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2012年PLM征文:基于CATIA的三维制图软件教学研究

2012/10/19    来源:e-works    专家:朱江勇      
关键字:三维制图软件  CATIA工程图  三维建模  
生产制造过程中用工程图形来表达设计理念,因此设计人员必须掌握工程制图技巧。CATIA以其强大的制图能力和友好的操作界面正在为越来越多的企业所应用。本文以CATIA教学为例,探索了面向设计人员的制图教学方法。认为在制图教学过程中,应该着重培养学员如何建立模型的思想,活学活用,使制图软件真正的实现为人所用。

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1 前言

    工程绘图是工厂进行生产时的交流语言,通过计算机辅助设计软件,设计人员可以用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案;快速地检索、存储、修改和管理设计的图形;可以省去设计人员由草图转化为工作图的繁重工作,使其更加专注于设计想法;可以快速作出图形,并有利于设计人员对设计作出判断和修改;可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作,从而更加直观、形象的观察设计图形;可以在虚拟样机中直接对装配进行验证、对可靠性进行考察,从而缩短从设计到产品投放市场的时间,因此已经得到了广泛的应用。因此,在现在的制造环境下,熟练掌握一个或几个计算机辅助设计软件对设计人员已经成为一个必须。

2 研究现状

    目前,我国几乎所有机械专业的教学机构均开有机械制图课程,国内也有许多学者对三维制图软件在机械制图中的应用展开了研究。

    大连理工大学的胡青泥等认为可以采用多种方式进行三维建模,并重点介绍了满足设计要求和工艺要求的建模方式以及适应机内造型的建模方式。提出了在三维制图软件教学过程中,应首先学习前一种建模方式,使学生在实际机械设计和制造背景下,学习符合设计要求和工艺要求的造型方法,加强工程意识培养。然后在学习第二种建模方式,使学生学习在计算机内部建立数字化几何模型并进行三维模型显示的原理、灵活多变的建模方法。

    北京航空航天大学的杨光等认为现代工程设计图学教学改革应该着眼于工程的全过程;调整原工程图学内容,加强培养学生的三维分析和表达能力;引入计算机绘图的同时,注意培养学生利用现代设计思想和表达意识。

    清华大学的田凌等探索了研究型大学人才培养体系中机械制图课程的若干问题。旨在突出培养学生图形表达能力、主动学习能力、查阅资料能力、以及自行解决问题能力的重要性。

    浙江水利水电专科学校的王莺和施高萍提出利用三维CAD技术改变传统机械制图的教学模式和教学方法,并以此培养学生空间思维能力,创造自主学习的氛围。

    近几年,随着CATIA在中国市场的扩大,国内学者开始展开了基于CATIA的机械制图课程教学的研究,然而,这些研究局限于高校教学中,教学的目的大多在于通过三维制图软件的培训使学生的形象思维能力得到锻炼,然而,对于设计人员来说,熟练掌握三维制图软件的意义在于能够减少花费在软件使用上的精力,从而更加专注于设计创新想法的实现。设计人员和制图人员的最大区别也在于此,因此,本文以CATIA为例,以培养设计人员的基本制图技能为出发点,讨论了在对设计人员进行三维制图软件培训中的一些问题。

3 面向设计人员的CATIA培训原则

    CATIA是法国Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件,CATIA 提供方便的解决方案,迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒,几乎涵盖了所有的制造业产品。目前CATIA在航空航天、汽车工业、造船工业等领域得到了广泛的应用,据统计,目前世界上有超过13000的用户在使用CATIA。

    用软件系统规模越做越大越复杂,其可靠性也就越来越难保证,对于复杂的制图软件CATIA也不例外,因此,形成良好的软件操作习惯可以减少不必要错误分散设计人员在设计想法上的精神。另外,设计人员还应该培养出面向修改的设计风格,这是因为任何的产品都是在设计反复修改的基础上形成的,因此在设计过程中,模型应该是容易管理和易于修改的。本文结合一些学员在学习过程中出现的问题,在总结和参考相关文献的基础上,提出以下三个教学原则:

    (1)注重客户化定制技巧。

    通过定制快捷键和模板有利于提高工作效率,例如,在寻找自己所需要的命令时,比较简单和直观的做法便是在屏幕上利用顶层菜单并沿下拉式菜单一级一级地寻找,这样的做法无疑是设计人员在适应计算机的工作过程,难免使设计人员陷入如何使用软件的彀中,这种做法不仅繁琐,而且费时、费力、费眼睛。一个良好的习惯应该使软件为设计人员所使用,体现以人为本的理念,而这种理念恰巧也是软件开发人员的初衷。因此在教学入门过程中应该注重良好的使用软件的习惯。例如针对上述的问题,可以通过定义快捷键、定制自己的模板等操作习惯,去提高设计的效率,体现以人为本的软件使用思想。

CATIA客户化定制界面

    图1 CATIA客户化定制界面

 

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    (2)注重鼠标的使用方法。

    在CATIA中通过鼠标和其他键的配合可以实现几何特征的单选、多选,视图的平移、选择、放大缩小,等等的功能。因此鼠标操作在CATIA使用中举足轻重,熟练掌握鼠标的操作可以缩短操作时间提高操作效率。

    (3)注重经典用法技巧的传授。

    CATIA为设计人员提供了很多快捷的建模方法和技巧,利用这些命令可以快速快捷的生成常见的模型。例如,封闭的加强筋可以不用添充平面,直接用平面倒角这样就可以节省和减少参数。再例如,在我们做数模的时候经常发现想找一个以前做过的元素有时会很困难,传统的做法是一个一个的找,这样最直观也最简单,然而我们还可以利用“crtl+f”弹出‘search’对话框,在name行填入我们可以把认为重要元素的名称,然后选择 “add to favorites……”弹出‘create a favorite query ’对话框,将元素的特定意义加入到‘name’中,然后‘ok’,将来我们再找这个元素的时候可以直接‘search’然后选择‘favorites’找到想要元素的名称,直接选择就OK,这就是一个“crtl+f”的很好的用法,也可以用这个方法寻找一系列的元素,都可以轻松的完成,省时省力,提高了设计效率。

CATIA元素查找界面

    图2 CATIA元素查找界面

4 面向设计人员的CATIA教学实践

    教学组织模式:面向设计人员的CATIA教学目的是让学员掌握三维制图软件CATIA的使用技巧,培养良好的制图习惯,并形成良好的三维设计思维。鉴于此,授课方式采用“一讲三练”的方式,即,针对教学内容首先讲授各个操作使用的基本技巧,然后带学生在给定的例子中熟悉各个命令的操作,课堂的下半部分给学生另外的例子,让学生按照自己的思维,选取需要操作的命令,完成绘图(如果时间允许,每次请绘制最快的学员讲述自己的绘图步骤及思想)。最后再给学生一要求例子,以使得学生对课程进行巩固和复习。

    课时和内容安排:在60个课时中包含了二维草图的设计、零件设计、虚拟装配和爆炸图、曲面设计、模型的测量与分析、工程图设计、数字样机与运动仿真、点云数据处理、破面修复、逆向工程的教学内容。以命令如何为我而用为角度,在授课过程有意培养学生活学活用的能力,使CATIA能够真正成为学员做设计时得心应手的工具。

5 小结

    本文探索了面向设计人员的三维制图教学中的若干问题,研究了现在国内制图教学研究现状。面向设计人员的三维制图教学应该以培养出活学活用的学员为目标。基于此,本文提出了面向CATIA制图教学的三个原则,并在最后给出了实践的方法。

责任编辑:程玥
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