3D”软件辅助教学,培养学生的3D意识

运用“3D”软件于机械专业课程的辅助教学,教学效果事半功倍。在《机械制图》教学中,工科院校的学生刚进大学校门,空间想象力较差。因此,课堂教学要求教师采用更好的手段方法。在机械制图教学中,运用三维CAD软件的零件造型模块辅助三视图投影教学,构建由基本体到组合体一系列的实体模型,引导学生运用投影规律认识模型与视图之间的关系,熟悉这些视图所对应的空间形体,实现从平面到空间的思维转换;通过演示零件的建模过程,也可以帮助学生认识零件结构,把学生不容易理解的抽象理论和复杂空间视图变成形象、具体、易掌握的内容。在工程图中,很多形体内部还有其它各式各样的结构,通过对模型的翻转、修改,学生直观进入三维空间,更能理解三维实体与三视图的投影关系,有效的培养学生的空间想象、创造能力。《机械设计基础》课程,理论性、系统性很强。在教学中具有承上启下的作用。要求学生掌握一般机械中常用机构的工作原理、组成、性能特点,具备对机构和零件进行分析计算和使用技术资料的能力,具有设计简单机械和简单传动装置及分析、解决一般工程问题的能力。利用“3D”数字化设计,首先根据功能要求,创建关键零部件的实体模型,然后进行强度、刚度分析,虚拟装配、全局干涉分析、机构运动仿真模拟。同时考虑加工工艺,反复进行结构调整,直到设计出结构合理、工艺性强和生产便利的产品,学生直观感受产品的设计过程。运用“3D”软件的强大功能到《机械设计基础》课程各知识点的教学中。学生对机械设计有更好的理解和把握。“3D”意识在学习过程中潜移默化的达成。

3 加强教学,强化学生的3D意识,掌握“3D”数字化设计技能

三维模型的产品设计与制造已成为我国制造业的主流模式,由于产品三维模型具有可视化、数字化和虚拟化等特点,使其成为产品开发各环节(CAD、CAE、CAPP、CAM等)不可或缺的基础载体。目前主流的三维CAD软件:UG NX、Pro/Engineer、CATIA等软件内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟、加工制造,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。重庆三峡职业学院以参加“全国三维数字化创新设计大赛”为契机,以“以赛促教、以赛促学、以赛促用、以赛促新”为宗旨。精心设计人才培养方案,分别在第三、四学期开设了《三维零件结构与设计》、《CAD/CAM技术应用》等课程。通过学习本软件,培养学生三维软件的操作、零件造型设计、产品装配、工程图制作、三维建模能力。建立CAD/CAM的先进设计理念,培养机械创新设计能力。

(1)课程设计的总体思路。按照机械类人才的成长规律,教学过程以学生为主体,以能力目标的实现为核心。将教学过程分解为理论教学、实训、机械产品设计三大部分,各个环节有机衔接,教学过程依次展开,课堂理论教学、上机实际操作、方案设计讨论、企业项目设计、评价都全部贯穿于整个教学活动之中。把企业先进的设计方法及设计理念贯穿其中,了解行业对三维软件的使用情况和利用率,并及时跟踪其产品设计开发发展最新动态。

(2)教学内容的组织与安排。三维建模技能的教学过程,更是为学生建立三维设计思想,拓展三维设计视野,为今后学习更专业的3D参数化设计软件做铺垫的过程。因此在教学中不仅要重视通过建模实例熟悉命令,更应注重通过三维建模思路的分析比较,学生在学习中不拘于教材或老师的建模步骤而独立完成三维建模,让学生能举一反三,熟悉三维建模的思维过程,达到真正理解与掌握三维建模过程的目的。针对高职学生的特点,要将该课程教学的重点放在其应用上,大量采用源于企业的典型教学案例、全国和各省市历届“3D”大赛的题目,以项目实训的形式来完成。既有重复性的技能操作,又有综合性、设计性、探索性题目,还有来自企业一线的具体课题。围绕核心知识技能点,以任务引领,将知识点进行反复运用,通过工程项目的综合演练,让学生牢固掌握教学内容,并能够真正运用于实际。使教学环节和教学内容最大限度与实际产品设计相结合。

(3)强化实训环节,突出机械创新设计能力的培养。“3D”数字化设计大赛以“三维数字化”与“创新设计”为特色。整个参赛过程经历产品的方案设计、零部件的三维建模、装配、数控加工。为了突出机械创新设计能力的培养,注重实训的效果。通过安排足够的实训时间,训练学生的操作技能。为此,我们精心设计了学生基本技能实训、专项技能实训及综合设计能力实训环节,形成了一套较为完整的实践教学体系,并使其贯穿于整个教学过程的始终。能力训练的过程循序渐进,通过实际机械产品的设计与制作,每一个项目首先组织学生分析工艺方案、研讨实施方案,引导学生充分利用CAD软件的各项功能独立完成整个设计项目。学生在设计中对比不同的建模思路、方法对产品设计结果的影响,达到举一反三的效果。结合全国“3D”数字化设计大赛,笔者设计一系列的技能实训项目。项目由简单的机构设计到复杂的夹具、模具等机械产品的设计。如课程设计“夹具”项目,改变以前完成设计方案和绘制工程图的做法,现在按照“3D”数字化设计的要求,学生接到设计任务后,通过分析设计要求,确定设计方案,采用从上至下的设计理念,分析其工作原理,产品的整体轮廓,细化零部件的具体结构和尺寸,对整个产品进行统一的规划设计。运用三维CAD软件完成零部件的建模。按照机械零件的装配要求,完成虚拟装配。然后对产品进行详细的分析、通过干涉检查,检验零件的建模是否存在错误,反复修改设计方案,最终生成夹具的工程图。运用计算机辅助制造技术,再将零部件再进行实际的加工和装配。通过一个个工作项目的完成,学生进行复杂机械类零部件的设计、装配、分析,工程实践能力大为提高,同时对三维CAD技术的应用有了更加充分的认识。学生逐步养成严谨的工作态度、获得熟练的操作技能、大胆的创新思路。配合全国“3D”大赛,鼓励学生积极参加学院“3D”建模大赛,大赛在内容和形式上都要求灵活多样,可以单人设计,也可以几个学生合作设计,方法上以学生设计为主,选拔优秀的学生参加全国大赛,学生以“学3D!用3D!我创造!我快乐!”,推动3D技术创新人才培养道路。

4 结语

基于三维模型数字的产品设计与制造已成为我国制造业的主流模式,机械智能化制造技术的应用和实现,职业院校在教学过程中强化CAD教学,注重培养学生的三维CAD的创新设计,推动3D技术创新人才的培养。利用“3D”数字化设计,实现机械的创新设计。

[1]宋波.论机械制造的智能化技术发展趋势[J].现代商贸工业,2009,(21).

[2]李文泽,单玉梅.机械产品的数字化设计特点与技术进步[J].民营科技,2010,(6).

曾文忠(1969-),男,重庆万州人,大学本科,副教授,主要研究方向:机械设计、计算机辅助设计软件在机械方面的应用。

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