三維軟件在包裝工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中應(yīng)用的研究①

摘 要：隨著包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，對(duì)于軟件教學(xué)的要求也越來(lái)越高，特別是三維設(shè)計(jì)軟件。在長(zhǎng)期的包裝教學(xué)中一直以平面設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品包裝與現(xiàn)實(shí)容易出現(xiàn)脫節(jié)，這是一直以來(lái)困擾包裝教學(xué)的一個(gè)難題。結(jié)合Pro/E的特點(diǎn)，對(duì)包裝教學(xué)中采用該軟件進(jìn)行了應(yīng)用探討，結(jié)果表明增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性、趣味性，有效地提高了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)水平和實(shí)踐能力，提高了課堂教學(xué)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：包裝工程 教學(xué) Pro/E

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0018-02

包裝是以最合理的方式將物品從產(chǎn)地送到使用地點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程?，F(xiàn)代包裝涉及產(chǎn)品的包裝過(guò)程、包裝產(chǎn)品的流通過(guò)程、包裝廢棄物的處理過(guò)程等[1]。包裝工程是包裝系統(tǒng)的集合，也是綜合了物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、裝潢學(xué)、藝術(shù)、美術(shù)心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等學(xué)科于一體，并交叉各個(gè)學(xué)科的邊緣技術(shù)的系統(tǒng)工程的總稱(chēng)。基于多學(xué)科交叉性，培養(yǎng)包裝科技人才的復(fù)合型，必須加強(qiáng)計(jì)算機(jī)教學(xué)[2]。因此，很多高校相繼開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)軟件課程，并作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用到包裝印刷設(shè)備、包裝造型設(shè)計(jì)、緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，并在這些領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色，特別是Pro/Engineer（Pro/E）軟件在包裝教學(xué)中的運(yùn)用顯得尤為重要。

1 Pro/E在包裝教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 平面設(shè)計(jì)軟件的局限性

包裝平面設(shè)計(jì)和編輯軟件有Photosho

p、CorelDraw、Illustrator等，這些軟件在圖形圖像處理和繪制方面的功能非常強(qiáng)大。它們是以二維為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理念，在三維設(shè)計(jì)功能上顯得捉襟見(jiàn)肘，雖然也可以繪制三維圖形，但都是一些簡(jiǎn)單的立體圖形，其細(xì)節(jié)很難表達(dá)出來(lái)。另外，以上這些軟件不具備參數(shù)化繪制的功能，設(shè)計(jì)過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要人工嚴(yán)格的控制，當(dāng)對(duì)某一尺寸進(jìn)行修改時(shí)，其它相關(guān)的尺寸都必須進(jìn)行手動(dòng)修改，常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)中一點(diǎn)變動(dòng)而導(dǎo)致大量的重復(fù)性勞動(dòng)。

1.2 Pro/E軟件的特點(diǎn)

Pro/E軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，參數(shù)化功能是Pro/E系統(tǒng)中的核心部分，Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)。

（1）輪廓體現(xiàn)設(shè)計(jì)思想。參數(shù)化特征建模是常用的幾何建模方法。它是一種用參數(shù)來(lái)定義模型的方法。輪廓指的是實(shí)體模型的幾何截面形狀，或沿掃描路線(xiàn)而形成的首尾相接的直線(xiàn)或曲線(xiàn)。

（2）尺寸驅(qū)動(dòng)。尺寸驅(qū)動(dòng)是參數(shù)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)較為重要的特性。尺寸驅(qū)動(dòng)就是在輪廓上加尺寸參數(shù)，并設(shè)置線(xiàn)段之間的約束關(guān)系，根據(jù)尺寸驅(qū)動(dòng)和約束關(guān)系來(lái)控制輪廓的位置、形狀和大小。當(dāng)輪廓尺寸的數(shù)值大小改變時(shí)，輪廓上的其他和此約束有關(guān)的部分也將隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，從而提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

（3）合理性檢查。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)可以檢查出標(biāo)注過(guò)多或過(guò)少的尺寸，并給與提示，以避免出現(xiàn)缺失尺寸或多于尺寸之間相互矛盾的現(xiàn)象。

（4）單一數(shù)據(jù)庫(kù)。在Pro/E設(shè)計(jì)中，一個(gè)零件或裝配件的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的所有尺寸參數(shù)都保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，每一個(gè)尺寸視為一個(gè)參數(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中修改了參數(shù)，其他零件或裝配體就會(huì)根據(jù)尺寸參數(shù)的變化重新生成[4]。

1.3 Pro/E在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

在包裝領(lǐng)域，許多產(chǎn)品的效果圖是通過(guò)三維實(shí)體模型來(lái)表達(dá)的，并在此模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，Pro/E軟件在這方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)[5]。例如，成型-充填-封口多功能包裝機(jī)械中，成形器是其關(guān)鍵部件，依據(jù)包裝袋形狀和封口方式的不同，成型器的結(jié)構(gòu)形狀故十分復(fù)雜，曲面設(shè)計(jì)計(jì)算之繁瑣，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工方法會(huì)帶來(lái)表面形狀成型時(shí)的不確定性，其成型質(zhì)量就很難得到保證。而采用Pro/E軟件對(duì)成形器進(jìn)行三維建模，將其中各種尺寸定義為參數(shù)，尺寸與尺寸之間設(shè)置為約束關(guān)系，設(shè)計(jì)計(jì)算由軟件來(lái)完成，這樣大大提高了成形器設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，其參數(shù)化的模型也可以直接送到數(shù)控加工中心進(jìn)行生產(chǎn)加工。

（1）在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用。

包裝印刷設(shè)備是包裝工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課。印刷機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)包裝設(shè)計(jì)作品的大批量精美復(fù)制，其結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的，教材中所看到的都是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，沒(méi)有立體感或空間感，不直觀。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生理解印刷設(shè)備的具體工作過(guò)程帶來(lái)一定的困難。因此，我們可以利用Pro/E軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)化仿真設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在課堂上看到形象的、直觀的、生動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

然后對(duì)這些部件創(chuàng)建組件，按照相應(yīng)的連接類(lèi)型和平面對(duì)應(yīng)關(guān)系裝配所建的部件，使之形成一個(gè)工作整體。如圖2所示。

再裝配圖的基礎(chǔ)上，添加適當(dāng)?shù)乃欧妱?dòng)機(jī)，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。可以加深學(xué)生的印象，起到事半功倍的效果。

（2）Pro/E在包裝課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

包裝結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出合理的塑料或金屬包裝容器，廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域，其外形尺寸和造型日趨標(biāo)準(zhǔn)化、合理化，因此包裝容器的設(shè)計(jì)最能體現(xiàn)Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)修改和控制幾何形狀，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)計(jì)效率，利用其二次開(kāi)發(fā)功能，也可以快速實(shí)現(xiàn)容器及其模具的自動(dòng)化生成，大大縮短設(shè)計(jì)周期，如圖3是化工產(chǎn)品的塑料包裝容器。我們可以在此模型的基礎(chǔ)上，使用與Pro/E集成一起的Pro/Mechanica對(duì)可靠性進(jìn)行分析，模擬在流通環(huán)境下受到振動(dòng)和沖擊及其因素作用下，是否具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。利用分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即滿(mǎn)足強(qiáng)度的情況下，用料最省，縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的周期，降低成本。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代信息社會(huì)中，要實(shí)現(xiàn)包裝工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生成為高素質(zhì)、復(fù)合型的包裝整體設(shè)計(jì)高級(jí)專(zhuān)業(yè)人才。要時(shí)時(shí)緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展的腳步，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)對(duì)包裝人才的具體需求，對(duì)我們的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適時(shí)更新、完善教學(xué)方法。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該加大Pro/E在眾多軟件課程中的比例，通過(guò)在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中演示Pro/E的作品，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，進(jìn)而提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。同時(shí)Pro/E是目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流軟件之一，眾多的知名企業(yè)都在采用其作為產(chǎn)品的整套解決方案。為了讓包裝工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生能夠掌握一門(mén)先進(jìn)的技術(shù)，增強(qiáng)他們的就業(yè)實(shí)力，提高了學(xué)生在企業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。我認(rèn)為在包裝工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中應(yīng)該重視其不可磨滅的作用。

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