面向數(shù)字化制造技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)改革實(shí)踐與研究

孫寶福 鐘志賢

摘 要 圖是工程語(yǔ)言，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展，圖學(xué)教育在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)手段方面也面臨著改革，以適應(yīng)發(fā)展的需求。文中對(duì)圖學(xué)教育的現(xiàn)狀、改革思路、改革措施進(jìn)行了研究，并制定了詳細(xì)的改革步驟，對(duì)圖學(xué)教育的教改實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 圖學(xué)教育 改革 現(xiàn)代制造技術(shù)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.10.064

Practice and Research of Teaching Reform on Mechanical

Drawing of Digital Manufacturing Technology

SUN Baofu， ZHONG Zhixian

（College of Mechanical and Control Engineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）

Abstract Graph is engineering language. With the rapid development of modern manufacturing technology， graphics education in teaching content， teaching method and teaching means also faces the reform， to adapt to the development needs. In this paper， the present situation， reform ideas and reform measures are studied， and the detailed reform steps are formulated.

Key words graphics education; reform; modern manufacturing technology

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品更新速度的加快，新型的制造技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中，數(shù)字化的制造技術(shù)已成為其典型代表。所謂數(shù)字化制造技術(shù)是指：在數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)融合的背景下，并在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以及原型制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品整個(gè)制造全過(guò)程。發(fā)達(dá)國(guó)家以及我國(guó)大部分大中型企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的制造技術(shù)，它包括了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等內(nèi)容。①而其中，產(chǎn)品的數(shù)字模型作為貫穿所有制造過(guò)程的一條主線，其表現(xiàn)形式、包含內(nèi)容、建立方法、信息含量等尤為重要。在傳統(tǒng)制造中，二維的工程圖樣承擔(dān)了制造過(guò)程中的所有信息。然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及如UG、PROE、Solidworks等新型綜合軟件層出不窮，傳統(tǒng)的信息載體已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展水平，改革勢(shì)在必行。

1 改革思路

在傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)體系中，產(chǎn)品裝配圖和零件圖的閱讀與繪制是制圖教學(xué)的最終落腳點(diǎn)。產(chǎn)品的裝配工藝離不開(kāi)裝配圖中的裝配與配合尺寸、明細(xì)欄、裝配要求等相關(guān)內(nèi)容，而零件的制造的工藝信息則存在于零件圖中的尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求之中。然而，無(wú)論是哪一種圖樣，對(duì)零件的形狀、結(jié)構(gòu)以及組成的表達(dá)都是讀圖與繪圖的基礎(chǔ)，所以，對(duì)工程圖樣表達(dá)方法的學(xué)習(xí)仍然是制圖教學(xué)的重中之重。而對(duì)圖樣表達(dá)方法的掌握是以畫(huà)法幾何內(nèi)容的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的，它是利用投影的基本知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)體與二維圖樣的相互轉(zhuǎn)換。然而，由于畫(huà)法幾何部分內(nèi)容的抽象性，造成了學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的枯燥與乏味，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)的效果。

為適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制圖的教學(xué)則需從以下幾個(gè)方面進(jìn)行相應(yīng)的改革：（1）機(jī)械制圖建模方式的轉(zhuǎn)化?；跀?shù)字化制造技術(shù)之上的工程信息的載體已經(jīng)從傳統(tǒng)的二維模型向三維模型轉(zhuǎn)化，依照三維建模設(shè)計(jì)的思想，根據(jù)實(shí)體的構(gòu)成原理與構(gòu)成方法，進(jìn)行三維實(shí)體建模。這一建模理念忽略了點(diǎn)、線、面在制圖中的基礎(chǔ)作用，減少了教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。所以，從工程圖學(xué)的教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，三維建模應(yīng)貫穿教學(xué)全過(guò)程;（2）機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合。計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代制造技術(shù)的地位和作用是無(wú)以替代的，作為基礎(chǔ)課程的機(jī)械制圖，自然也是無(wú)法割舍的。許多年來(lái)，眾多的專家學(xué)者在二者的結(jié)合內(nèi)容、形式、方法、途徑等方面進(jìn)行研究與實(shí)踐，但大部分都?xì)w結(jié)于二者內(nèi)容比例問(wèn)題、時(shí)間前后問(wèn)題。因?yàn)槭莻鹘y(tǒng)的二維工程圖樣的教學(xué)，所以所用的教學(xué)軟件基本都是AutoCAD，從而不能適應(yīng)三維建模的需求?，F(xiàn)代制造技術(shù)下的機(jī)械制圖，其三維建模軟件得到了根本性的改變，往往是運(yùn)用一些大型的、集成的軟件，例如UG、Pro/e、Solidworks等。選擇什么樣的軟、硬件，如何實(shí)現(xiàn)與理論教學(xué)進(jìn)行合理有效融合將是我們面臨的另一選擇;（3）機(jī)械制圖與相關(guān)專業(yè)知識(shí)的整合。利用集成軟件進(jìn)行建模的過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)對(duì)零件設(shè)計(jì)、分析、檢驗(yàn)的工程，所以這門(mén)課程的名稱也應(yīng)該稱之計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖（CADD），它不僅需要計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，同時(shí)也要求建模者具備充分的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能。②怎樣實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)內(nèi)容的整合，又如何恰當(dāng)把握教學(xué)時(shí)機(jī)的安排是教學(xué)改革的重要課題。

上述的三項(xiàng)內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)、彼此依存的，而建模方式的轉(zhuǎn)變是一條主線貫穿其中，對(duì)此，大連理工大學(xué)、清華大學(xué)以及北京航空航天大學(xué)均有研究，然而對(duì)與專業(yè)課程的整合雖有專家提出，卻沒(méi)有實(shí)際的研究成果，更沒(méi)有符合這一教改思想的教材或教學(xué)內(nèi)容大綱，這在全國(guó)尚屬首創(chuàng)。

2 改革實(shí)踐

在獲得廣西教育廳教改工程項(xiàng)目立項(xiàng)支持之后，我們?cè)趯?shí)際的教學(xué)中專門(mén)拿出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)班，自己編制教材，進(jìn)行了相關(guān)的課程改革試驗(yàn)。在教學(xué)過(guò)程中，取消了點(diǎn)、線、面的投影，截交線、相貫線的投影等原來(lái)較為繁瑣且較抽象的內(nèi)容，但保留了投影的基本知識(shí)，使得學(xué)生清楚二維工程圖樣的由來(lái)。三維建模則采用Solidworks軟件，從棱柱、棱錐、圓柱、圓錐等基本形體的建模開(kāi)始，完成基本形體的切割、基本形體的疊加等組合體的建模過(guò)程，然后將三維實(shí)體模型進(jìn)行二維轉(zhuǎn)換，直接形成二維工程圖，從而加深對(duì)工程圖的理解。

在完全掌握復(fù)雜形體的三維建模之后，對(duì)工程圖樣的表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件常用件的表達(dá)方式、零件圖、裝配圖等章節(jié)的學(xué)習(xí)依然不能缺少。他們是機(jī)械制圖學(xué)習(xí)的落腳點(diǎn)，也應(yīng)該是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。這便又從三維回到了二維，所以，投影知識(shí)的學(xué)習(xí)是必不可少的。

在完全掌握復(fù)雜形體的三維建模之后，通過(guò)對(duì)相關(guān)課程內(nèi)容的整合，它不僅是機(jī)械制圖這一門(mén)課程的任務(wù)，還關(guān)聯(lián)到相關(guān)的專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的面廣，改革的難度較大。通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，從而實(shí)現(xiàn)建模方式的轉(zhuǎn)變，是我們研究的重點(diǎn)。符合這一教改思想的教材的編寫(xiě)、教學(xué)方式方法的轉(zhuǎn)變、教學(xué)內(nèi)容與范圍的確定是這一課題研究的關(guān)鍵問(wèn)題。它需要集中一定的人力、物力，對(duì)相關(guān)院校及企業(yè)進(jìn)行走訪與調(diào)研，并且還要申請(qǐng)相關(guān)軟件公司的支持與協(xié)助才能夠得以順利實(shí)施這一課題的研究。

3 實(shí)施方案（圖1）

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制圖是機(jī)械、機(jī)電專業(yè)或近機(jī)類專業(yè)必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，但因其對(duì)學(xué)生的空間思維能力以及空間想象能力要求較高，所以，學(xué)生的學(xué)習(xí)的困難程度較大。改革之后課程從其建模方式將以三維建模為主，從而降低了課程的抽象性，同時(shí)也提高了學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件的熟悉程度及學(xué)習(xí)熱情。

教改項(xiàng)目：廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目，桂教高教【2013】28

注釋

① 數(shù)字化制造技術(shù)，http：//baike.baidu.com/link？url=k1NTCEKh6KlNTCEKh 6KlwbD6L1T8Dh 8eofqcXf-DaGFqhpzXLti0vMlYyz844QYXwLA2584aii6tH_ B5gws04zEXqG1bcuq，百度百科.

② 孫寶福.基于現(xiàn)代制造技術(shù)的工程圖學(xué)課程改革之初探.東華大學(xué)學(xué)報(bào)，2005.8.31：160.