论文部分内容阅读
摘要： 随着我国汽车工业的快速发展，汽车设计领域对掌握机械CAD/CAW的技术人才需求缺口日益增大。在此背景下，机械CAD/CAW课程也要与时俱进，积极适应汽车行业的快速发展，创新教学模式，提升教学质量。基于此，文章以汽车零部件设计领域的机械CAD/CAW课程为例，结合汽车零部件设计实例，对该课程课堂教学创新策略展开积极探索，旨在通过理论与实践的相互结合，全面提升机械CAD/CAW课程教学质量。
Abstract： With the rapid development of China's automobile industry， there is an increasing demand for technical personnel who master mechanical CAD/CAW in the field of automobile design. In this context， mechanical CAD/CAW courses should also keep pace with the times， actively adapt to the rapid development of the automotive industry， innovate teaching models， and improve teaching quality. Based on this， the article takes the mechanical CAD/CAW course in the field of auto parts design as an example， combined with auto parts design examples， and actively explores the classroom teaching innovation strategies of this course， aiming to comprehensively improve the teaching quality of mechanical CAD/CAW courses through the combination of theory and practice.
關键词： 机械CAD/CAM;教法创新;汽车零部件设计
Key words： mechanical CAD/CAM;teaching method innovation;auto parts design
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0253-02
0 引言
一直以来，汽车工业都被理解为机械工业、传统工业，其实随着汽车产品的更新换代，汽车早已成为高新技术的密集结晶。特别是进入新世纪以来，数字化设计逐渐成为各大汽车制造商在技术开发领域的核心竞争力。机械CAD/CAW技术在汽车零部件设计、制造中的应用，实现了汽车零部件数字化研发、设计、试制以及工业化生产，不仅能够降低汽车零部件设计、制造等环节的人力、物力成本，还可有效缩短汽车零部件研发周期。此外，在汽车零部件数字化设计、制造过程中，所积累的数据还可反复用于其他车型零部件设计、制造过程中，为汽车工业的不断发展奠定数据基础。而随着数字化汽车设计与制造技术的快速发展与广泛应用，汽车设计、制造领域对掌握机械CAD/CAM的技术技能人才，以更好地满足我国产业自主研发需求。对此，本文在分析机械CAD/CAM课程现存问题的基础上，对汽车零部件CAD/CAM课堂教学创新策略提出相应建议。
1 机械CAD/CAM课程教学现存问题
1.1 形式单一，资源缺乏 机械CAD/CAM课程在传统教学模式下，通常由教师讲解相关知识点，然后进行CAD/CAM软件的操作演示，随后安排学生进行上机实践。但是在教学实践中，受课时数量的限制，学生能够上机实践的时间少之又少，很多学生在学习了专业理论知识后由于得不到及时练习而导致对专业知识的掌握缺乏系统性、全面性。此外，由于部分学生都是首次基础CAD/CAM软件的学习，对该软件中每个模块的具体功能以及操作方式缺乏了解，特别是模具设计以及模具制造，此为CAD/CAM软件学习的两大重点，更加需要教师给予重点指导，为学生提供更多实践机会。但是这种传统教学模式显然无法满足CAD/CAM软件的实际教学需求，不仅教师教得累，学生的学习也更加被动。而且在学习过程中，由于学生缺乏对CAD/CAM软件操作技巧、汽车零部件产品与模具设计思想的思考与探究，导致其在汽车零部件设计、制造过程中难以做到举一反三，更谈不上专业知识的融会贯通。而且，受教学条件限制，该课程网络教学资源始终相对匮乏，没有及时更新与补充。随着汽车零部件设计、制造技术的不断更新、升级，那些相对陈旧、过时的课程资源显然已经无法满足新时代机械CAD/CAM教学需求。
1.2 专业知识与软件应用脱节 在讲授基于汽车零部件设计、制造的机械CAD/CAM件课程时，教师需要将其与汽车零部件模具设计专业知识相结合来进行。但是就以往机械CAD/CAM课程的教学情况来看，学生对机械CAD/CAM软件的应用与汽车零部件模具设计专业知识之间的脱节问题较为严重。归根到底，还是在于受限于传统教学模式，学生对机械CAD/CAM软件各个模块的功能、操作方式不了解、不熟练。在实践操作过程中，学生往往将更多的时间用于软件操作的探索方面，再加上学生对汽车零部件模具设计专业知识的掌握也不够扎实，在有限的学时中，无法灵活地将机械CAD/CAM软件的应用与汽车零部件模具设计专业知识进行有效结合。学习过程更侧重于对软件操作的练习，而难以将汽车零部件相关产品的建模工艺结合起来进行模具设计。 2 机械CAD/CAM课程教学创新路径探
2.1 实施项目教学，创新课程设计 在机械CAD/CAM课程教学过程中，教师可引入典型的、具有代表性的现代设计方法，引导学生通过对经典案例、经典项目的探索、分析，归纳出解决汽车零部件设计、制造过程中实际问题的一般技术与方法。在此基础上，教师可引导学生进一步学习汽车CAD/CAM建模技术、有限元分析、动态设计等现代设计理念，让学生不仅知其然，更知其所以然。在课堂教学结束后，教师还可通过布置若干个汽车零部件设计任务，引导学生以小组合作的形式，自主选择感兴趣的课题，并自行制定设计方案、进行角色分工，合作完成教师布置的设计任务，从而在项目探究中获得CAD/CAM操作技能的发展。以机械CAD/CAM在汽车车门锁扣模具设计与加工中的应用为例。汽车车门锁扣是一种车门锁紧机构的零部件，其工作原理在于，当关闭车门时，车门锁扣会与汽车门锁的卡板、止动爪咬合，以有效保障驾驶员与乘客在汽车行驶与停车过程中的人身、财产安全。车门锁扣作为车门锁紧结构中的一种受力元件，在设计过程中，需要从结构、选材、表面处理等多方面进行综合考虑。在教学过程中，教师便可将此项目作为机械CAD/CAM为案例，引导学生探索机械CAD/CAM的操作方式。首先，利用CAD/CAM创建实体模型。利用车门锁实体零件进行结构分析以及数据测定。明确参考面，在此基础上利用Pro/E软件进行造型，做出圆角、孔以及U型圆柱、底面凸台，然后通过拉伸、镜像命令拉出底面、底面凸台、倒圆角、圆柱、圆孔，至此完成模型创建，如图1所示。
其次，模具设计。①分析模具结构。分析图1，我们可以将汽车车门锁扣模具建立2个分型面、3个模具块。其中，底面为一块模具块，圆柱的中心轴向两端分为两个模具块。②创建分型面。利用PRO/E分型面面的拉伸命令从水平、竖直两个方向分别创建分型面。③生成模具工作部分。按照“编辑-分割-完成-水平主分型面-确定”的步骤创建体积快。然后使用系统默认名为亮的体积块命名;选择竖直分型面，完成操作，返回;按照“模具元件-抽取-选择所有体积快-确定”的步骤创建磨具元件。通过上述操作生成汽车门锁的3个体积快。④模具分解。利用CAD/CAM软件完成开模的操作过程，具体流程如下“铸模-输入名称，隐蔽相关模块。”最后开模定义：“模具进料孔-定义间距-选取要移动的部分-确定-选择移动方向-输入移动间距，最后生成如图2所示的模具爆炸图。”通过探索、完成该项目，学生不仅能够掌握利用CAD/CAM制作汽车零部件模型的操作方法，还可在项目实践过程中，提升实践操作技能，获得专业能力的提升。
2.2 科研项目反哺，丰富教学素材 利用科研项目反哺机械CAD/CAM课程教学，对于教师的专业能力、科研能力等各方面都提出了更高要求。教师应不断提升自身的科研能力，推动科研成果的转化，并将其作为基于汽车零部件设计、制作的机械CAD/CAM课程教学的重要素材，以促进机械CAD/CAM课程教学内容与汽车工业设计、制造领域前沿科技的紧密结合。对此，还需要高校进一步完善汽车工业CAD/CAM实训室功能与配置，引导学生在实训中完成汽车零部件设计、制作的理论验证、试件测试、成品装配等一系列实践操作，促使学生在实践操作中，接触到汽车设计、制作领域的前沿科技，提升实践操作技能。
2.3 依托科技竞赛，培养创新能力 在基于汽车零部件设计、制造的机械CAD/CAM课程教学中，教师可依托职业技能大赛、大学生汽车设计大赛等科技竞赛，通过组织学生参加相关竞赛或者将往届职业技能竞赛中的经典案例引入机械CAD/CAM教学，以更好地培养学生的实践创新能力。在具体的教学实践中，教师应积极鼓励学生参加各级、各类科技竞赛，并将学生在技能竞赛中的成果引入机械CAD/CAM教学，并通过对学生在科技竞赛中的表现、成果的科学判定，给予学生相应的学习奖励，以进一步激发学生参与职业技能竞赛的积极性，促进学生综合素质的不断提升。
2.4 借助慕课资源，创新课程教学 机械CAD/CAM技术课程教学的突出特点在于适用于学生大规模地集中学习。近年来，随着各类教学平台功能的日益完善，慕课资源的丰富与完善，在机械CAD/CAM课程教学中，教师可充分借助各种慕课资源，以丰富机械CAD/CAM教学内容，拓展学生的专业视野，促使学在利用慕课资源学习机械CAD/CAM操作技能的过程中，获得专业能力的不断提升。将慕课资源引入机械CAD/CAM课程教学，教师可将汽车零部件设计、制造的CAD/CAM操作方式，分割成若干个细小知识点，并分别以视频片段的形式进行呈现，将汽车零部件设计过程中存在的一些问题以课堂互动、课堂讨论的方式穿插于课堂教学过程中，引导学生在问题的解决过程中推动课程教学的深入实施，从而在激发学生学习兴趣的同时，提升学习成效，促进学生探究能力、问题解决能力的提升。
3 结语
基于汽车零部件设计、制作的机械CAD/CAM课程是近年来随着汽车工业的发展而逐渐兴起的车辆工程专业课程。该课程不仅对学生的实践能力有着较高要求，同时还要求学生具备一定的机械专业知识。随着汽车器部件设计、制造水平的不断提升，汽车制造领域对汽车零部件设计、制造人才的要求也会更加细致、具体。鉴于此，机械CAD/CAM课程教学应紧随进汽车工业发展趋势，与时俱进，积极改革与探索，不断完善、改进机械CAD/CAM课程教学质量，以培养更多高素质、复合型汽車设计人才。
参考文献：
[1]王文竹，刘刚，龚鹏，程勉宏，付强.面向应用型人才培养的汽车CAD教学改革研究[J].汽车实用技术，2021，46（03）：188-190.
[2]杨敏，蔡隆玉，赵建平.面向汽车数字化制造人才培养的汽车CAD/CAM课程建设[J].装备制造技术，2018（02）：175-178，194.
[3]陈忠加，陈劭，王青春，陈来荣，刘凯.“汽车CAD/CAE技术”课程教学内容和教学方法的研究[J].中国林业教育，2016，34（04）：64-66.
Abstract： With the rapid development of China's automobile industry， there is an increasing demand for technical personnel who master mechanical CAD/CAW in the field of automobile design. In this context， mechanical CAD/CAW courses should also keep pace with the times， actively adapt to the rapid development of the automotive industry， innovate teaching models， and improve teaching quality. Based on this， the article takes the mechanical CAD/CAW course in the field of auto parts design as an example， combined with auto parts design examples， and actively explores the classroom teaching innovation strategies of this course， aiming to comprehensively improve the teaching quality of mechanical CAD/CAW courses through the combination of theory and practice.
關键词： 机械CAD/CAM;教法创新;汽车零部件设计
Key words： mechanical CAD/CAM;teaching method innovation;auto parts design
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0253-02
0 引言
一直以来，汽车工业都被理解为机械工业、传统工业，其实随着汽车产品的更新换代，汽车早已成为高新技术的密集结晶。特别是进入新世纪以来，数字化设计逐渐成为各大汽车制造商在技术开发领域的核心竞争力。机械CAD/CAW技术在汽车零部件设计、制造中的应用，实现了汽车零部件数字化研发、设计、试制以及工业化生产，不仅能够降低汽车零部件设计、制造等环节的人力、物力成本，还可有效缩短汽车零部件研发周期。此外，在汽车零部件数字化设计、制造过程中，所积累的数据还可反复用于其他车型零部件设计、制造过程中，为汽车工业的不断发展奠定数据基础。而随着数字化汽车设计与制造技术的快速发展与广泛应用，汽车设计、制造领域对掌握机械CAD/CAM的技术技能人才，以更好地满足我国产业自主研发需求。对此，本文在分析机械CAD/CAM课程现存问题的基础上，对汽车零部件CAD/CAM课堂教学创新策略提出相应建议。
1 机械CAD/CAM课程教学现存问题
1.1 形式单一，资源缺乏 机械CAD/CAM课程在传统教学模式下，通常由教师讲解相关知识点，然后进行CAD/CAM软件的操作演示，随后安排学生进行上机实践。但是在教学实践中，受课时数量的限制，学生能够上机实践的时间少之又少，很多学生在学习了专业理论知识后由于得不到及时练习而导致对专业知识的掌握缺乏系统性、全面性。此外，由于部分学生都是首次基础CAD/CAM软件的学习，对该软件中每个模块的具体功能以及操作方式缺乏了解，特别是模具设计以及模具制造，此为CAD/CAM软件学习的两大重点，更加需要教师给予重点指导，为学生提供更多实践机会。但是这种传统教学模式显然无法满足CAD/CAM软件的实际教学需求，不仅教师教得累，学生的学习也更加被动。而且在学习过程中，由于学生缺乏对CAD/CAM软件操作技巧、汽车零部件产品与模具设计思想的思考与探究，导致其在汽车零部件设计、制造过程中难以做到举一反三，更谈不上专业知识的融会贯通。而且，受教学条件限制，该课程网络教学资源始终相对匮乏，没有及时更新与补充。随着汽车零部件设计、制造技术的不断更新、升级，那些相对陈旧、过时的课程资源显然已经无法满足新时代机械CAD/CAM教学需求。
1.2 专业知识与软件应用脱节 在讲授基于汽车零部件设计、制造的机械CAD/CAM件课程时，教师需要将其与汽车零部件模具设计专业知识相结合来进行。但是就以往机械CAD/CAM课程的教学情况来看，学生对机械CAD/CAM软件的应用与汽车零部件模具设计专业知识之间的脱节问题较为严重。归根到底，还是在于受限于传统教学模式，学生对机械CAD/CAM软件各个模块的功能、操作方式不了解、不熟练。在实践操作过程中，学生往往将更多的时间用于软件操作的探索方面，再加上学生对汽车零部件模具设计专业知识的掌握也不够扎实，在有限的学时中，无法灵活地将机械CAD/CAM软件的应用与汽车零部件模具设计专业知识进行有效结合。学习过程更侧重于对软件操作的练习，而难以将汽车零部件相关产品的建模工艺结合起来进行模具设计。 2 机械CAD/CAM课程教学创新路径探
2.1 实施项目教学，创新课程设计 在机械CAD/CAM课程教学过程中，教师可引入典型的、具有代表性的现代设计方法，引导学生通过对经典案例、经典项目的探索、分析，归纳出解决汽车零部件设计、制造过程中实际问题的一般技术与方法。在此基础上，教师可引导学生进一步学习汽车CAD/CAM建模技术、有限元分析、动态设计等现代设计理念，让学生不仅知其然，更知其所以然。在课堂教学结束后，教师还可通过布置若干个汽车零部件设计任务，引导学生以小组合作的形式，自主选择感兴趣的课题，并自行制定设计方案、进行角色分工，合作完成教师布置的设计任务，从而在项目探究中获得CAD/CAM操作技能的发展。以机械CAD/CAM在汽车车门锁扣模具设计与加工中的应用为例。汽车车门锁扣是一种车门锁紧机构的零部件，其工作原理在于，当关闭车门时，车门锁扣会与汽车门锁的卡板、止动爪咬合，以有效保障驾驶员与乘客在汽车行驶与停车过程中的人身、财产安全。车门锁扣作为车门锁紧结构中的一种受力元件，在设计过程中，需要从结构、选材、表面处理等多方面进行综合考虑。在教学过程中，教师便可将此项目作为机械CAD/CAM为案例，引导学生探索机械CAD/CAM的操作方式。首先，利用CAD/CAM创建实体模型。利用车门锁实体零件进行结构分析以及数据测定。明确参考面，在此基础上利用Pro/E软件进行造型，做出圆角、孔以及U型圆柱、底面凸台，然后通过拉伸、镜像命令拉出底面、底面凸台、倒圆角、圆柱、圆孔，至此完成模型创建，如图1所示。
其次，模具设计。①分析模具结构。分析图1，我们可以将汽车车门锁扣模具建立2个分型面、3个模具块。其中，底面为一块模具块，圆柱的中心轴向两端分为两个模具块。②创建分型面。利用PRO/E分型面面的拉伸命令从水平、竖直两个方向分别创建分型面。③生成模具工作部分。按照“编辑-分割-完成-水平主分型面-确定”的步骤创建体积快。然后使用系统默认名为亮的体积块命名;选择竖直分型面，完成操作，返回;按照“模具元件-抽取-选择所有体积快-确定”的步骤创建磨具元件。通过上述操作生成汽车门锁的3个体积快。④模具分解。利用CAD/CAM软件完成开模的操作过程，具体流程如下“铸模-输入名称，隐蔽相关模块。”最后开模定义：“模具进料孔-定义间距-选取要移动的部分-确定-选择移动方向-输入移动间距，最后生成如图2所示的模具爆炸图。”通过探索、完成该项目，学生不仅能够掌握利用CAD/CAM制作汽车零部件模型的操作方法，还可在项目实践过程中，提升实践操作技能，获得专业能力的提升。
2.2 科研项目反哺，丰富教学素材 利用科研项目反哺机械CAD/CAM课程教学，对于教师的专业能力、科研能力等各方面都提出了更高要求。教师应不断提升自身的科研能力，推动科研成果的转化，并将其作为基于汽车零部件设计、制作的机械CAD/CAM课程教学的重要素材，以促进机械CAD/CAM课程教学内容与汽车工业设计、制造领域前沿科技的紧密结合。对此，还需要高校进一步完善汽车工业CAD/CAM实训室功能与配置，引导学生在实训中完成汽车零部件设计、制作的理论验证、试件测试、成品装配等一系列实践操作，促使学生在实践操作中，接触到汽车设计、制作领域的前沿科技，提升实践操作技能。
2.3 依托科技竞赛，培养创新能力 在基于汽车零部件设计、制造的机械CAD/CAM课程教学中，教师可依托职业技能大赛、大学生汽车设计大赛等科技竞赛，通过组织学生参加相关竞赛或者将往届职业技能竞赛中的经典案例引入机械CAD/CAM教学，以更好地培养学生的实践创新能力。在具体的教学实践中，教师应积极鼓励学生参加各级、各类科技竞赛，并将学生在技能竞赛中的成果引入机械CAD/CAM教学，并通过对学生在科技竞赛中的表现、成果的科学判定，给予学生相应的学习奖励，以进一步激发学生参与职业技能竞赛的积极性，促进学生综合素质的不断提升。
2.4 借助慕课资源，创新课程教学 机械CAD/CAM技术课程教学的突出特点在于适用于学生大规模地集中学习。近年来，随着各类教学平台功能的日益完善，慕课资源的丰富与完善，在机械CAD/CAM课程教学中，教师可充分借助各种慕课资源，以丰富机械CAD/CAM教学内容，拓展学生的专业视野，促使学在利用慕课资源学习机械CAD/CAM操作技能的过程中，获得专业能力的不断提升。将慕课资源引入机械CAD/CAM课程教学，教师可将汽车零部件设计、制造的CAD/CAM操作方式，分割成若干个细小知识点，并分别以视频片段的形式进行呈现，将汽车零部件设计过程中存在的一些问题以课堂互动、课堂讨论的方式穿插于课堂教学过程中，引导学生在问题的解决过程中推动课程教学的深入实施，从而在激发学生学习兴趣的同时，提升学习成效，促进学生探究能力、问题解决能力的提升。
3 结语
基于汽车零部件设计、制作的机械CAD/CAM课程是近年来随着汽车工业的发展而逐渐兴起的车辆工程专业课程。该课程不仅对学生的实践能力有着较高要求，同时还要求学生具备一定的机械专业知识。随着汽车器部件设计、制造水平的不断提升，汽车制造领域对汽车零部件设计、制造人才的要求也会更加细致、具体。鉴于此，机械CAD/CAM课程教学应紧随进汽车工业发展趋势，与时俱进，积极改革与探索，不断完善、改进机械CAD/CAM课程教学质量，以培养更多高素质、复合型汽車设计人才。
参考文献：
[1]王文竹，刘刚，龚鹏，程勉宏，付强.面向应用型人才培养的汽车CAD教学改革研究[J].汽车实用技术，2021，46（03）：188-190.
[2]杨敏，蔡隆玉，赵建平.面向汽车数字化制造人才培养的汽车CAD/CAM课程建设[J].装备制造技术，2018（02）：175-178，194.
[3]陈忠加，陈劭，王青春，陈来荣，刘凯.“汽车CAD/CAE技术”课程教学内容和教学方法的研究[J].中国林业教育，2016，34（04）：64-66.