Unigraphics NX在工程制圖教學中的應用

孫偉（北京理工大學珠海學院，廣東珠海519088）

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Unigraphics NX在工程制圖教學中的應用

孫偉
（北京理工大學珠海學院，廣東珠海519088）

摘要：在工程制圖（機械制圖）、計算機繪圖以及機械設計基礎等課程的教學過程中，培養(yǎng)學生的空間想象能力和空間構思能力至關重要。培養(yǎng)空間立體想象力的一個很重要的方法是通過講解和做適量習題，在講解和做題的過程中由簡入繁地用實物進行對比訓練十分有效，在目前教學環(huán)境下，應用UG軟件有針對性地進行實體建模，十分有效，且不會產(chǎn)生額外的教學成本費用。

關鍵詞：教學研究；工程制圖；UG應用；實體建模

Abstract:It is essential to train the students to have the ability of imagination and conceptualization of spatial solids in the process of teaching engineering drawing, CAD and mechanical designing. In order to achieve this goal, teachers usually explain back and force and students should do some exercises, solid models maybe used in this process, but the models are not easily to obtain. At present, using Unigraphics NX application to build solid modeling is rather effective and without extra costs.

Keywords:teaching research; engineering drawing; Unigraphics NX application; solid modeling

一、問題的提出

工程制圖（或機械制圖）是高等學校機械類及近機械類各專業(yè)必修的課程，該課程內(nèi)容較多，包括畫法幾何、制圖基礎及工程制圖（機械制圖）三部分。多年的教學過程中體會到：如果沒有足夠的學時數(shù)，無法保證教學效果，而目前高校各專業(yè)的總學分數(shù)在連年減少，各門課程的學分數(shù)和學時數(shù)也越來越少，如何在學時學分減少的情況下保證教學質(zhì)量，便成了亟待解決的矛盾？經(jīng)過幾年的探索，發(fā)現(xiàn)提高授課效率是唯一有效的辦法。

教學過程中通常按這樣的順序講授課程：畫法幾何、制圖基礎、機械制圖。畫法幾何部分雖然內(nèi)容不多，但學生接受起來比較困難，這一部分主要是培養(yǎng)學生的空間構思力（conceptualization），是學好制圖課必過的一關，往往教學過程進行到了第二步制圖基礎的時候，還有很多學生由于空間想象能力差而看不懂工程圖樣，最后喪失信心，從而導致無法學好這門課程。為了培養(yǎng)和提高學生的空間思維想象能力，過去的做法通常是定制與教材配套的模型教具若干，上課時帶到教室邊講邊演示，近些年來這種做法走到了絕路，原因如下：

1.過去的教材更新較慢，與教材配套的實物教具能用上十幾年，利用率很高，加之以前學生人數(shù)少，教室固定，上課時將實物教具直接放在教室，或者教室與實物器材室較近，搬動起來也方便?，F(xiàn)在各院校在校學生多，為提高教室利用率，學生上課的教室相對不固定，經(jīng)常會在不同的教學樓內(nèi)上課，教師的課時量較大，經(jīng)常是在一個教學樓上完課后趕著到另一個教學樓上課，教具無法及時搬動，管理上無法實現(xiàn)。

2.現(xiàn)在教材更新速度快，通常每三年都要更新一次教材，新教材與舊教材的體系及內(nèi)容有很大差別，原來定制的教學模型無法與新教材匹配，教學模型的更新跟不上教材更新的速度，教學模型的更新費用較高，增加了教學成本。

3.目前在校生較多，為了降低教學成本以及緩解教師緊張，班型系數(shù)越來越大，每個教學班通常都在150人以上，再使用原來的那種實體模型教具，坐在后排的同學無法看清體形較小的演示模型。

4.為了更好地培養(yǎng)學生的空間構思能力，通常要求學生做一定數(shù)量的習題，這些習題多取自于教材配套的習題集。由于習題較多，學生在做題時經(jīng)常會遇到想象不出空間立體的樣子而無法完成作業(yè)，需要老師指導，沒有實物，指導起來也相當費力，學校無法也不可能隨時配備立體模型。

基于以上原因，作者在教學中應用三維建模軟件UG（Unigraphics NX）。UG是Siemens PLM Software公司出品的一個交互式CAD/CAM系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構，在教學中較好地解決了以上難題。

二、解決辦法

實例1：畫出三棱錐被截切后的側視圖并補全俯視圖（圖1）。

該題目就是一個等三棱錐被兩個成一定角度的正垂面截切。如能具備一定的空間構思能力，很容易做出答案（圖2）。然而多年的教學經(jīng)驗證明，只有極少數(shù)同學能順利地做出，即使能做出，也是稀里糊涂，主要問題就是缺乏空間構思能力，可是空間構思能力的培養(yǎng)需要一個過程，學生的思考結果須經(jīng)實物模型來驗證，在合適的時機給出實物模型便可循序有效地提高空間想象能力，利用UG軟件將此題的建模過程只需兩個拉伸命令即可完成：

1.首先在任務環(huán)境中繪制草圖，在X-Y平面內(nèi)畫一個四邊形，完成后退出。

2.拉伸該四邊形同時以一定角度倒模得到四棱錐。

3.在任務環(huán)境中繪制草圖，在X-Z平面內(nèi)繪制一個三角形，完成草圖后退出。

4.拉伸該三角形得到一個三棱柱，拉伸的同時進行布爾減法運算后得到所需要的實物圖。

圖1

圖2

圖3

圖4

實例2：完成平面立體被截切后的側面投影（圖3）。

該題目是一個正六棱柱被一個正三棱柱截切，要求畫出它的側面投影，很多同學剛開始做題時認為很簡單，可是做著做著就亂了思路，于是求老師指點，沒有實物做輔助，老師也是越講越糊涂。

有了UG軟件之后，問題便可迎刃而解，建模時先在任務環(huán)境中繪制草圖，畫一個正六邊形，完成草圖后用拉伸命令得到正六棱柱，第二步同樣在任務環(huán)境中繪制草圖，畫一個等邊三角形后退出草圖繪制，再經(jīng)拉伸得到正三棱柱，將此正三棱柱與前面正六棱柱進行布爾減法后即得到所需要的實物模型，用時很少，熟練UG建模的人均可在2分鐘內(nèi)完成，學生在教師繪制草圖及建模的過程中也會使自己的空間想象能力得到提高，建好后的實物模型還可隨意變換角度供學生觀察（圖3，圖4），一邊觀察實物模型，一邊繪制三視圖，提高了學生學習制圖課的樂趣和積極性，效果良好。

三、具體實施過程中遇到的問題及處理方法

1.學校多媒體教室中電腦配置普遍偏低，無法安裝功能強大的新版本UG軟件（UG NX9.0之后的版本只有64位的了），所以只能安裝早期的NX6.0或NX8.0版本。

2.如想使用較新版本的NX9.0或NX10.0，可將其安裝在教師自用的筆記本上，用筆記本替代教學多媒體電腦主機。這樣做還有一個好處，避免了各種版本的轉換所帶來的種種意想不到的問題。

3. UG NX安裝文件較大，通常在3個G左右，安裝時間較長，且需要一個復雜的破解過程，在教室的電腦上安裝很不方便，考慮到要頻繁更換教室上課，所以還是建議老師們使用自己的筆記本安裝該軟件，上課時將筆記本接上教室的投影儀進行授課，用著順手且不會出現(xiàn)意外而影響正常上課。

4.立體建模軟件除UG之外，還有法國達索公司出品的CATIA，二者在建模方面各有長處，但應用在制圖教學實物立體建模上，二者都屬于大材小用，綽綽有余，具體用UG還是CATIA，取決于教師本人的偏好。

總之，只要稍微熟練軟件的使用，便可輕松快速地實現(xiàn)立體建模，便于在課堂為學生構建平面圖形與立體實物之間的對應關系，對培養(yǎng)學生的空間想象能力和空間構思能力有極大幫助。隨著時代的進步，教學方法和教學手段也應與時俱進，功能強大的各類軟件對輔助教學的作用越來越明顯，熟練地應用有助于提高教學效果，事半功倍。

參考文獻

[1]北京兆迪科技有限公司.UG NX 10.0快速入門教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[2]北京兆迪科技有限公司.UG NX 10.0機械設計教程（高校本科教材）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[3]張學文.CATIA機械零件參數(shù)化設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：孫偉（1965，3-），男，吉林省榆樹市人，學士學位，北京理工大學珠海學院，副教授，研究方向：飛機電氣系統(tǒng)研究與應用。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）08-0117-02