基于UGNX软件的机械CAD应用课程教学改革研究论文
1 引言
计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)是指设计人员借助计算机进行设计的方法。CAD 技术能极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，缩短设计周期，降低产品成本，为开发新产品和新工艺创造了有利条件。同样，CAD 应用技术是数字化、信息化制造技术的基础，是实现信息化和工业化融合的重要支撑技术。因此，通过课程改革和创新使学生更好地掌握CAD 技术，提高人才培养的质量，满足行业和社会对人才的需要是目前机械工程专业亟需解决的问题之一。
2 传统“机械CAD 应用”课程授课现状与教学改革的必要性
2.1 “机械CAD 应用”课程授课现状
目前很多高校的“机械CAD 应用”课程教学还不能满足企业对人才的需求。一方面企业需要能够在生产一线从事设计、制造、检测等的工程应用型人才，具备应用相关技术解决实际工程问题的动手能力;另一方面很多学校的“机械CAD 应用”课程教学通常采用传统的“以教师讲授为主”的教学方式，缺少课堂教学理论与实践相结合的机会，导致学生学习兴趣不高，实践能力较差。同时，学校教学内容和企业需求有较大的脱节，“机械CAD 应用”课程一直以来首选AUTOCAD 软件讲解机械制图相关的知识，学习二维操作为主，应用方向有局限。因此，如何在注重理论教学的基础上对“机械CAD 应用”课程进行改革，增加学生实践机会和与企业接轨的项目锻炼、提高动手能力是目前“机械CAD 应用”课程教学中亟需解决的问题。无锡太湖学院在2010 年以前，“机械CAD 应用”课程主要以AutoCAD 为主进行讲解，以讲解软件命令的形式，上机练习抄不同难度的图，这种教学方式勉强能够提高学生的二维制图能力，但是制图规范、机械专业知识很难结合到教学中去，这导致学生会用软件但不会机械设计。2012 年以后，该校为增加学生对绘图软件CAD 应用的技能(二维和三维)，满足大四学生毕业设计对软件使用的需要，“机械CAD 应用”课程除了讲AutoCAD 平面部分以外，另外安排了一半时间用UG NX 软件讲解三维部分。这样虽然学生学习了两种软件，但由于课时有限，不可能深入学习，导致平面和三维都会一点，但都不精。
2.2 传统“机械CAD 应用”教学改革的必要性
为解决上述问题，该校从2014 年开始用UG NX软件来实施教学，不仅注重学生的三维建模能力，还注重其应用能力的拓展。UG 软件有非常完整的数字化设计模块可以兼顾二维制图要求，所以不存在不会设计二维图纸的问题。近年来企业行业设计模式也发生变化，虽然中小企业还是以二维为主，但有不少大型公司已经很少用或不用AutoCAD，如：中航工业集团副总工程师杨伟主持创立了全新的基于完全产品数字化定义的全数字化飞机研发体系，实现了飞机完全无纸化设计、完全无纸化制造、多属性面向全生命周期的产品数据管理、跨地域的数字化协同设计环境等，彻底变革了飞机的研发模式、流程与体系，在国内首次实现全三维数字化设计制造技术，将某新机的试制周期较歼10 和美国F-22 缩短了2/3。在实际教学中，要结合课程教学目的，围绕提高学生实践能力的目标，采用目前国际主流的高端软件作为教学和实践平台，如：CAXA，UG NX，CATIA，Pro/E，Solidworks，MastCAM，ANSYS 等，使相关理论能够以直观的形式、简单的操作及完整丰富的内容展现给学生。
3 “机械CAD 应用”课程教学方法和教学内容探讨
3.1 “机械CAD 应用”课程教学方法探讨
传统的“机械CAD 应用”的教学通常以灌输式的讲授为主，内容主要是用AutoCAD 完成工程制图、讲解制图规范和简单的机械零件设计举例，学生不可避免地感到枯燥。根据笔者的教学经验，结合学生的特点，为提高本科学生各种CAD 应用能力，需进行教学方法的改革和创新，突出学生的主体意识和个性，培养学生的参与意识，具体方法如下。
(1)讲课时尽量避免填鸭式的命令讲解，防止出现学生精通软件操作，但专业知识缺乏的现象。故要做到理论知识够用，突出动手操作环节，以提高学生的成就感和学习兴趣。所有案例演示实时进行，即老师演示时，学生同步看到老师的操作步骤，这样可以实时沟通、讲解疑难问题。
(2)使用项目教学方式教学，针对不同CAD 应用目的，设置有特色的项目。由于在整个课程前期的教学主要目标是精通软件的各个模块，所以应针对不同的应用模块设置对应的项目。课程中后期主要是培养学生独立完成项目的能力，所以根据产品的难易程度，设置由简到繁的主题，让学生参与项目制作过程，逐渐增强学生的自主创新意识。通过这样的方法，学生对软件操作的学习比灌输式的讲授更加扎实，在自主创新的过程中，学生更有成就，而且涌现了一批非常好的作品。
(3)项目实施时采用分组教学的方法。首先，由于该校一个教学班一般由两个班一起上课，人数在55~65 人左右，布置项目练习很难做到一人一题。其次，一般项目练习一个人独自实施很难在课堂上完成，通过分组细分任务可以保证在课堂中看到完成后的效果，这样老师可以实时给出评价并提出问题和建议。所以考虑分组进行，使用这个方法后，学生的学习效果有明显提高，而且还带动了一部分基础差的学生。
(4)增加课外互动环节。除了课堂以外，还要重视课外时间的.交流和协调。如：建立QQ 群、微信群，在群里布置作业，沟通问题，了解学生学习情况等。这不仅增强了学生的学习兴趣，也提高了学生做作业的效率和学生团队合作的默契度。而且学生毕业后，老师还可以在群里了解学生毕业后主要从事哪些CAD 应用相关的工作，对以后的教学改革、教学内容更新提供一些参考。
3.2 “机械CAD 应用”课程教学内容的探讨
从《中国制造2025》的路线图中可以看到中国现在还处于工业2.X，还没达到工业3.0，与德国工业4.0的差距相当大，所以中国要在2025 年之前走“工业2.0补课、工业3.0 普及、工业4.0 目标”这样的路线。从中可以发现“机械CAD 应用”这门课程，最需要做的就是从传统的二维到未来的全三维数字化设计，这是当前和今后重点需要发展的方向。所以作为应用型本科也要在《中国制造2025》发展中，找到自己的定位，抓住主流方向，把数字化设计这个重点在“机械CAD 应用”课程中体现出来。NX 软件的数字化设计功能非常强大，它提供了在设计和制造的不同阶段之间无缝移动的工具，并且将整个周期整合起来。设计师可以借助无缝交换功能来选择线框、曲面、实体参数或直接建模技术。借助NX 中的同步建模技术，在创建和编辑几何体时能够享受无与伦比的速度和易用性，甚至可以使用在其他CAD 系统上创建的模型。NX 包含强大的装配体设计工具，其卓越的性能和能力使用户能够在完整的装配体环境中进行交互式操作，即使是最复杂的模型也能胜任。集成式工业设计借助高级自由曲面建模、形状分析、渲染和可视化工具，NX 能够交付专用工业设计系统的全部功能，还可提供与NX 设计、仿真和制造功能的完整集成等功能。所以UG NX 与传统AutoCAD 相比有相当多的优势：将设计时间缩短30%以上;推出更多新产品;通过重用提高团队生产效率;无缝处理来自其他CAD 系统的数据。
下面探讨的教学内容也是基于NX 软件平台进行的。在UG NX 平台，结合数字化设计思路及现代企业产品设计流程来设置内容，尽量做到让学生能学到实用的技能，满足企业的要求。
(1)扎实基础。选取典型零件将其草图设计、三维建模及工程图设计三者结合到一起，以提高软件的基本操作和培养全三维软件实施工程图为目标设置教学项目。具体步骤为：软件介绍、三维建模思维、流程介绍、项目演示和学生练习，通过5~6 周的实战，实现从有参考图纸时，精确绘图，到无参考图纸，概念设计和简单产品设计。
(2)加强与企业接轨，设置适合企业设计流程的项目。选取典型机器或部件，将所学的基础知识和装配设计结合起来，通过2~3 周的实战，提高学生对一个完整机器的功能分析、装配关系分析，了解零件设计与装配之间的协作关系，锻炼学生综合运用机械专业知识的能力，将理论知识有用武之地及获得成就感。
(3)加强零件或装配的后处理能力。选取典型机构将装配与运动仿真、有限元分析等结合起来设置教学项目，通过1~2 周的实战，锻炼学生的科学研究和分析问题的能力。
(4)设置主题形式的产品创意设计任务，制定产品设计要求与考核指标点，学生开放式设计，自己找资料、构思并完成作品，通过2~3 周的实战，加强学生的创新和独立思考能力。同时，老师可在所有作品中挑选比较优秀的作品，由院团委以比赛的形式专门组织现场比赛，并由专家、老师和学生对作品进行评选，此方法可以明显提高学生的积极性。最后以这些作品作为评定学生期末成绩的一部分。为了鼓励学生参加比赛，从一开始就宣传和指导，以准确挑选出优秀的学生参加全国3D 大赛等相关比赛，以赛促学。综合上述可以看出，机械工程专业的学生在课程设计、实习、毕业设计等实践中所需的CAD 应用知识和技能都可以在以上四点中体现出来。通过这两年的教学实践，效果明显，当然还要继续努力，在不断改进和更新项目中，积累经验，形成与企业行业接轨的案例库。
4 结语
通过几年的实践，从该校的实际教学效果看，明显提高了学生的机械CAD 应用能力，比以前用AutoCAD学习更有兴趣、理论与动手兼顾的更好。这对培养学生的机械CAD 设计能力和解决实际问题的能力起到了积极作用，为学生学好后续课程、从事工程设计工作打下了良好的基础。但是教学改革涉及面很广，社会的发展需要改革，科技的发展和学科的建设需要改革，老师的知识也要更新和改革，而且教学方法、教学内容和实践教学的改革是相互联系的，因此教学改革不会一蹴而就，它是一个逐步深化的长期过程。
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