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【摘要】本文在介绍国内常用三维CAD软件及其在国内大型企业中的应用的基础上,论述了三维CAD技术在应用型院校教学中的地位,并分析其教学方法,提供了初步的教学思路。
【关键词】应用型院校 三维CAD技术 地位 教学方法
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)10(a)-0164-02
1 三维CAD类软件的基本介绍
由于计算机三维技术能逼真地虚拟现实模型,以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果,较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯。因此三维设计方式在技术领域已引起极大的重视,取代二维设计将成为今后发展趋势。三维造型技术从最初的三维CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件,常用的有SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、UGS、CATIA等。下面分别加以简单的介绍
CATIA:CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。目前单机版本为CATIA V5R19.
UGS:EDS公司的Unigraphics NX是一个产品工程解决方案,它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证的解决方案。Unigraphics NX为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式,它不仅对几何的操纵,更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件,用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。
Pro/E:Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。
SolidWorks:SolidWorks是第一款基于windows操作系统开发的三维CAD类软件,软件一贯倡导三维CAD软件的易用性、高效性。是法国Dassault System公司用于与ProE竞争的软件。
SolidEdge:Solid Edge是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。它支持至顶向下和至底向上的设计思想,其建模核心、钣金设计、大装配设计、产品制造信息管理、生产出图、价值链协同、内嵌的有限元分析和产品数据管理等功能。
以上软件中现在国内应用最多的是ProE,而大型企业应用最为广泛的则主要是CATIA和UG两个软件,Solidworks则近年来作为中低端市场的有利竞争者市场份额逐步上升,以上课程在应用型院校中均有开设,根据专业不同开设的课程内容也有所不同。
2 三维CAD技术在大型企业中的应用
CAD技术的推广和应用作为当年“九五”计划的一个重点,这些年来已在全国的各大型企业中初具规模。这些单位由于起步较早,用于CAD技术开发的资金较为充裕,所配置的硬件数量较多,软件的更新换代也比较及时。随着国内掌握微机CAD系统应用与开发设计的技术队伍不断扩大,企业也能很方便地通过各种渠道获得来自外部的技术支持,如版本升级、二次开发、应用培训等。
据了解,绝大部分的大型企业已成功地将CAD技术运用于本单位二维工程图纸的绘制;有的企业尝试将数据文件交档案管理部门归档,然后进行有关文件数据的汇总(如汇总整件汇总表、外购件汇总表、标准件汇总表等),大大节省了人力、物力和产品研制时间;更有一些技术实力较强的单位,在三维CAD技术方面的掌握和应用较好,可以用三维设计软件进行结构三维图的实体造型,在方案的初期配合三维造型完成各种图像、动画进行方案的预演及汇报,并在设计过程中利用建好的模型进行有限元分析和优化设计。这些企业已完成了“甩图板”,达到了提高产品设计质量、缩短设计周期的目的。
如国内汽车类行业广泛使用CATIA作为开发工具,而模具和数字制造则更多的使用UG和ProE等产品,其实,上述软件均为三维CAX类软件,即集成了CAD、CAE、CAM等功能为一体,其中UG和CATIA更是具备产品全生命周期管理(PLM)的功能,为大型企业所青睐。
3 应用型院校开设三维CAD类课程的必要性
适应企业的需要,由上述情况可知,现在制造业企业中大多使用三维CAD类软件作为产品开发、设计、制造的重要工具。而三维CAD软件使用的思路与传统二维CAD类软件大大不同,仅仅掌握AUTOCAD等二维CAD软件的人员在转换为三维CAD设计人员后往往不具备三维建模的思想,使用三维工具是建立在传统的二维思想之上,不重视设计环节而过分重视软件的应用,因此,设计效率提高不大。企业需要真正掌握三维CAD技术(设计思想)的专业人员来应用三维CAD类软件,以使企业的设计水平上一个新的台阶。
适应国家创新人才培养的需要,我国《高等教育法》[3]第五条规定:高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”。这是我过第一次以法律条文的形式明确了大学培养创新人才的任务。工程图学教育中一直在强调“培养对三维形状与相关位置的逻辑思维和形象思维的能力”。这也是一种迫不得已的“错位”。在三维软件环境中,一切都是“空间”的,它已经为学生搭建好了“创新”设计的“空间”舞台。实在没有必要花很多学时强迫学生在毫无生气的二维平面内培养这种能力。把重点转向教授给学生“创新设计”的理论和方法上,是转变教学观念,改革教学内容的重大课题。高等院校的三维教学应以基于特征设计的、全参数化的软件系统为基础。
4 应用型院校开设三维CAD类课程教学的基本思路
(1)教学内容是面向工程的三维设计绘图或实际的工程项目。三维CAD教学中最为忌讳的是某一软件的繁多命令的介绍,或针对某一实例具体指出操作步骤并未解释该操作方案产生的由来,似乎是某个软件的指导说明书,客观上起到了使初学者一开始就花费大量的时间和精力去学习和适应软件命令这样一种导向,导致造型实践往往是盲目的、经验化的。由于对繁多命令的记忆感到困难,在某种程度上制约了人们引进现代设计方式的速度,同时这种学习方法也影响了造型技能的提高。学习中应该充分与工程时间相结合,采用案例教学法或其他现代的教学方法,通过具体的三维设计绘图或实际的工程项目建立学生从事三维设计开发工作的思路,而不是基于二维图纸的三维转化
(2)注重三维CAD基础理论的补充,借鉴传统制图的学习,由于有了画法几何理论的指导, 形成了一种方便地学习机械制图和建筑制图等不同制图的方式。因此有必要探索计算机3D图的图学理论和通用的思维模式,以应对不同软件的学习,达到快速入门和有效提高造型技能的目的。
(3)根据不同行业和不同专业的需求选取软件和软件的具体模块,各行业对软件应用的需求不同,一个三维CAD软件可能涵盖许许多多的模块,花上几年时间也未必能完全学会,因此,教学中应考虑不同软件和模块的选取。如汽车行业广泛应用CATIA,模具行业更侧重proE和UG。同样是proE软件,模具专业和机电专业所应用的部分也有所不同。
5 结论
(1)三维设计技术在我国已经得到了广泛的应用。(2)三维设计技术应该是应用型院校相关专业教学中的一个重要组成部分。(3)在三维设计技术的教学中应该注重理论和实践相结合,教学内容和专业需求相结合,讲授实际应用的技术。
参考文献
[1] 中国数控线切割机床网.2CAD三维造型图学思维模式[Z].007-6-19.
[2] 孙世琪,孙宇.现代制造导论[M].北京:兵器工业出版社,2000.
[3] 郝静如.计算机辅助工程[M].北京:航天工业出版社,2000.
[4] 雷源中.跨世纪先进制造技术基础研究[J].中国机械工程,1996.
[5] 刁叔钧.现代CAD/CAM技术对机械制图教改的影响与作用[J].工程图学学报.1999(4).
[6] Robert Kross.使用Autodesk Inventor 教授下一代工程师[J].Autodesk在中国.2001(1).
[7] 罗康圣.从创新与新技术应用角度探讨工程制图的教学改革工程[J].图学学报.1999(3).
【关键词】应用型院校 三维CAD技术 地位 教学方法
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)10(a)-0164-02
1 三维CAD类软件的基本介绍
由于计算机三维技术能逼真地虚拟现实模型,以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果,较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯。因此三维设计方式在技术领域已引起极大的重视,取代二维设计将成为今后发展趋势。三维造型技术从最初的三维CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件,常用的有SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、UGS、CATIA等。下面分别加以简单的介绍
CATIA:CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。目前单机版本为CATIA V5R19.
UGS:EDS公司的Unigraphics NX是一个产品工程解决方案,它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证的解决方案。Unigraphics NX为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式,它不仅对几何的操纵,更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件,用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。
Pro/E:Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。
SolidWorks:SolidWorks是第一款基于windows操作系统开发的三维CAD类软件,软件一贯倡导三维CAD软件的易用性、高效性。是法国Dassault System公司用于与ProE竞争的软件。
SolidEdge:Solid Edge是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。它支持至顶向下和至底向上的设计思想,其建模核心、钣金设计、大装配设计、产品制造信息管理、生产出图、价值链协同、内嵌的有限元分析和产品数据管理等功能。
以上软件中现在国内应用最多的是ProE,而大型企业应用最为广泛的则主要是CATIA和UG两个软件,Solidworks则近年来作为中低端市场的有利竞争者市场份额逐步上升,以上课程在应用型院校中均有开设,根据专业不同开设的课程内容也有所不同。
2 三维CAD技术在大型企业中的应用
CAD技术的推广和应用作为当年“九五”计划的一个重点,这些年来已在全国的各大型企业中初具规模。这些单位由于起步较早,用于CAD技术开发的资金较为充裕,所配置的硬件数量较多,软件的更新换代也比较及时。随着国内掌握微机CAD系统应用与开发设计的技术队伍不断扩大,企业也能很方便地通过各种渠道获得来自外部的技术支持,如版本升级、二次开发、应用培训等。
据了解,绝大部分的大型企业已成功地将CAD技术运用于本单位二维工程图纸的绘制;有的企业尝试将数据文件交档案管理部门归档,然后进行有关文件数据的汇总(如汇总整件汇总表、外购件汇总表、标准件汇总表等),大大节省了人力、物力和产品研制时间;更有一些技术实力较强的单位,在三维CAD技术方面的掌握和应用较好,可以用三维设计软件进行结构三维图的实体造型,在方案的初期配合三维造型完成各种图像、动画进行方案的预演及汇报,并在设计过程中利用建好的模型进行有限元分析和优化设计。这些企业已完成了“甩图板”,达到了提高产品设计质量、缩短设计周期的目的。
如国内汽车类行业广泛使用CATIA作为开发工具,而模具和数字制造则更多的使用UG和ProE等产品,其实,上述软件均为三维CAX类软件,即集成了CAD、CAE、CAM等功能为一体,其中UG和CATIA更是具备产品全生命周期管理(PLM)的功能,为大型企业所青睐。
3 应用型院校开设三维CAD类课程的必要性
适应企业的需要,由上述情况可知,现在制造业企业中大多使用三维CAD类软件作为产品开发、设计、制造的重要工具。而三维CAD软件使用的思路与传统二维CAD类软件大大不同,仅仅掌握AUTOCAD等二维CAD软件的人员在转换为三维CAD设计人员后往往不具备三维建模的思想,使用三维工具是建立在传统的二维思想之上,不重视设计环节而过分重视软件的应用,因此,设计效率提高不大。企业需要真正掌握三维CAD技术(设计思想)的专业人员来应用三维CAD类软件,以使企业的设计水平上一个新的台阶。
适应国家创新人才培养的需要,我国《高等教育法》[3]第五条规定:高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”。这是我过第一次以法律条文的形式明确了大学培养创新人才的任务。工程图学教育中一直在强调“培养对三维形状与相关位置的逻辑思维和形象思维的能力”。这也是一种迫不得已的“错位”。在三维软件环境中,一切都是“空间”的,它已经为学生搭建好了“创新”设计的“空间”舞台。实在没有必要花很多学时强迫学生在毫无生气的二维平面内培养这种能力。把重点转向教授给学生“创新设计”的理论和方法上,是转变教学观念,改革教学内容的重大课题。高等院校的三维教学应以基于特征设计的、全参数化的软件系统为基础。
4 应用型院校开设三维CAD类课程教学的基本思路
(1)教学内容是面向工程的三维设计绘图或实际的工程项目。三维CAD教学中最为忌讳的是某一软件的繁多命令的介绍,或针对某一实例具体指出操作步骤并未解释该操作方案产生的由来,似乎是某个软件的指导说明书,客观上起到了使初学者一开始就花费大量的时间和精力去学习和适应软件命令这样一种导向,导致造型实践往往是盲目的、经验化的。由于对繁多命令的记忆感到困难,在某种程度上制约了人们引进现代设计方式的速度,同时这种学习方法也影响了造型技能的提高。学习中应该充分与工程时间相结合,采用案例教学法或其他现代的教学方法,通过具体的三维设计绘图或实际的工程项目建立学生从事三维设计开发工作的思路,而不是基于二维图纸的三维转化
(2)注重三维CAD基础理论的补充,借鉴传统制图的学习,由于有了画法几何理论的指导, 形成了一种方便地学习机械制图和建筑制图等不同制图的方式。因此有必要探索计算机3D图的图学理论和通用的思维模式,以应对不同软件的学习,达到快速入门和有效提高造型技能的目的。
(3)根据不同行业和不同专业的需求选取软件和软件的具体模块,各行业对软件应用的需求不同,一个三维CAD软件可能涵盖许许多多的模块,花上几年时间也未必能完全学会,因此,教学中应考虑不同软件和模块的选取。如汽车行业广泛应用CATIA,模具行业更侧重proE和UG。同样是proE软件,模具专业和机电专业所应用的部分也有所不同。
5 结论
(1)三维设计技术在我国已经得到了广泛的应用。(2)三维设计技术应该是应用型院校相关专业教学中的一个重要组成部分。(3)在三维设计技术的教学中应该注重理论和实践相结合,教学内容和专业需求相结合,讲授实际应用的技术。
参考文献
[1] 中国数控线切割机床网.2CAD三维造型图学思维模式[Z].007-6-19.
[2] 孙世琪,孙宇.现代制造导论[M].北京:兵器工业出版社,2000.
[3] 郝静如.计算机辅助工程[M].北京:航天工业出版社,2000.
[4] 雷源中.跨世纪先进制造技术基础研究[J].中国机械工程,1996.
[5] 刁叔钧.现代CAD/CAM技术对机械制图教改的影响与作用[J].工程图学学报.1999(4).
[6] Robert Kross.使用Autodesk Inventor 教授下一代工程师[J].Autodesk在中国.2001(1).
[7] 罗康圣.从创新与新技术应用角度探讨工程制图的教学改革工程[J].图学学报.1999(3).