基于UG NX的应用型本科院校CAD/CAE/CAM系列课程教学探索与实践

徐伟

摘 要 应用型本科院校开设CAD/CAE/CAM系列课程十分必要。具体实施方法是以UG NX软件为平台，以典型机械机构为对象，逐步开设计算机绘图、计算机辅助分析、机械CAM三门实践课程。此系列课程的探索与改革，完善了教学内容，优化了教学方法，为社会提供了高素质的应用型技术人才。

关键词 UG NX；CAD；CAE；CAM

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）24-0047-03

Research and Application of UG NX based CAD/CAE/CAM Courses Teaching in Application-oriented Colleges//XU Wei

Abstract Applied Undergraduate Colleges offer CAD/CAE/CAM courses are necessary. Specific implementation method is based on

UG NX software platform， the typical mechanical system as an object，

and gradually set up computer graphics， computer-aided analysis， and mechanical CAM three practice courses. Exploration and Reform

of this series of courses， improve teaching content， optimizing the teaching methods， provide the community with high-quality talents of applied technology.

Key words UG NX； CAD； CAE； CAM

1 引言

2015年10月，国家发展改革委、教育部、财政部联合发布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》[1]。三部委关于高校转型的意见发出后，全国各省（市）陆续出台方案，明确多所高校将向應用型本科高校转型。

应用型本科的关键在于“应用”二字，要求高校通过调整课程体系，改革教学内容和教学方法，注重学生实践能力和应用能力的培养。对于机械设计制造及其自动化专业的学生来说，CAD/CAE/CAM系列课程正是反映其应用能力的关键。

2 应用型本科院校开设CAD/CAE/CAM系列课程的必要性

中国制造2025战略中对智能制造工程有明确的指标要求：到2020年，制造业重点领域智能化水平显著提升，试点示范项目运营成本降低30%，产品生产周期缩短30%，不良品率降低30%；到2025年，制造业重点领域全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低50%，产品生产周期缩短50%，不良品率降低50%[2]。要想达成这些指标，必须大力推进CAD/CAE/CAM技术的应用。CAD/CAE/CAM技术可以有效降低运营成本，缩短产品的生产周期，降低不良品率。目前，CAD/CAE/CAM技术已应用到各行各业。

因此，为适应社会需要、缩短学生就业后在企业的适应时间，应用型本科院校开设CAD/CAE/CAM系列课程并开展相关教学模式、教学方法的研究已迫在眉睫。三江学院的办学定位一直是应用型本科院校，学生的普遍特点是理论基础相对薄弱，但动手能力强，对实践类课程更感兴趣。为充分调动学生的学习积极性，扬长避短，在人才培养方案中，开设CAD/CAE/CAM系列课程，在重点培养学生的实践能力的同时，注重对学生的综合素质和创新能力的培养，充分体现了三江学院结合社会需要、着力培养应用型人才的办学理念。

3 CAD/CAE/CAM系列课程教学探索

合理开设相关课程，逐步推进CAD/CAE/CAM 为强化学生对CAD/CAE/CAM技术的应用能力，三江学院依次开设三门课程，逐步推进CAD/CAE/CAM系列课程教学，具体情况如下。

一年级下学期开设计算机绘图课程，任务是使学生掌握使用CAD软件对较复杂的零部件进行三维建模和装配的方法，同时要求学生具备熟练使用CAD软件绘制二维零件图、装配图的能力。计算机绘图课程的先修课程应包括工程制图和计算机基础。

三年级上学期开设计算机辅助分析课程，主要任务是使学生掌握使用CAE软件对较复杂的零部件进行运动仿真和有限元分析的方法。计算机辅助分析课程的先修课程应包括计算机绘图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计。

四年级上学期开设机械CAM课程，主要任务是使学生掌握使用CAM软件对较复杂的零部件进行自动编程的方法，并要求学生能够根据自动编程程序进行实际加工。机械CAM课程的先修课程应包括计算机绘图、机械制造工程学、数控原理与编程、数控加工技术。

平台软件的选用 目前，社会上广泛应用的CAD/CAE/

CAM软件种类很多。CAD软件主要有AutoCAD、CAXA、CATIA、

Solid Works、UG NX、Pro/E等；CAE软件主要有ABAQUS、ADINA、ANSYS、NASTRAN、MARC、COSMOS等；CAM软件主要有CAXA、CATIA、UG、Master CAM、Power mill等。

CAD/CAE/CAM的各种软件之间虽然可以通过通用的图形格式相互转换，但往往会丢失很多重要信息。不少高校在CAD/CAE/CAM各环节选用的软件不一致，往往导致CAD/CAE/CAM课程内容的衔接不合理，有不少内容是重复或脱节的。经过课题组的反复比较和研究，选用应用非常广泛的UG NX软件作为CAD/CAE/CAM系列课程统一的软件平台。

教学内容的选择 为了使CAD/CAE/CAM系列课程联系紧密，在教学过程中不出现内容重复和内容脱节的情况，除了选用UG NX软件作为统一的平台外，课题组精心组织教学内容，提出以典型机械机构为对象，以相应理论知识为抓手的教学思路。

在计算机绘图课程中，指导学生完成曲柄滑块机构、间歇运动机构、减速器等典型机械机构的三维实体建模和装配，同时完成这些典型机械机构的二维装配图和零件图。要求掌握草图、特征、约束等建模和装配的方法，掌握图幅、视图、基本绘图、修改、工程标注等绘制二维装配图和零件图的方法。在计算机绘图课程中同时注重考查学生对机械制图课程相关理论知识的掌握情况，查漏补缺，及时巩固提高。

在计算机辅助分析课程中，指导学生对上述典型机械机构进行有限元分析和运动仿真。要求掌握材料设定、网格划分、施加载荷、编制解算方案和结果后处理等有限元分析的方法，掌握设置连杆、设置运动副、输入驱动、结果后处理等运动仿真的方法。在计算机辅助分析课程中同时注重考查学生对理论力学、材料力学、机械原理、机械设计等课程相关理论知识的掌握情况，查漏补缺，及时巩固提高。

在机械CAM课程教学中，指导学生对上述典型机械机构进行工艺设计、自动编程加工和产品装配调试。要求掌握刀具设置、工件设置、材料设置、操作设置和操作管理器、刀具路径模拟、加工模拟、后处理等自动编程加工的方法，掌握将自动编程的程序导入机床并进行实际加工的方法。在机械CAM课程中同时注重考查学生对机械制造工程学、数控原理与编程、数控加工技术等课程相关理论知识的掌握情况，查漏补缺，及时巩固提高。

通过以上3门课程的开展，学生CAD/CAE/CAM技术的应用能力逐步提高，同时巩固了相关的理论知识，系统地掌握了企业中开发新产品的整个流程：先设计（CAD），再分析（CAE），后加工（CAM）。学生可以通过机械CAM课程中加工并装配的典型机械机构，验证在计算机绘图课程中的建模和装配，以及在计算机辅助分析课程中的有限元分析和运动仿真，实现闭环教学。

创新考核方式 课题组通过对课程考核方式的改革，既锻炼学生的实践能力，又注重对学生综合素质和创新能力的培养。

在计算机绘图课程中，要求学生完成典型机械机构的测绘并进行答辩，最终根据作品和答辩情况综合评定成绩，重点考查学生的绘图能力、创新能力、语言表达能力和应变能力。

在计算机辅助分析课程中，要求学生提交关于典型机械机构有限元分析和运动仿真的论文及有关电子文件，根据完成情况及效果来评定成绩，重点考查学生的建模能力、数据分析能力和应用文撰写能力。

在机械CAM课程中，要求学生提交典型机械机构实物模型，根据实物的加工和装配质量评定成绩，重点考查学生的自动编程能力、实际加工能力、零部件装配能力。

课题组还提出以团队为单位进行考核的方式，在上述3门课程的教学过程中，改变以往对学生个体进行考核的方式，采用个体和团队并行的方式，鼓励学生组成团队，通过建立模拟企业中的工作组来共同完成整套机构的设计、造型、分析、制造、装配、调试；强调团队的合作和分工，结合团队和个人进行成绩的综合评定，为学生就业后能迅速适应企业中团队合作的工作方式打下良好的基础。

与职业资格证书相对接 目前，本科生就业压力非常大，在获取学历文凭证书以外再考取相应的职业资格证书，对求职和就业的帮助十分显著。三江学院在《三江学院学生自主化个性学习学分实施办法》中明確指出每考取一张职业资格证书，即可获得两个自主化个性学习学分。为提高学生的学习兴趣，课题组将每门课程与含金量较高、社会认可度较好的职业资格证书相结合，根据职业资格证书的认证要求组织相应课程的知识点。学生在学完有关课程后，即可考取相应的职业资格证书，在锻炼实践能力的同时提高就业竞争力。表1为学生可考取的职业资格证书。

与学生社团和学科竞赛相结合 学生社团旨在丰富大学生的课余生活，为大学生提供一个展示自我、发展自我的空间和平台，建设健康、活泼、向上的校园文化。学生社团活动同时是学校专业课程延续，通过社团活动可以充实、完善专业课程的开发和实施。

学科竞赛是推进教学改革的重要手段，也是培养学生创新能力和综合素质、实现学生个性化培养的重要途径。课题组非常重视通过学生社团和学科竞赛激发学生学习CAD/

CAE/CAM系列课程的兴趣。在课题组的主张下，学校成立3D协会。3D协会定期组织各类活动，如培训、作品展、校内竞赛等。课题组同时组织学生参加各类学科竞赛，表2为学生可参加的各类学科竞赛。

表2中的各类竞赛均组织校内选拔赛，全国三维数字化创新设计大赛和华东区大学生CAD应用技能竞赛的选拔由3D协会的校内竞赛完成，其余选拔赛单独组织。以全国大学生工程训练综合能力竞赛为例，该比赛要求参赛队伍自主设计、制作一辆无碳小车进行比赛。课题组通过3门课程的教学，对学生的能力有非常清晰的认识，通过学生自荐和教师推荐的方式组成约10支队伍，每支队伍有二、三、四年级的学生各1名。二年级学生具备CAD的能力，三年级学生具备CAD/CAE的能力，四年级的学生具备CAD/CAE/CAM的能力，通常以四年级学生为队长，在集体方案设计、总体设计后，每人分别承担结构设计、仿真分析和加工制作，团队再一起完成装配调试。课题组组织校内选拔赛，优选前几名并提出进一步改进的方案，修改提高后参加省级、国家级比赛。

4 结语

随着中国制造2025战略的不断推进，越来越多的制造企业需要大批熟练掌握CAD/CAE/CAM技术应用能力的应用型技术人才。三江学院结合自身情况，积极开展CAD/CAE/CAM课程的改革和探索，不断深化教学改革，完善教学内容和教学方法，积极为社会提供高素质的应用型技术人才，也为全国多所高校向应用型本科院校转型时如何调整课程体系、改革教学内容和方法提供借鉴。

参考文献

[1]陈勇，邢彦明.我国法律职业教育学制体系建设研究[J].北京政法职业学院学报，2015（4）：1-8.

[2]苗圩.中国制造2025：建设制造强国的行动纲领[J].理论参考，2015（7）：4-18.