機(jī)械制圖與三維CAD技術(shù)

王楊

摘要：在計(jì)算機(jī)支撐的產(chǎn)品信息可視化背景下，使得按照機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新規(guī)律，以三維實(shí)體造型功能為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)三維真實(shí)感建模表達(dá)設(shè)計(jì)、制造一體化過程成為可能，并給機(jī)械制圖教學(xué)提出了新的課題。

關(guān)鍵詞：三維CAD 二維繪圖 機(jī)械制圖

機(jī)械制圖是用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。圖樣由圖形、符號(hào)、文字和數(shù)字等組成，是表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)文件，常被稱為工程界的語(yǔ)言。其優(yōu)點(diǎn)是工程信息全面，其缺點(diǎn)是其表達(dá)以二維圖形為主.最多附以具有三維視覺效果的二維圖，使學(xué)習(xí)和使用者對(duì)工程圖的理解有一定的困難。不可否認(rèn)，在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期，它在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。然而，隨著近些年計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件三維功能和產(chǎn)品信息可視化技術(shù)的不斷增強(qiáng)和擴(kuò)充，使得在工程各領(lǐng)域直接用三維造型描述物體的結(jié)構(gòu)和形狀、進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)成為可能。由于用三維實(shí)體描述工程對(duì)象的方式更符合人類的認(rèn)知過程，因而較二維投影圖更具優(yōu)越性。如果從三維建模入手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)中利用計(jì)算機(jī)三維建模系統(tǒng)所提供的各種工具造出設(shè)計(jì)所融入機(jī)械制圖的教學(xué)中，無(wú)疑將大大降低機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)難度，能盡快地把學(xué)生引進(jìn)門。雖然制圖教材中也適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。在課程教學(xué)內(nèi)容中添加了CAD術(shù)相關(guān)內(nèi)容，但大多數(shù)都以二維CAD技術(shù)的形式出現(xiàn)，其出發(fā)點(diǎn)還與基于二維視圖的教學(xué)模式相同，只是用計(jì)算機(jī)代替了學(xué)生的繪圖筆，使用者必須對(duì)二維繪圖的方法有較全面的理解和應(yīng)用水平？，對(duì)學(xué)生工程模型的構(gòu)建能力的培養(yǎng)并沒有太大的作用。

一、機(jī)械制圖教學(xué)體系的發(fā)展方向

目前一些企業(yè)已經(jīng)將三維設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造信息的描述應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中，然而在教學(xué)中依然采用以“畫法幾何+機(jī)械制圖+計(jì)算機(jī)繪圖”為主線的教學(xué)內(nèi)容和模式，明顯地落后于設(shè)計(jì)部門和企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的要求。改革機(jī)械制圖的課程體系和培養(yǎng)模式，是目前丞待解決的問題。機(jī)械制圖課程的要從根本上轉(zhuǎn)變以二維投影圖為主線的教學(xué)體系，重新構(gòu)建以三維表達(dá)為主、二維工程圖為輔的現(xiàn)代工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容新格局。

二、面向產(chǎn)品信息的計(jì)算機(jī)描述規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械產(chǎn)品或工程對(duì)象的描述是傳統(tǒng)內(nèi)容與新體系的共同出發(fā)點(diǎn)。課程改革應(yīng)圍繞產(chǎn)品的信息化描述為核心，引入三維CAD設(shè)計(jì)方法組織教學(xué)內(nèi)容，將產(chǎn)品信息化描述的理論、方法、技術(shù)結(jié)合起來(lái)，故課程內(nèi)容的選擇原應(yīng)本著：①以形體的計(jì)算機(jī)描述展開教學(xué)，在保證繪制和閱讀機(jī)械圖樣基本內(nèi)容的同時(shí)，注重創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)；②引入特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，強(qiáng)調(diào)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的聯(lián)系與統(tǒng)一；③強(qiáng)調(diào)用三維建模思想分析問題解決問題，強(qiáng)調(diào)軸測(cè)投影和透視投影；④通過三維構(gòu)型分析突出形象思維能力和形狀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；⑤通過工程結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

三、以機(jī)械產(chǎn)品三維表達(dá)為主導(dǎo)的教學(xué)實(shí)踐

1.深入淺出的教學(xué)模式。建立三維模型庫(kù)，強(qiáng)化三維形象思維能力

應(yīng)本著“設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，能力為目標(biāo)”的原則組織教學(xué)。以“體”為中心展開教學(xué)，按照以形體三維表達(dá)為出發(fā)點(diǎn)建立多面正投影圖、軸測(cè)圖及透視圖的概念，再由三維形體抽取其上的點(diǎn)、線、面進(jìn)行投影分析，畫出二維圖形開展教學(xué)。機(jī)械制圖是學(xué)生在大學(xué)接觸到的第一門工程技術(shù)基礎(chǔ)課，為了增加學(xué)生空間形體儲(chǔ)備、增強(qiáng)形象思維能力，我們建立了基于inventor的虛擬模型庫(kù)，根據(jù)授課內(nèi)容運(yùn)用三維造型與二維表達(dá)的關(guān)聯(lián)性，統(tǒng)一性制作多媒體課件，將三維設(shè)計(jì)理念融入教學(xué)過程，通過實(shí)例演示三維形體與二維視圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使學(xué)生直觀理解二維圖形的表達(dá)方法。

2.面向整個(gè)課程體系及工程應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)組織嚴(yán)謹(jǐn)，注重基礎(chǔ)理論的完整性，但缺乏與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系，往往使制圖課等同于畫圖課，也就是說在專業(yè)技能的培養(yǎng)方面是有缺憾的，在開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維方面也明顯不足。而依靠目前具有三維造型功能的軟件，完全可以按照產(chǎn)品表達(dá)的需要生成工程信息全面的三維實(shí)體圖和二維工程圖，而且利用三維實(shí)體向二維工程圖的映射和關(guān)聯(lián)，可方便地進(jìn)行特征尺寸的修改與編輯，體現(xiàn)了圖形表達(dá)與生產(chǎn)過程及產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的緊密聯(lián)系。

3.三維“構(gòu)型”能力和圖形表達(dá)能力在機(jī)械制圖課程中的重要地位

計(jì)算機(jī)三維可視化為從概念設(shè)計(jì)到計(jì)算機(jī)集成制造提供了信息模型，產(chǎn)品圖形的生成過程在一定程度上反映了產(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)能力在機(jī)械制圖課程中的重要地位。以實(shí)際生產(chǎn)對(duì)象為背景、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程為線索組織組合體教學(xué)，必須強(qiáng)調(diào)三維模型的構(gòu)形方法和組合體的形體分析法。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（布爾運(yùn)算），進(jìn)行三維復(fù)雜形體的組合和拆分的描述，對(duì)于幫助學(xué)生理解各種表達(dá)方法的綜合運(yùn)用及視圖中各種表面關(guān)系畫法非常有效。

計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)械制圖課程改革提出了更高的要求，同時(shí)也注入了新的內(nèi)涵和外延。把三維建模技術(shù)融入到機(jī)械制圖教學(xué)中，注重二維視圖與三維實(shí)體模型的有機(jī)結(jié)合，使機(jī)械制圖課程立足于計(jì)算機(jī)圖形科學(xué)的發(fā)展之上，體現(xiàn)了教學(xué)目的與現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想的統(tǒng)一，使機(jī)械制圖教學(xué)方法與實(shí)際結(jié)合得更加緊密，無(wú)疑對(duì)培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)人才工程素質(zhì)、知識(shí)結(jié)構(gòu)以及創(chuàng)新能力具有深遠(yuǎn)意義。

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