Solid Edge成为全国普通高中通用技术必修课专用软件

　　Solid Edge成为全国普通高中

　　通用技术必修课专用软件

　　从2018年秋季开始，我国普通高中将开始施行新一轮的高中课程标准，其中将有超过7百万高中生学习新版的《通用技术课程》，北航iAFB课题组参与了河南科技出版社组织的全国普通高中通用技术必修课《技术与设计2》的编著，经过前期考察欧美著名高中的STEM课程，决定全面采用西门子工业软件最新的三维设计软件Solid Edge ST10作为课程学习的工具软件。

　　图1 教育部颁布了新的通用技术课程标准

　　最新的SolidEdge ST10软件融合传统的三维参数建模和西门子独特的同步建模技术，并集成了逆向工程，增材制造，有限元分析，多学科多物理场仿真，PMI标注技术等最新数字化设计技术，这些技术在国内是首次进入高中必修教材。有些老师担心这些大学生研究生才用到的设计工具高中通用技术教师能否接受，那么接下来你如能看懂下面三个用SolidEdge ST10开发的教材案例，再配合出版社组织的新教材的师资培训，绝大部分老师应该是倍感新鲜又能从容应对。

　　桁架原型设计.制作.分析

　　该项目要求高二学生在应用高中物理关于静力学计算基础上，在SE软件中建立简化的桁架桥梁模型，最关键的问题是要利用三维模型的材料和结构表征，实现用最少的材料(或质量)获得桥梁最大的承重或最大的跨度，针对这个问题，学生要利用软件有限元计算功能来分析结构和应力关系，选择合理的桁架类型和杆件连接方式，最后，根据SolidEdge自动生成的图纸来进行手工制作和3D打印桥梁模型，验证前面的理论计算和CAD软件模型分析。这个案例是非常典型的工程素养训练过程。

　　图2 桁架桥梁模型静力学理论计算

　　图3 在SolidEdge中建立模型进行应力分析

　　图4 根据CAD模型和图纸搭建原型模型

　　图5 对桁架桥梁原型进行配重测试

　　稳定性探究实验

　　不倒翁是利用物体重心位置来控制稳定性的传统物理实验案例，现在要求学生根据此原理进行趣味创新设计：借助SE软件功能设计一个不规则的平面或空间双腿动物模型，动物在一个斜坡上实现有规则的跳跃或行走，教材中以一个袋鼠的模型为例，要求学生能够利用自由曲线或曲面建模功能，分析计算重心位置和支点运动关系，最后根据CAD模型的图纸进行手工制作或CNC数控机床加工，并进行实际测试，这个项目可以训练学生利用CAD软件的物理属性(重心，惯性矩，质量，表面积等)自动计算功能，和CAD/CAM一体化技术来解决实用而有趣的工程问题。

　　图6 创意袋鼠的原型设计及原型制作

　　F1赛车模型设计与制作

　　这是目前全球最大的STEM项目和课程，每年超过500万学生参加课程学习和比赛，iFAB课题组是国内首个把此项目引入《技术与设计2》必修课的(拓展)实验项目的技术团队，这是一个综合应用CAD/CAM/CAE，三维打印，数控加工，手工原型制作，数字化测量技术的综合STEM项目，由3--6名学生组成的团队能够利用参数化顺序建模和同步建模混合技术，自由造型，三维扫描数据处理，数控加工编程，3d打印工艺，空气动力学分析，风洞实验，PMI标注与数字测量等功能实现当一回世界冠军的梦想。德国的高中生和职业院校绝大部分是使用SolidEdge来参加课程学习和地区及全球的F1 in Schools比赛的，有兴趣请参见网站：

　　图7 在SE环境设计F1模型并进行空气动力分析

　　图8 F1车模的数控编程及加工

　　图9 各种不同结构的设计模型及加工完成的实物等待进入赛道

　　图10 PMI三维标注可以帮助没有识图能力的学生看懂图纸

　　iFAB课题组还在开发基于SE的无人机F1 Drone DIY设计和加工技术，以及专业教学设备，后期将和有关单位共同推进Solid Edge在基础教育领域应用，对接教育部颁发的新工科教育及中国制造2025规划。最后需要申明的是西门子公司对初高中学校用于教育培训目的Solid Edge授权是完全免费的，有需要的用户可在此下载：

（iFAB技术创新学院）