機(jī)械專業(yè)工程圖學(xué)類課程體系的改進(jìn)探索

韓素蘭　趙俊龍　程方

摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造等應(yīng)用技術(shù)得以迅速發(fā)展，其專業(yè)基礎(chǔ)課程——機(jī)械專業(yè)工程圖學(xué)類課程，作為一個課程體系，也應(yīng)隨之予以改革完善。本文從實際出發(fā)，探討了機(jī)械專業(yè)工程圖學(xué)類課程體系各部分內(nèi)容及其與學(xué)習(xí)順序先后時段的對應(yīng)關(guān)系，明確了各部分內(nèi)容之間的學(xué)習(xí)遞進(jìn)關(guān)系和相互作用關(guān)系，加強(qiáng)了教學(xué)方法的適用研究，完善了課程體系內(nèi)容，使其更具有系統(tǒng)性、實用性和科學(xué)性，學(xué)生可以更好地學(xué)以致用、學(xué)用結(jié)合，對培養(yǎng)新一代工程技術(shù)人員有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：畫法幾何；機(jī)械制圖；計算機(jī)二維繪圖；三維實體設(shè)計；零件測繪

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）12-0099-02

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、輔助制造（CAM）等技術(shù)的應(yīng)用，工程圖學(xué)類課程作為一項服務(wù)于工程設(shè)計與制造的技術(shù)課程，其教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)均發(fā)生了極大的轉(zhuǎn)變。它不再單是培養(yǎng)繪制、識讀工程圖樣的專業(yè)基礎(chǔ)課，它逐漸成為研究圖學(xué)理論與圖形表達(dá)的綜合基礎(chǔ)課程，是研究工程與產(chǎn)品信息的表達(dá)、交流與傳遞，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)、形象思維及創(chuàng)造性思維能力的主要技術(shù)課程。因此，隨著新形勢的發(fā)展，完善工程圖學(xué)類課程體系，培養(yǎng)CAD應(yīng)用技能復(fù)合型專業(yè)人才，已變成了當(dāng)今社會的必須。

機(jī)械專業(yè)工程圖學(xué)類課程是一個課程體系，不僅包括傳統(tǒng)的工程制圖內(nèi)容，如畫法幾何、機(jī)械制圖，也包括計算機(jī)二維繪圖和三維實體設(shè)計等內(nèi)容。作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，它有著很強(qiáng)的實踐性，還需要配合有機(jī)械零部件測繪的工程實訓(xùn)內(nèi)容。從內(nèi)容上，它不但研究圖學(xué)理論與表達(dá)，還培養(yǎng)圖形繪制能力、三維實體設(shè)計等。目前計算機(jī)三維實體設(shè)計正變得越來越重要。大學(xué)階段，按不同的時間階段與各部分學(xué)習(xí)、應(yīng)用的內(nèi)容相結(jié)合統(tǒng)一考慮，他們之間的具體關(guān)系見圖1。

工程圖學(xué)類課程不僅是學(xué)習(xí)一門理論知識，更是培養(yǎng)學(xué)生的一項專業(yè)技能，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的課程。完善課程體系內(nèi)容，加強(qiáng)教學(xué)方法的研究，使其更具有系統(tǒng)性、實用性和科學(xué)性，使學(xué)生學(xué)以致用、學(xué)用結(jié)合，在應(yīng)用中不斷完善和提高，對培養(yǎng)新一代工程技術(shù)人員有著積極的作用。

一、學(xué)習(xí)畫法幾何內(nèi)容，掌握繪圖理論

畫法幾何是研究投影法、投影規(guī)律等基本理論的，它是培養(yǎng)學(xué)生識圖和繪圖能力、空間想象和構(gòu)思能力的起點(diǎn)，該部分內(nèi)容在學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，它是掌握后續(xù)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容，點(diǎn)、線、面投影是學(xué)習(xí)基本體的投影基礎(chǔ)，從線、面出發(fā)，由淺入深、循序漸進(jìn)，讓學(xué)生抓住物體的特征，注意物與圖的相互轉(zhuǎn)化，形成空間思維能力。學(xué)生在掌握正投影理論的基礎(chǔ)上，使研究問題的對象由二維平面發(fā)展到三維空間，培養(yǎng)了學(xué)生的空間思維、形象思維能力。組合體部分的內(nèi)容，起著承上啟下的作用，它由研究點(diǎn)、線、面和基本體的投影過渡到組合體，并為后面的表達(dá)方法和零件圖做前期鋪墊。講解組合體時，借助三維建模軟件生成實體模型，以獲得感性認(rèn)識，可以對解題產(chǎn)生啟示作用。讀圖時，引導(dǎo)他們從體的認(rèn)識再逆向思維到點(diǎn)、線、面，將抽象的二維轉(zhuǎn)換成形象的三維，實現(xiàn)物體與圖形的轉(zhuǎn)換，提高空間想象能力，培養(yǎng)學(xué)生的繪圖和識圖能力，為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。同時，講解時可引入三維軟件進(jìn)行三維建模，引起學(xué)生對三維設(shè)計軟件的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)欲望。

二、將專業(yè)制圖與計算機(jī)二維繪圖合并為機(jī)械制圖及計算機(jī)繪圖

專業(yè)制圖進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生繪制、識讀零件圖、裝配圖的能力，要求學(xué)生掌握國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，掌握零件圖、裝配圖的繪制內(nèi)容和要求，要求學(xué)生能利用繪圖儀器、計算機(jī)軟件正確繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械圖樣。通過零件圖繪制、識讀，了解零件的結(jié)構(gòu)、設(shè)計與零件工藝、加工方法、加工順序等知識有關(guān)；通過零件圖表面粗糙度、極限配合以及形位公差等，對將來的專業(yè)課程，如機(jī)械制造、金屬材料及熱處理等有所了解；通過裝配圖，使學(xué)生了解到新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計順序，了解設(shè)計時要考慮的內(nèi)容。通過以上一系列內(nèi)容的講授與應(yīng)用，提高學(xué)生的綜合能力和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

二維繪圖以常見的AutoCAD軟件為例，學(xué)習(xí)時，首先講解AutoCAD的簡單繪圖、編輯功能，使學(xué)生可以繪制簡單的圖形。教學(xué)中可以從實際的案例出發(fā)，把學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在繪制具體實例上。通過繪制具體圖形，把要學(xué)習(xí)的具體命令融入到具體實例中，在使用中不斷練習(xí)總結(jié)。然后，根據(jù)需要介紹的專業(yè)制圖的內(nèi)容，增加零件圖和裝配圖，逐步介紹AutoCAD的其他功能，用以繪制復(fù)雜的符合專業(yè)要求的零件圖、裝配圖。

繪制圖形時，可以將尺規(guī)繪圖和計算機(jī)繪圖結(jié)合起來繪制。通過教學(xué)實踐比較發(fā)現(xiàn)，尺規(guī)繪圖環(huán)節(jié)不僅加強(qiáng)了繪圖技能，對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)、工作態(tài)度有重要意義，同時在尺規(guī)繪圖過程中學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用有實質(zhì)性的進(jìn)展。在計算機(jī)繪圖普及的今天，尺規(guī)繪圖不但不能削弱反而更需要適當(dāng)加強(qiáng)。繪制過程要求學(xué)生繪制的圖形要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，繪制時逐步利用AutoCAD的輔助功能，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的繪圖。通過這種教學(xué)方法，整個教學(xué)過程能夠?qū)W以致用，學(xué)用結(jié)合。

三、進(jìn)行三維實體設(shè)計，為實際工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)

實際生產(chǎn)中，二維設(shè)計在其表達(dá)方法上有其自身的局限性，所以隨著計算機(jī)的發(fā)展，三維建模技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。三維建模使得設(shè)計和制造的理論技術(shù)發(fā)生了巨大變化。通過三維實體設(shè)計軟件可以對零件進(jìn)行三維建模，進(jìn)行虛擬裝配，能夠直接在計算機(jī)上對設(shè)計出的零件進(jìn)行虛擬加工和裝配試驗，檢查零件的加工工藝性和裝配質(zhì)量（是否有干涉、松動等），并以有限元分析軟件為平臺對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析，從中及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這一技術(shù)縮短了時間、提高了設(shè)計效率，從而減少昂貴的試驗費(fèi)用。同時利用三維實體設(shè)計軟件，可以將三維模型直接生成二維的零件圖，這種方法準(zhǔn)確、直觀，減少了繪圖工作量，提高了零件設(shè)計的效率。尤其對于復(fù)雜的幾何造型、不規(guī)則復(fù)雜曲面等的投影，視圖中的交線（截交線、相貫線）能夠自然生成，避免了二維圖形的繪圖。

三維實體設(shè)計在學(xué)習(xí)時，可以采用循序漸進(jìn)的方法，由易到難，結(jié)合實際練習(xí)。初學(xué)者可按照由下至上的設(shè)計方法，先對各個零件進(jìn)行三維建模，然后按照相應(yīng)的配合、約束關(guān)系進(jìn)行裝配，裝配后對裝配體進(jìn)行模擬動畫，進(jìn)行工作原理模擬。熟練后可采用由上至下的設(shè)計方法，根據(jù)自己的想象構(gòu)思，進(jìn)行設(shè)計和修改，一邊裝配、一邊建模，方便、快捷。

現(xiàn)代企業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)、制造模式正朝著信息化方向快速轉(zhuǎn)變，三維實體造型已經(jīng)成為從設(shè)計構(gòu)思到數(shù)據(jù)采集、數(shù)控加工等的主要模式，三維實體設(shè)計技術(shù)逐步成為工程技術(shù)人員必備的一種現(xiàn)代技能，是現(xiàn)代制造工程人員必須掌握的重要技術(shù)。目前，國內(nèi)大、中型企業(yè)許多采用Pro-E、CATIA、SolidWorks等三維軟件進(jìn)行設(shè)計。

四、進(jìn)行零部件測繪，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐

機(jī)械零件測繪是機(jī)械類專業(yè)重要的基礎(chǔ)性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。機(jī)械零件測繪是以真實零件為測繪對象，要求學(xué)生利用測量工具對零部件進(jìn)行測量，然后繪制草圖、計算機(jī)繪圖以及進(jìn)行三維建模和裝配。通過對零件的測繪，要求學(xué)生對零件的測量結(jié)果和加工工藝進(jìn)行尺寸分析，從而得到有效的數(shù)據(jù)，根據(jù)測量分析結(jié)果繪制零件草圖，依據(jù)草圖繪制出正規(guī)的零件圖和裝配圖，或者直接創(chuàng)建三維模型，通過三維模型、裝配體直接生成二維工程圖、裝配圖。

零件測繪涉及多門課程，如機(jī)械制圖、公差與配合、材料、工藝等，不僅用到相關(guān)專業(yè)的理論知識，而且需要有機(jī)械加工生產(chǎn)實習(xí)的經(jīng)驗，特別是在技術(shù)要求的制定方面最為艱難復(fù)雜，需要多方面考慮才能完成。零部件測繪全過程的訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的工程圖學(xué)綜合能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合實踐能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及將來的工作奠定基礎(chǔ)。模型測繪過程可鼓勵學(xué)生通過三維模型和裝配圖進(jìn)行小的改進(jìn)，生成爆炸圖、模擬工作原理，進(jìn)行靜態(tài)分析等，使學(xué)生具有創(chuàng)新意識，進(jìn)一步提高三維實體設(shè)計能力。

五、總結(jié)

根據(jù)我校實際情況，通過近幾年的教學(xué)實踐，我們按時間階段分別開設(shè)了畫法幾何、機(jī)械制圖及計算機(jī)繪圖、SolidWorks三維實體設(shè)計、機(jī)械零件測繪等課程。后期，帶領(lǐng)學(xué)生參加先進(jìn)成圖技術(shù)大賽、參加認(rèn)證考試，對前面學(xué)習(xí)內(nèi)容，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、設(shè)計中不斷應(yīng)用、深化和強(qiáng)化。經(jīng)過系統(tǒng)的工程圖學(xué)類課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生的空間想象能力有了極大的提高，能快速、準(zhǔn)確繪制正確的工程圖樣，可以創(chuàng)建三維模型、虛擬裝配，并進(jìn)行動畫仿真。部分感興趣的同學(xué)還可進(jìn)行簡力學(xué)性能分析，且掌握了科學(xué)的思維方法，增強(qiáng)了工程意識和工程能力，提高了綜合素質(zhì)，為畢業(yè)設(shè)計做好了充分準(zhǔn)備，為以后走向工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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