融合三維軟件Pro/E學(xué)習(xí)的工程制圖教學(xué)方法研究

劉永霞

（南華大學(xué)船山學(xué)院，湖南 衡陽421001）

近年來，如何在工程制圖教學(xué)中融入三維CAD軟件的學(xué)習(xí)是我國(guó)圖學(xué)界研究的熱點(diǎn)問題，但到目前為止還沒有形成統(tǒng)一的解決方案，所以有必要對(duì)此展開深入的研究[1~3]。本文就將三維軟件Pro/E融合到工程制圖教學(xué)中的方法展開分析。

1 Pro/E軟件在工程制圖教學(xué)中的作用

將Pro/E軟件三維造型的內(nèi)容融入到工程制圖的教學(xué)中，不僅可以讓掌握三維造型技術(shù)成為工程制圖課程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，還能使Pro/E軟件成為學(xué)習(xí)工程制圖知識(shí)的重要工具，使學(xué)生將二維圖形與三維建模緊密聯(lián)系起來。將二維圖形與三維建模進(jìn)行穿插教學(xué)的方法能夠營(yíng)造一種形象、直觀、高效、生動(dòng)的教學(xué)氣氛，減輕學(xué)生的畏難心理，對(duì)提高課堂教學(xué)效果作用明顯[4]。

2 將Pro/E軟件融入制圖課堂的方法

在工程設(shè)計(jì)中，因二維圖在視圖表達(dá)、尺寸及技術(shù)要求標(biāo)注方面的優(yōu)勢(shì)決定了二維圖與三維圖將長(zhǎng)期共存，無視三維設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和忽視傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法都是不合理的。在制圖課程內(nèi)容體系改革中，必須謹(jǐn)慎把握二者的關(guān)系，確定三維建模與傳統(tǒng)制圖內(nèi)容的最佳結(jié)合方式，這也是制圖課程內(nèi)容體系改革的關(guān)鍵。因此，具體結(jié)合方式可以采用融合式引入方法，在保留原有制圖課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)畫法幾何和制圖課程學(xué)習(xí)的不同階段的需要，穩(wěn)步引入三維建模內(nèi)容，進(jìn)而形成完整的教學(xué)內(nèi)容體系。在方式上采用多媒體課件和Pro/E軟件相互切換的方法,使二者有機(jī)地結(jié)合起來,可以使學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容增強(qiáng)理解[5]。課程將在以下幾個(gè)階段引入三維建模：

（1）Pro/E在截交線、相貫線教學(xué)中的應(yīng)用

教學(xué)中學(xué)生在掌握了基本投影理論和作圖方法后，能夠做出一些簡(jiǎn)單形體的投影。但截交線、相貫線內(nèi)容的學(xué)習(xí)一直是制圖教學(xué)的難點(diǎn)之一，學(xué)生從平面到空間的思維過程還需要進(jìn)一步培養(yǎng)和訓(xùn)練。如果根據(jù)平面圖形應(yīng)用Pro/E靈活的三維造型功能繪制出所需的形體，再通過Pro/E自動(dòng)生成三個(gè)視圖，幫助學(xué)生完成從平面圖形到空間形體，再從空間形體到平面圖形認(rèn)識(shí)的二次飛躍，教學(xué)效果會(huì)提高。例如可以在課堂上用Pro/E演示在球體上創(chuàng)建兩個(gè)軸線正交直徑相等的孔的形體，并生成工程圖，如圖1所示。通過演示讓學(xué)生對(duì)該形體有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，并形成深刻的印象。

圖1 截交線、相貫線示例

（2）Pro/E軟件在零件圖教學(xué)中的應(yīng)用

零件圖在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，學(xué)生學(xué)好零件圖對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作都非常重要。在零件圖的學(xué)習(xí)中可以將二維繪圖和三維建模同時(shí)運(yùn)用，使用Pro/E軟件完成零件模型，再由模型生成二維圖紙。在課堂上用拉伸、旋轉(zhuǎn)、圓角、肋板、打孔等特征操作對(duì)如圖2所示的泵體進(jìn)行三維造型，使學(xué)生對(duì)零件上的特定結(jié)構(gòu)的形成及其作用有更深一步的認(rèn)識(shí)。再將造型生成工程圖，把工程圖輸入到AutoCAD軟件中，修改圖線的圖層，并標(biāo)注尺寸和技術(shù)要求，生成一張完整的零件圖。這種以虛擬造型環(huán)境為背景的教學(xué)模式，有利于激發(fā)學(xué)生的觀察力、發(fā)現(xiàn)力、想象力、邏輯聯(lián)想力，有利于認(rèn)知思維深化與發(fā)展，增強(qiáng)分析能力，開闊學(xué)生視野，極大提高了學(xué)習(xí)的趣味性。

圖2 泵體零件圖

（3）Pro/E軟件在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

在裝配圖的教學(xué)環(huán)節(jié)，可以利用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，在Pro/E軟件的裝配環(huán)境中便捷地創(chuàng)建各個(gè)零件，將這種現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中常用的思路傳授給學(xué)生，有助于學(xué)生掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段。還可以演示各個(gè)零件的裝配過程，如圖3所示是在課堂上演示的安全閥的裝配圖效果圖，其中閥體采用了透明的顯示方式，以便看清其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。再或者，利用Pro/E的動(dòng)畫功能將一些裝置的安裝及拆卸過程做成動(dòng)畫，如圖4所示為安全閥裝配動(dòng)畫完成后的爆炸圖，上課時(shí)演示給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。這種教學(xué)方法使整個(gè)裝配過程具有仿真性，實(shí)踐性強(qiáng)，既突出了裝配圖的原理，又突出了整體工程的設(shè)計(jì)思想。在教學(xué)上既強(qiáng)調(diào)了知識(shí)的理解又突出了知識(shí)的運(yùn)用，還強(qiáng)化了能力的培養(yǎng)。這一切都是傳統(tǒng)教學(xué)所無法比擬的，其教學(xué)效果也非常好。

綜上所述，融合三維造型理論、制圖基礎(chǔ)知識(shí)、圖形表達(dá)知識(shí)及制圖規(guī)范的工程制圖教學(xué)方法，不僅能培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力，而且能從三維立體造型入手，更好地讓學(xué)生了解實(shí)體的構(gòu)成原理和表達(dá)方法，培養(yǎng)學(xué)生先進(jìn)的設(shè)計(jì)思維方式和利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)表達(dá)的能力。引入三維建模后的制圖教學(xué)內(nèi)容體系如圖5所示。

圖3 安全閥裝配圖

圖4 安全閥裝配爆炸圖

圖5 引入三維建模內(nèi)容后的課程教學(xué)內(nèi)容體系

由圖5可以看到：在整個(gè)制圖課程中，三維建模訓(xùn)練幾乎貫穿教學(xué)的全過程；強(qiáng)調(diào)三維造型能力與二維繪圖能力并重，在課程初期，仍然堅(jiān)持基本投影知識(shí)以及幾何元素空間位置關(guān)系的內(nèi)容學(xué)習(xí)，重視空間思維的訓(xùn)練，在增加三維建模內(nèi)容的同時(shí)，也加強(qiáng)了二維繪圖的訓(xùn)練。

3 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型生動(dòng)逼真，空間關(guān)系直觀具體，有助于學(xué)生理解工程制圖的內(nèi)容，還可以輔助思維，提高形體構(gòu)型、圖形分析、圖形的二、三維CAD轉(zhuǎn)換能力。實(shí)踐表明，Pro/E軟件在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)和發(fā)展了學(xué)生空間想象能力，也有助于學(xué)生掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行創(chuàng)新思維和構(gòu)型設(shè)計(jì)。教學(xué)效果普遍反映良好。

[1]侯洪生，張?jiān)戚x，朱玉祥，等.工程制圖教材中傳統(tǒng)內(nèi)容與三維CAD融合的研究[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：173-177.

[2]梁松堅(jiān).淺論機(jī)電類大學(xué)一年級(jí)的三維軟件教學(xué)[J].裝備制造技術(shù)，2011（9）：232-233.

[3]葉軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：168-172.

[4]楊春芳，王永江.三維建模軟件在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,17（3）：96-97.

[5]王建華，李曉民，楊 莉.由三維建模入手的工程制圖課教學(xué)改革實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（6）：123-126.