基于AutoCAD和Pro/e的工程圖教學(xué)平臺開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

鄭德超 王斌 周雁豐

摘 要：結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，在工程圖的各個(gè)教學(xué)階段，始終以由物到圖，由圖想物為主線，充分發(fā)揮各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件優(yōu)勢，以二三維緊密關(guān)聯(lián)為紐帶，逐級開發(fā)適合出符合學(xué)生認(rèn)知程度和特點(diǎn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)踐證明，這種與現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想融合的教學(xué)過程對于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和圖形表達(dá)能力具有顯著的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：AutoCAD pro/e 工程圖

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0147-02

工程圖是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力的基礎(chǔ)學(xué)科，是在大學(xué)接觸到的第一門工程技術(shù)基礎(chǔ)課，無論從培養(yǎng)學(xué)生的圖形表達(dá)能力還是形體構(gòu)造能力[1]來看，“由物到圖，由圖想物”的過程都是貫穿于課程始終的主線，在當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品信息可視化的背景下，從培養(yǎng)學(xué)生空間想象力和構(gòu)型能力出發(fā)構(gòu)造一個(gè)新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立物體二維和三維的關(guān)聯(lián)，使這個(gè)系統(tǒng)具有啟發(fā)學(xué)生的形象思維，提升學(xué)生空間形體儲備，提高學(xué)生圖形表達(dá)能力以及拓展學(xué)生對工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)造性思維，無疑是學(xué)科改革的目標(biāo)與方向。

1 建立好空間與平面投影的關(guān)聯(lián)是提高空間想象力的關(guān)鍵

從多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)看，學(xué)生在學(xué)習(xí)的初期，如果沒有建立起扎實(shí)的簡單形體或者幾何要素（點(diǎn)、線、面）與平面投影的對應(yīng)關(guān)系，就會影響到以后復(fù)雜立體的識讀能力，這其中是否具備豐富的空間想象力，往往起著決定性的作用。所謂看懂工程圖，無非就是在學(xué)生頭腦中建立起具體、清晰的立體形象及構(gòu)造。眾所周知，人類的思維是源于三維感知和認(rèn)識基礎(chǔ)上的，工程圖是空間形體向平面投影的表達(dá)和反映，是描述工業(yè)產(chǎn)品的載體[2]，為了建立起二三維的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)，教學(xué)中的實(shí)物或者是模型，是必不可少的輔助工具，而借助三維造型仿真技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問題。如圖1、2，利用三維仿真可以呈現(xiàn)點(diǎn)的投影、展開以及回歸空間的過程，幫助理解點(diǎn)的投影與空間的對應(yīng)關(guān)系。

2 按產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程科學(xué)組織組合體教學(xué)

計(jì)算機(jī)三維可視化為從概念設(shè)計(jì)到計(jì)算機(jī)集成制造提供了可能，產(chǎn)品圖形的生成過程一定程度反映了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，這一基本需要決定了三維構(gòu)型能力和圖形表達(dá)能力在課程中重要地位[3]。比如學(xué)習(xí)組合體三視圖重點(diǎn)在于掌握形體分析的方法，按照組合體形體分析的思想，完全可以在AutoCAD環(huán)境下依靠，將柱、錐、球等基本體通過不同的設(shè)計(jì)目的和準(zhǔn)則按機(jī)械構(gòu)型設(shè)計(jì)思想加以組合[4]，進(jìn)而利用布爾運(yùn)算生成出組合體共面、相交、相切等表面關(guān)系，有利于啟發(fā)學(xué)生的空間想象力和發(fā)展創(chuàng)新能力。例如對軸承座進(jìn)行三維復(fù)雜形體的組合和拆分的描述，見圖3。實(shí)踐證明采用三維造型的常用特征建模方式和實(shí)體結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)邏輯描述，通過二、三維圖形的轉(zhuǎn)換比較，對于幫助學(xué)生理解組合形體的形狀以及各種表面關(guān)系畫法是非常有效的。

3 統(tǒng)籌設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)構(gòu)筑零部件造型

在傳統(tǒng)的制圖教學(xué)中，關(guān)于零件圖和裝配圖內(nèi)容是分別進(jìn)行的，有些教材在零件圖與裝配圖選圖上存在嚴(yán)重的問題，缺乏統(tǒng)一和聯(lián)系，前后知識不呼應(yīng)，客觀上造成了知識點(diǎn)的支離破碎，不能使學(xué)生知識建立起逐級有序的系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)。例如裝配圖看圖，單純依靠工程圖樣的描述理解其工作原理及零件之間的裝配關(guān)系，對于一些空間想象力差的同學(xué)往往感到很吃力聽課似懂非懂，究其根本還是空間想象力和構(gòu)型能力不足，客觀地說，大學(xué)低年級的學(xué)生在這方面的積累和儲備是不夠的，這個(gè)難題怎么解決呢？現(xiàn)在依托pro/e軟件實(shí)現(xiàn)零部件分解和統(tǒng)一已不成問題，利用虛擬裝配技術(shù)搭建協(xié)調(diào)統(tǒng)一的教學(xué)平臺，通過特征造型將生成的零件按照相互之間的定位關(guān)系組裝成部件，呈現(xiàn)出真實(shí)感的裝配體，可以直觀、清晰地從各個(gè)角度觀察它，如圖4，還可以利用爆炸圖沿著裝配干線將各個(gè)零件分解，表明零件之間的裝配關(guān)系，如圖5，甚至動畫演示工作原理，包括每個(gè)零件結(jié)構(gòu)和外形等。讓學(xué)生經(jīng)過二三維零部件反復(fù)對照進(jìn)行讀圖訓(xùn)練，深刻理解二維平面圖樣表達(dá)的內(nèi)容和含義，事實(shí)證明學(xué)生的識讀零件圖和裝配圖能力顯著提升。

4 結(jié)語

按照工程圖教學(xué)的規(guī)律，針對不同的教學(xué)內(nèi)容實(shí)施了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，利用AutoCAD和pro/e等各種輔助設(shè)計(jì)軟件，逐級打造出符合學(xué)生各個(gè)認(rèn)知階段的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，把三維建模技術(shù)很好的融入到工程圖教學(xué)中，加強(qiáng)二維視圖與三維實(shí)體模型的有機(jī)聯(lián)系，以提高學(xué)生空間構(gòu)思能力和圖形表達(dá)能力為目標(biāo)，體現(xiàn)了教學(xué)過程與產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想的融合與統(tǒng)一，對拓寬廣大師生的知識結(jié)構(gòu)促進(jìn)工程圖教學(xué)質(zhì)量的提升都起到非常滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 田凌，童秉樞，馮涓.機(jī)類機(jī)械制圖新課程體系的研究及實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005（5）：120-125.

[2] 鄭德超. 基于三維CAD的機(jī)械制圖改革與探索[J].新課程研究：高教版，2011（2）：98-99.

[3] 李兵，周詠翎.工程圖學(xué)課程信息化改革的探討[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（1）：133-136.

[4] 白柳.三維構(gòu)形與工程制圖相融合的研究與教學(xué)實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2015（l）：117-122.

[5] Pro/e野火中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用范例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.