SolidWorks软件在计算机辅助产品设计教学中的应用与探索

王 琛， 张佳音， 郑泠汐

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037)

SolidWorks软件是一款功能强大、组件丰富的计算机辅助设计软件，其强大的参数化设计功能，使产品的设计、制造和生产管理融为一体[1]。因此，无论在产品的实际生产制造过程中，还是在高校课堂里，SolidWorks软件都有广泛应用[2]。学习SolidWorks软件对于产品设计专业的学生而言，是职业技能积累的开始[3]。对产品设计专业的学生，相关高校均开设了《计算机辅助产品设计》等三维设计课程，其目的就是通过系统的课程教学，使学生掌握三维建模方法，培养三维建模思维，理解在数据驱动下，产品的设计、制造和生产管理的相互融合，并能够在学习和工作中进行灵活应用。

1 SolidWorks软件教学应用现状

计算机辅助产品设计课程是针对于产品设计专业设置的必修课程，但在实际教学过程中，出现了“重造型、轻参数化”的问题[4]。其主要原因与授课老师自身熟悉的软件相关，部分老师因为长期使用造型设计软件，例如Rhino犀牛软件，所以在实际教学过程中轻视了“参数化”教学[5]。

Rhino软件偏向产品的造型设计，Rhino体积小巧，其全面、强大的曲面建模能力，使得它能非常顺利地完成各种形态的产品造型[6]。但是Rhino软件无法实现参数化设计，更无法在软件内部实现由数据驱动的设计、生产和管理的联动[7]。而SolidWorks软件更加注重参数化在设计中的重要性，在表现外形的同时，从结构设计、功能仿真、力学分析、工程图等方面对产品进行全面评估[8]。因此，在现有教学现状下，需要更好地安排课程结构，将造型设计和参数化设计软件的教学课时进行合理分配，突出建模思维训练，使学生更好地理解造型设计和参数化设计各自的特点和优势[9]。在熟悉软件操作的基础上，充分领悟软件的内涵，并能够在学习和工作中进行灵活切换[10]。

2 SolidWorks软件教学探索

在现有教学条件下，发挥SolidWorks软件易于上手的特点。本文从三个方面探索SolidWorks软件教学的方法。

2.1 线体结合

“线体结合”即曲线和实体的结合，任何一种三维建模软件生成实体模型的一般步骤都是由线构成面、面构成体，或者直接由线构成体[11]。区别于一般Nurbs造型设计软件，SolidWorks软件建模的一般思路为直接由线构成体[12]，即直接由草图曲线绘制实体。因此，曲线和实体的结合是SolidWorks软件教学的基础，曲线包含了草图曲线和三维空间曲线，其中草图曲线是SolidWorks软件教学的第一步，正确且高效率绘制草图曲线是SolidWorks软件必修的基本功[13]。SolidWorks软件教学的第一个重点，就是在草图模块下熟练绘制曲线。绘制草图的要求是，草图中的所有曲线闭合且全约束。若曲线没有实现闭合，则生成不了实体[14]。若曲线没有实现全约束，则无法进行参数化设计和修改。因此，在SolidWorks软件教学时要狠抓基本功，多加案例，由简入繁，进行草图绘制训练，以达到熟能生巧的程度。

2.2 线面结合

“线面结合”即曲线和曲面的结合，和主流的三维设计软件相同，SolidWorks软件具有强大的曲面造型功能。SolidWorks曲面造型设计的一般步骤是先绘制曲线，再由曲线生成曲面。SolidWorks中的曲线，包含了平面草图曲线和空间自由曲线[15]。前者是在指定平面内绘制的曲线，后者是在空间中通过多重定位点来绘制的曲线。和Rhino等三维设计软件不同，Rhino软件中的曲线绘制更加自由，可以不用通过点来绘制，其实质是不用通过参数来限定曲线[16]。而SolidWorks软件中的曲线，无论是平面草图曲线或空间自由曲线，都是基于有参数限定的点或线而绘制的，即通过参数来限定曲线，实现曲面的参数化设计。“线面结合”的学习是SolidWorks软件教学的第二个重点，“线面结合”的学习有两个层次，第一层次，绘制一个或多个平面草图曲线，并由一个或多重平面草图曲线通过曲面生成命令直接得到曲面[17]。第二层次，混合平面草图曲线和空间自由曲线来绘制曲面，以生成混合多种曲线形式的复杂曲面。与某些自由曲面软件不同，SolidWorks软件中由曲线绘制的曲面是由参数驱动的，对曲线参数进行修改时，曲面也随之改动，并可关联至装配和工程图等后续模块中[18]。因此，“线面结合”的学习，要从绘制好曲线开始，高质量的曲线是成功的一半。

2.3 曲实结合

“曲实结合”即曲面和实体的结合，SolidWorks软件各个模块具有极高的兼容性和转换性。兼容性指的是在SolidWorks软件中，实体可以和曲面结合，实体模块下绘制的模型也可以和曲面模块下绘制的模型装配在一起[19]。转换性指的是在SolidWorks软件中，实体可以和曲面相互转换，曲面加厚或缝合便可成为实体，实体抽壳便可成为曲面。“曲实结合”的学习是SolidWorks软件教学的第三个重点[20]，以绘制欧式台灯为例，欧式台灯一般由三部分组成：灯罩、灯座和灯泡。其中，灯罩需要通过“线面结合”进行绘制，再通过混合平面草图曲线和空间自由曲线来绘制灯罩曲面，并通过加厚功能实现曲面向实体的转换。灯座使用多重平面草图曲线生成曲面，并通过缝合功能实现曲面向实体的转换。灯泡直接由“线体结合”进行绘制，绘制灯泡的外围轮廓草图和中心轴，沿中心轴旋转得到灯泡实体。由“线面结合”建模的灯罩、灯座和由“线体结合”建模的灯泡最终在SolidWorks软件装配模块中装配一致，实现了“曲实结合”，凸显了SolidWorks软件曲面和实体结合互通的优势。

3 小结

SolidWorks软件偏向产品的参数化设计，其强大的参数化设计功能，使产品的设计、制造和生产管理融为一体。SolidWorks软件的教与学过程是一个循序渐进过程，每一步都环环相扣。本文分析了现阶段计算机辅助产品设计教学中存在的问题，发挥SolidWorks建模软件的自身优势。在现有的教学应用条件下，探索SolidWorks软件教学方法，以符合现阶段设计发展需要，达到计算机辅助产品设计的教学要求，对于培养高素质设计类人才具有现实意义。