淺析計算機輔助設計在機械設計教學中的應用

鄧瑜

（桂林電子科技大學 職業技術學院，廣西 北海 536000）

淺析計算機輔助設計在機械設計教學中的應用

鄧瑜

（桂林電子科技大學 職業技術學院，廣西 北海 536000）

自20世紀50年代出現第一臺計算機繪圖系統至今已有六十余年的發展歷程，在建筑設計、電子和電氣、科學研究、機械設計、軟件開發、機器人、服裝業、出版業、工廠自動化、土木筑、地質、計算機藝術等各個領域得到廣泛應用.在要求質量與效率的今天，傳統的機械設計已經被遠遠的甩在身后，新的科學技術的產生必定帶動新的產業模塊與教學.本文將淺析計算機輔助設計在機械設計教學中的應用.

計算機輔助設計；機械設計；教學應用

隨著科學技術的發展，計算機輔助設計已經全部融入到了現代化生產及教學之中，各大院校也都早已設立了與計算機輔助設計相關的學院.在機械設計教學中計算機輔助設計具有高效率性、更加直觀性、便于理解溝通修改等優勢，在學習過程中可以把更多時間運用到設計構思上，減少作品的圖形表達所消耗的時間，從而使學生的設計能力極大的提高，進一步提高了設計工作的效率.

1 計算機輔助設計與機械設計

（1）計算機輔助設計(CAD-Computer Aided Design)簡稱“CAD”，是設計人員利用計算機完成相關設計、制圖及數據統計的一款輔助設計軟件.它即可以繪制二維設計圖紙及三維模型又可以將圖形輸出到相關機械設備進行機械器件的制作.

（2）機械設計（machine design）是機械工程中的重要組成部分，是機械生產過程中重要的一步，是決定機械尺寸、材料、形狀、性能、造價及用途的最主要因素.

2 計算機輔助設計在機械設計中的運用

機械設計分為一下幾個步驟：（1）制定任務，（2）確定工作原理和基本結構形式，（3）運動設計，（4）結構設計和繪制初步總圖，（5）初步審查，（6）技術設計，（7）繪制工作圖，（8）試生產和定型設計.

在機械設計當中，最主要的工作就是對機械設計項目的繪制與建模.在機械設計項目的繪制與建模之中最常見的運用軟件有CAD、Sketch up、3Dmax等軟件，CAD主要是對機械項目繪制三視圖與尺寸標注等工作，Sketch up與3Dmax則是對機械項目進行三維制作及動畫展示，當然CAD也可以做三維模型圖并標注尺寸，以便于更加直觀的分清各個部位的大小與比例.在計算機輔助設計軟件里運用最廣泛的就是三維建模技術，三維建模可分為線框模型、表面模型和實體模型三種模型種類，它主要是對建模設計實現參數化和量變化.由于計算機輔助設計軟件可以將做好的機械部件模型與參數直接導入到智能生產設備當中進行機械部件的自主生產，幾乎可以做到零誤差，生產出的機械部件非常精確，同時他還可以進行批量生產，極大的增加了生產效率.

計算機輔助設計還有一項是傳統設計所比不了的，就是計算機輔助設計的智能化作用.在機械設計當中除了設計構思、圖形繪制之外還要考慮機械部件的性能問題，計算機輔助設計可以利用一些軟件測試機械部件的承重與運行次數，從而初步計算出機械部件的使用壽命與保養周期.

計算機輔助設計還是“3D打印技術”必不可少的環節，所謂“3D打印技術”就是先通過計算機輔助設計軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面（即切片）從而指導打印機逐層打印.“3D打印技術”將成為機械生產的主要發展方向，由此可見計算機輔助設計在機械設計中教學的重要性.

3 淺析計算機輔助設計在機械設計教學中的應用

3.1 傳統的機械設計教學

《機械設計》貫穿整個人類歷史，從人類最基本的石桌石凳到現在各種大型的綜合性機械設備都能看到它的影子.《機械設計》作為一門學科自然也有它的教學及傳承方式，從最原始的老師傅帶徒弟的言傳身教到書寫文字描述再到現在的圖文書本教學，可以說機械的設計與人類生活密不可分.傳統的機械設計教學主要是以課堂教學模式為主，老師根據書本教程在繪圖工具上用紙、筆和各種輔助繪畫圖紙的工具畫出機械模型圖紙，學生從最開始的臨摹到最后的自主設計需要很長時間的繪畫并打下堅實的繪畫功底，在此期間老師和學生都浪費了很多時間在掌握繪畫上，導致在培養設計構思和能力方面相對時間較少，這樣就會帶來學生畢業了繪畫功底很好但是設計思路跟不上的問題.學生從這種傳統教學體系當中只是從書本和老師的圖紙當中吸取知識，在平時又很難有實踐的機會，不能直觀的接觸到機械設備運行的原理與現象，就會導致實踐知識的匱乏.

圖書的形態從長形式演變成長形式與網形式的結合，使傳統的長形式圖書在保持自身特有優勢的基礎上又兼具了網形式的功能，延伸了圖書的產業鏈，圖書的商業價值與閱讀價值均得到了較好體現。

3.2 傳統的機械設計教學面臨的挑戰

隨著科學技術的不斷發展，新的材料以及新能源的開發，新的技術革新，使整個人類社會大踏步的往前前行.火車、輪船、飛機等交通工具使遙不可及的七大洲四大洋變成了“地球村”，互聯網又使人們足不出戶就可以獲得任何需要的物品.在人類相互依賴共存的今天，物品的批量化生產才能滿足人們的需求，機械產品亦是如此，高頻率的使用就面臨這高頻率的淘汰與革新，高頻率的革新就需要多樣化和更前沿高端的機械設計，人們在使用中檢驗設計，設計在使用中得到完善.競爭如此激烈的市場就需要大批的專業機械技術設計人才，設計人員還要不斷完善自己和擴充新的知識領域，使自己能在工作中占有一席之地.從以上的種種觀點來看，傳統的機械設計教學已經完全跟不上社會發展的腳步.傳統的機械設計教學具有很強的局限性，知識資源匱乏，教學周期長等不利因素，從而使其面臨被淘汰的結局.一種教學模式的淘汰必定是因為新模式的誕生，計算機從研發至今不斷發展至不斷完善，替代了一大批的舊式工作方式及教學模式，計算機輔助設計更是機械設計中不可缺少的輔助工具，計算機輔助設計教學也從此淘汰傳統機械設計教學而成為社會發展的主流.

3.3 計算機輔助設計在機械設計教學中的優勢

優勢一：適應性

計算機輔助設計教學不局限于平面表達，同時還有三維模型及三維動畫展示等方式供學生們學習，便于溝通和交流，使學生可以把更多的時間投入運用到設計構思上，從而激發機械設計師的創新思維能力，實現設計的連續性.

計算機輔助設計教學沖出了傳統式的課堂教學，它即可以以課堂形式出現在學校里，也可以以互聯網傳輸教學模式出現在每個學習者的眼前，打破了只有學生才能學習的觀點，任何一個人都可以通過網絡視頻和軟件應用自己獨立學習.

優勢三：高效性

計算機輔助設計教學主要是運用他的便于傳輸、數據處理能力和圖形處理能力，它可以快速進行對相應機械部件設計建模，由于建模出圖速度比較快，設計者可以花費更多的時間在設計構思上.計算機輔助設計可以運用軟件的一系列功能進行對復雜機械設備的建模、組裝及拆解，使學生更直觀的認識機械設備的內部結構，它還可以快速的對機械部件的模型重塑與保存，使其快速的對不足的機械設計方案進行修改，保存下來的設計方案可以重復展示教學，還可以使其加入到其他機械設備的設計方案之中.這樣極大的提高了計算機輔助設計機械設計教學的效率，變相的降低了設計的難度，增加了機械設計的多樣化.

優勢四：高質性

由于計算機輔助設計的廣泛性及高效性，可以重復不斷的快速對機械設計產品的修改，機械設計多樣化，進行優勝劣汰精益求精，促進和提高了機械設計和機械設計教學的質量.

3.4 計算機輔助設計在機械設計教學中的運用

計算機輔助設計教學，顧名思義是以計算機技術為根本前提下進行的教學模式，所以，在運用計算機輔助設計在機械設計中教學的前提是必須要先學會和熟練掌握計算機技術，然后再進行對相關計算機輔助設計的軟件做到熟練運用，最后才能集中精力做好對機械設計的構思，提高設計質量.

隨著互聯網的高速發展至今日趨完善，學生門的學習渠道也是多不勝數.課堂上老師運用計算機輔助設計軟件對學生們講解機械設計的知識已成為當今的主流教學模式.老師運用計算機輔助設計的相關軟件制作機械設計產品，用輔助教學軟件通過手動操作視頻展示的方式呈現在學生面前，可是使學生對機械設計有更加直觀的認知.老師操作一遍，然后學生們根據自己的記憶重復老師的機械設計作品的繪制，可以讓學生快速的熟練運用計算機輔助設計軟件.計算機輔助設計軟件掌握熟練以后就是對機械設計理念和構思的學習，現如今知識的傳播已經可以跳過書本形式進入到計算機輔助教學模式，老師制作課件供學生們學習，可以通過計算機輔助教學軟件，也可以利用投影儀以PPT幻燈片形式給學生們上課講解，老師講課用的課件可以發送給每一個學生，讓學生們在課下也可以自己觀看課件和學習.現在網絡上也有許許多多的計算機輔助設計機械設計類的教學視頻，學生們也可以根據自己的優劣方向進行機械設計的專攻學習.

一個完整的機械設備的設計與產品基本都是有許多個機械零部件組裝而成，老師可以利用計算機輔助設計軟件進行繪制機械設計產品的零部件組裝示意圖，展示機械設計產品零部件的組件個數、組裝順序、組裝方式以及完整的機械設計產品的最終形態.

設計完成以后，老師還可以組織學生們一起展示與探討學生們的作品，談談各自的設計構思，觀看一下機械設計產品的動畫視頻，互相分項設計理念，互相學習他人的優點彌補自己的不足，提升機械設計水平.

總結:在計算機技術高速發展的今天，就如同“經常跑步的人要配一雙耐磨的鞋”一樣，穿一雙“好鞋”才能跑在最前面.計算機輔助設計無疑是為機械設計量身定做的一雙“好鞋”，把計算機輔助設計學會以及熟練掌握才能更好的做好機械設計.教學形式的改變、教學內容的拓展、教學方法的不斷提高和改進才能使得設計人才與設計產品滿足激烈市場競爭的需要.

〔1〕魯娣.計算機輔助設計在機械設計教學中的運用[J].學術論壇，2016（05）.

〔2〕沈進.淺談計算機輔助設計技術在機械設計中的應用[J].計算機工程應用技術，2011（12）.

〔3〕傅方波.計算機輔助設計技術在機械設計中的應用解析[J].信息科技，2014（06）.

〔4〕朱輝.計算機輔助設計應用于機械設計教學的研究[J].科學教育，2015（08）.

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2016-12-25