民航类院校开设“三维建模技术与应用”的探索研究＊

顾兴龙，凌云，王凯



民航类院校开设“三维建模技术与应用”的探索研究＊

顾兴龙，凌云，王凯

（中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618307）

简要介绍三维建模技术、常用建模软件和适合民航类院校的CATIA软件功能。探索在民航类院校开设“三维建模技术与应用”课程的教学意义，分析总结课程的主干章节、合适的教学方法和学生评价方法。为民航类院校开展有关三维建模技术与应用的教学提供参考。

民航；三维建模；CATIA；主干章节

培养全方位的民航人才对推进民航强国战略有着重大的影响，民航类院校是培养民航人才的主力军。目前，民航类院校在校学生学习时大都存在理论和实际之间脱节的苦恼，而三维建模技术是一个理论联系实际的纽带，它可以将理论知识转化到虚拟仿真中，经济、高效、切实地解决困难问题。因此，有必要在民航类院校开展“三维建模技术与应用”教学。

1 三维建模简介

三维建模技术已经广泛地应用在各行各业中，它的出现快速地缩短了产品开发、生产周期，极大地降低了产品成本，显著地提升了经济效益，熟练掌握运用某类三维建模技术俨然是工科学生必须具备的基本素质[1]。

1.1 三维建模概念

三维建模技术是利用计算机可识别的数字化信息对现实世界中的物质进行几何表达、储存、分析的方法，它是产品信息化的开端，为现代设计、制造提供可靠的仿真分析，是实现智能制造的核心内容。利用三维建模软件可以模拟现实事物的形体、材料、运动，声光热等参数，以实现三维重建过程。

1.2 常用三维建模软件

目前，常用的三维建模软件有三大类：工业设计类、艺术设计类、专业设计类。其中适用于工业设计的有AutoCAD、UG、Pro/E、Inventor、Solidworks、CAXA、ZW3D等；适用于艺术设计的有3dmax，MAYA，Blender，ZBrush，Rhino等；适用于专业设计的有CATIA、EXOCAD等。

民航类院校毕业生从事的工作以专业性较强的民航类工作为主，而CATIA、UG和Pro/E是适用于飞机设计的三维建模软件。在对民航院校学生进行调研和征询专家后，得出CATIA是适用于民航类院校学生的三维建模软件。

1.3 CATIA软件的功能

CATIA软件是航空航天领域众所周知的“领袖”，其功能非常强大，包括二维绘图、三维绘图、装配设计、参数化设计、钣金设计、高级曲面设计、自由外形设计、白车身设计、交互操作、逆向工程、整体外形修形、电气设备造型、电缆布局、装配模拟、有限元分析、注塑和压模加工辅助、多轴加工编程、快速样机等功能。在学习CATIA时，不同专业的学生需要根据自身发展的需要学习不同的功能模块。

2 开课意义

在民航类院校开设“三维建模技术与应用”课程具有以下诸多意义：①开设三维建模技术可以丰富学生的知识结构，为学生学习工程制图提供实体相贯线、组合体、剖切面的模拟，可以使学生更好地理解工程制图和机械设计思想，提高学生的设计、制图和识图能力，培养学生的空间想象能力、创新精神和创新能力[2]。②可以为学生提供课堂理论与工程实际相碰撞的机会，学生在课堂上遇到难题，比如难以理解发动机工作原理，教师可以为学生提供三维运动仿真、装配拆解等帮助学生理解知识难点。③可以为学生进行产品设计、分析和制造提供一种行之有效的科学研究方法，比如进行机械零部件结构设计、有限元分析、辅助加工等。④可以为学生提供飞行器零部件的装配工序仿真，展示重点监测部位，优化装配参数，确保装配符合要求，为学生提供新的实验实践方法[3]。⑤可以为学生提供创新创业的技术手段，方便学生参加各类工程竞赛和创新创业竞赛，提高学生分析、解决实际工程问题的能力。

3 教学实施内容

民航类院校学生开设“三维建模技术与应用”课程，主干课程部分应该包含三维工程制图理论、产品零件建模、产品装配建模、产品装配的可行性、产品二维工程图绘制、产品运动仿真、产品有限元分析等[4]。

3.1 课程主干章节

课程主干章节具体为：第①章介绍CATIA软件和安装方法，讲解软件界面和功能。第②～⑤章介绍二维草图和零件设计，讲解产品造型相关的功能指令，包括零件草图的绘制、基础特征建模、特征变换和编辑、曲线线框设计、曲面造型等。第⑥章介绍装配模块、装配的约束设置、装配的设计修改、分解视图等。第⑦章介绍运动仿真模块相关知识，包括创建机械装置、创建接合、创建驱动、模拟和动画；第⑧章介绍CATIA的工程图设计功能，在完成零件的三维建模后，利用三维模型导出二维工程图。第⑨章利用CATIA的机械实体造型功能和创成式外形设计功能，通过设计标准件、轴类、盘盖类、箱体类等零件，以及工业小产品造型设计，演示CATIA的实际应用功能。

3.2 主要教学方法

CATIA是专业性、实践性、综合性很强的应用软件，课堂教学可不拘泥于传统教学，而根据软件不同的功能模块采用多种教学方法相结合会取得较好的效果[5]。总结起来有如下教学方法可供参考。

3.2.1 讲授法

讲解CATIA综合界面和各模块功能，逐一讲解各个模块下的工具条中的工具，由基础命令引导学生熟悉各个工具的用法。

3.2.2 演示法

教师在讲授各个工具或命令时，通过实体建模过程演示工具或命令的用法，让学生对工具或命令的用法有一个直观的认识。

3.2.3 练习法

教师讲授、演示了各个工具或命令后，可让学生重复工具或命令的使用过程，巩固知识点，强化学习效果。

3.2.4 实习作业法

CATIA学习需要在掌握工具或命令的用法后，形成建模思路。而课堂学习只能掌握少数常用工具或命令的用法，建模思路的形成必须要通过大量的联系和总结，因此课堂之外的实习作业是必不可少的，教师应根据软件功能模块适当布置相应的实习作业。

3.2.5 探究法

学习CATIA最终的目标是应用，只有不断实践才能强化学习效果，达到熟练掌握应用目的。教师可给学生制订一定的项目，要求学生分组进行项目实施，包括制订项目方法、搜集资料、建模分析、总结评估等。通过项目探究可以更好地掌握软件技巧，发掘课堂未讲授而实用的工具或命令。

3.3 学生评价方法

CATIA教学对学生的评价形式也应该是多样的。软件教学注重实践应用，因此需要改革传统的笔试考试方法，加强学生上机考试，可无笔试考试或减小笔试考试比重，最好施行教考分离。学生平时听课、练习效果可作为评价的重要支撑点[6]。

4 结束语

在民航类院校开展“三维建模技术与应用”教学是大势所趋，重点是如何开展有效的教学。本文简要介绍了三维建模技术，分析了民航类院校开展CATIA教学的意义，给出了课程章节、教学方法、评价方法等可供参考。

［1］罗阿妮，张桐鸣，刘贺平，等.机械行业三维建模技术综述［J］.机械制造，2010，48（10）：1-4.

［2］李晓红，罗健宁.三维建模技术在机械制图课程教学中的应用研究［J］.装备制造技术，2017（11）：221-223.

［3］翟晓，田振宇，张霁，等.三维数字化技术在试验工装设计中的应用［J］.科技与创新，2016（16）：112-113.

［4］张云杰，尚蕾，张云静.CATIA V5-6 R2014基础技能课训［M］.北京：电子工业出版社，2016.

［5］姚琳，丁豪杰.基于能力培养的CATIA三维设计软件综合实践教学方法探讨［J］.产业与科技论坛，2017，16（18）：208-209.

［6］吴静，蔡彪，柳丽召.翻转课堂在高校三维建模课程教学中的实践和探索［J］.中国教育技术装备，2017（6）：116-117.

顾兴龙，男，硕士，主要研究方向为设备状态监控与故障诊断。

中国民用航空飞行学院教学研究项目（编号：A201813）

2095－6835（2018）24－0043－02

G642.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.043

〔编辑：严丽琴〕