CAD/CAM技术模块化实践教学体系研究

2012-11-17张红蕾袁铁军黄晓峰

中国科技信息 2012年20期

关键词：模块化教学内容模块

张红蕾袁铁军黄晓峰

盐城工学院机械工程学院，江苏盐城 224000

CAD/CAM技术模块化实践教学体系研究

张红蕾袁铁军黄晓峰

盐城工学院机械工程学院，江苏盐城 224000

根据原有CAD/CAM技术实践教学模式中存在的一些问题，结合CAD/CAM技术教学要求，对CAD/CAM技术内容进行模块化划分，建立包括课内实验、课外实践、综合训练、创新应用的模块化实践教学体系，并以多模块实践教学方法进行实践，从而培养学生分析和解决工程实际问题的能力，为制造业信息化培养高级工程技术人才。

CAD/CAM；模块化；实践教学体系

引言

随着电子信息技术的不断发展，CAD/CAM技术的应用已遍及各个工程领域，有力地推动了制造业的发展，使传统制造不断向以先进制造技术和信息化制造技术为代表的现代制造发展。作为先进制造技术和制造业信息化的基础，CAD/CAM技术的应用水平已经成为衡量企业综合实力的重要标志。可以预料，随着市场竞争的日趋激烈，以CAD/CAM技术为代表的先进设计、制造技术在我国的应用推广进程会进一步加快[1]。在这种背景下，CAD/CAM技术就成为从事机械产品设计与制造人员必须掌握的先进技术手段。因此，如何有效地、合理地开展CAD/CAM技术教学工作就成为摆在高校相关专业教师面前的重要任务。

CAD/CAM技术是在学习计算机应用基础、工程图学、数据库技术、计算机网络技术、机械设计、数控加工等多门机械类课程基础上，通过对多学科、多知识的综合应用，最终使学生了解CAD/CAM技术的历史、现状及发展，掌握CAD/CAM技术的基本理论，了解和熟悉CAD/CAM相关技术及软件，培养学生分析和解决工程实际问题的能力[2]。目前，为适应社会需求，工科院校普遍开设了CAD/CAM技术课程及相关实验，但传统的教学模式重理论、轻实践，只注重理论教学工作，缺乏与实践之间的联系和完善的实践教学体系的建立，导致在培养学生动手和实践能力方面还有许多不足。另一方面，对于应用型本科院校而言，CAD/CAM技术教学要求更重视学生的工程实践能力培养和实践教学工作，实践教学的质量直接关系着CAD/CAM技术教学工作的成败。

综上可见，工程实践能力的培养是建立新的CAD/CAM技术实践教学体系的目标。本文从此目标出发，改变传统实践教学模式，建立CAD/CAM技术模块化实践教学体系。

1 CAD/CAM技术模块化实践教学体系

CAD/CAM技术模块化实践教学体系是建立在相应的模块化教学内容基础上，通过模块化的教学方法实施。下面分别对其教学内容和方法进行研究。

1.1 模块化实践教学内容

CAD/CAM技术所涉及的内容十分广泛，从字面含义来看，包括计算机辅助设计（CAD, Computer Aided Design）和计算机辅助制造（CAM, Computer Aided Manufacturing）；实际上，它的内容还涵盖了计算机辅助工程（CAE, Computer Aided Engineering）、计算机辅助工艺设计（CAPP, Computer Aided Program Planning）以及计算机集成制造技术等，是应用计算机协助人们进行产品设计、分析到最终制造，从而贯穿产品全生命周期的综合性技术。

根据以上CAD/CAM技术的内容，可以将其分为几个相对独立的模块组织实践教学，针对每一部分的实践内容进行强化练习，加深学生对相应知识的理解和实践应用。总体上可将CAD/CAM技术实践教学内容分为CAD模块、CAE模块、CAPP模块、CAM模块和CAD/CAM集成制造模块[3]。CAD模块的实验目的是培养学生以计算机为工具辅助完成产品设计过程中各项工作的能力，从而提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本。在此模块可以设置二维图绘制、三维几何造型、零件装配等实验项目。CAE模块是在前面CAD模块中完成的三维实体建模基础上，从产品的方案设计阶段开始，按照实际使用条件进行仿真和结构分析，从而按照性能要求进行设计和综合评价，以便从多个设计方案中选择最佳方案。在此模块可以设置零部件有限元模态分析、优化计算、动态仿真和可靠性设计等实验项目。CAPP 模块是以计算机为辅助手段解决产品制造过程中存在的有关材料、工具、工装、过程等工艺问题。在此模块实验中可以进行软件辅助工艺编程的实践练习。CAM模块通常是指数控程序的编制，包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹的仿真及NC代码的生成等。此模块核心的实验内容是利用计算机进行数控程序编制。在前面的实验模块内容完成以后，可以在CAD/CAM集成制造模块中进行综合任务实验，将前面的实验内容进行强化和运用，培养学生利用计算机软件及数控加工设备辅助完成产品生命全周期中的设计、分析及加工制造的能力。在将CAD/CAM技术实践教学内容进行模块化后，可以根据CAD/CAM技术教学进程合理地安排实践教学的流程和内容，层层推进，构建科学的实践教学体系内容，如图1所示。

图1 CAD/CAM技术实践教学内容和流程

1.2 模块化实践教学方法

对于上述不同的实践教学内容，采用不同模块的方法开展实践教学。常用的实践教学方法模块有课内实验、课外实践、综合训练和创新应用。课内实验主要采用现场演示、训练教学，同时加强学生对实验预习的检查，提高学生的实验效率；加强对实验过程和实验结果的检查，提高实验的效果。课外实践主要采用引导教学，布置课外实践任务，帮助学生解答实践过程中遇到的难题，增强学生自我解决实践问题的能力。在综合训练中，采用集中讲解与个别辅导的方法。集中讲解综合训练环节中的难点和重点，在实践活动中进行现场进行辅导，避免了实践教学与理论教学脱节现象，切实地提高学生的实际动手能力。在创新应用模块中，采用启发式教学方法，讲解创新的方法，引导学生进行创新，对创新活动中所运用的工作原理、方法、可能性进行指导与评价。以上四个实践方法模块可以在CAD/CAM技术实践教学环节中依次实施，由浅入深地提高学生的工程实践能力。具体来讲，CAD、CAE实践模块的主要内容为产品设计和分析相关的实验，在个人计算机上即可完成，所以在此模块实践教学中采用课内实验为主的方法，提高利用计算机相关软件内对产品进行设计和分析的能力。CAPP、CAM实践模块的内容与具体的产品生产设备和环境相关，故多放在课外实践模块中进行。对产品进行工艺制定和数控编程后，现场引导学生如何利用CAD/CAM技术进行产品的加工。而在综合训练模块中的实验则以CAD/CAM集成制造内容为主，锻炼学生利用CAD/CAM技术和软件综合解决工程实际问题的能力。在前面几个模块的教学之后，还可以指导学有余力的学生进行创新应用的实践锻炼。通过各种CAD/CAM技术及机械设计创新大赛等，进一步提升学生的学习兴趣和创新实践能力。

2 CAD/CAM技术模块化实践教学体系实施和效果

在CAD/CAM技术实践教学实施过程中，以Pro/E、UG等综合软件和数控加工设备为实践平台，将实践内容以模块方式组织，循序渐进、由浅入深，在每一模块中进行针对性的实践练习，使学生逐步适应、步步为营；同时通过多种模块实践教学方法进行穿插强化，进一步提高学生的工程实践能力。实践证明构建模块化的实践教学体系，使实践教学与理论教学紧密联系，既巩固了理论知识又突出了学生动手能力和创新能力的培养，强化了学生综合工程素质，达到了预期的实践教学效果。