三維構(gòu)建技術(shù)在機械專業(yè)職業(yè)教育中的應(yīng)用研究

李穎

機械專業(yè)職業(yè)教育基礎(chǔ)課程一般包括《機械制圖》、《機械基礎(chǔ)》等課程。受限于職業(yè)教育的學(xué)時分配，《機械基礎(chǔ)》一般還融合了《材料力學(xué)》、《機械原理》和《機械設(shè)計》等多門課程，雖然在深度和廣度上均有所下降，但對于那些從未接觸過任何機械行業(yè)，也沒見過實物的學(xué)生來說，無論是制圖教學(xué)還是機械基礎(chǔ)教學(xué)對學(xué)生而言都具有很強的抽象性，學(xué)生從開始的具有一定興趣逐漸到想不明白、聽不懂直到最后完全放棄，嚴(yán)重影響了機械基礎(chǔ)類教學(xué)的效果。多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗告訴我們，對于那些抽象復(fù)雜的零部件，若是能讓學(xué)生見到三維空間結(jié)構(gòu)，無論是對于圖樣的理解還是結(jié)構(gòu)功能的理解都能起到事半功倍的作用。而三維構(gòu)建技術(shù)能幫助我們很好的解決這一問題，各種強大的三維造型軟件和游戲制作引擎不僅有強大產(chǎn)品設(shè)計功能，還能很好的解決學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的問題，能極大的推動機械基礎(chǔ)類課程教學(xué)的發(fā)展。

一、職業(yè)教育中機械基礎(chǔ)課程知識結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)的高等院校中，機械基礎(chǔ)類課程一般包含數(shù)量比較多，但職業(yè)教育根據(jù)任職崗位的需求，一般都對其進(jìn)行了整合和刪減。這就必然會打破原有知識體系，學(xué)生在學(xué)習(xí)不容易找打明確的主線和目標(biāo)，常常是學(xué)了機械基礎(chǔ)又忘記了零件視圖表達(dá)的最終目的，需要分析部件結(jié)構(gòu)時又遺忘了裝配圖的識讀方法，不能將整個所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行融會貫通，如圖1所示。

面對這種情況，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，我們認(rèn)為，無論是制圖還是機械基礎(chǔ)都是建立在實際三維零件或三維零件的平面視圖上的，其最終目的都是要培養(yǎng)學(xué)生具備識讀、表達(dá)、還原及創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力。在原有的教學(xué)方式中，我們總是讓學(xué)生首先面對抽象的平面圖形，讓其用自己的能力在頭腦中憑空想象功能和結(jié)構(gòu)，殊不知這實際上是一種最為復(fù)雜的倒推式教學(xué)。若是在教學(xué)中全程貫穿三維構(gòu)建技術(shù)，從一開始就以三維構(gòu)建為主線，讓學(xué)生一邊學(xué)一邊就能自我進(jìn)行平面視圖的三維還原、機構(gòu)的模擬運動等，這樣不僅能隨時讓學(xué)生了解自身的學(xué)習(xí)水平，也能最大限度的讓其感受學(xué)習(xí)成果，從中體會到學(xué)習(xí)的樂趣。

二、三維構(gòu)建技術(shù)應(yīng)用分析

目前，主流的三維構(gòu)建及設(shè)計軟件很多，但各種軟件各有特設(shè)，需要針對不同的情況使用不同的軟件。比如在提高學(xué)生興趣方面，若是不需要精確的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，而只是演示外形和基本原理，3DMax和Maya無疑是較好的選擇，它們都具有功能完善、渲染真實感強、易于做動畫、入手比較容易等特點，但因其主要服務(wù)對象為影視廣告、動畫角色、電影特效等，因此，作為老師掌握制作相應(yīng)素材為更佳，不易作為課堂教授軟件。而作為我們現(xiàn)今普遍使用的AutoCAD其主要用在二維平面設(shè)計方面，雖然目前與MDT相融，在三維與二維的轉(zhuǎn)變上交以前有較大進(jìn)步，但作為學(xué)生使用的直接三維構(gòu)建軟件，仍顯得不夠直觀和方便。相比較而言，無論是在制圖教學(xué)還是在機械基礎(chǔ)教學(xué)中，直接融入工業(yè)制造三維專用軟件的效果更有利于學(xué)生掌握，并且也易于將設(shè)計至生產(chǎn)全過程融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中?？紤]到職業(yè)教育學(xué)生的實際水平和知識接受程度，這些軟件中Croe界面簡單，操作快速，在曲面建模方面有很大的曲線自由度，較適合于初級學(xué)生水平掌握，并能很快引發(fā)學(xué)生的興趣。而UG和CATIA則普遍應(yīng)用于汽車行業(yè)，其特點在于參數(shù)化和非參數(shù)化的混合建模，而UG在逆向工程方面還有其獨特的技術(shù)，適合于已具備一定建模技術(shù)的學(xué)生學(xué)習(xí)。

三、三維構(gòu)建技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要利用三維構(gòu)建技術(shù)搭建自己的授課平臺，并可利用較短時間教會學(xué)生，使之在課堂上能跟隨教師的思路共同完成任務(wù)。如在制圖教學(xué)中的相慣線和截交線是培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的關(guān)鍵部分，而多數(shù)學(xué)生在該部分學(xué)習(xí)明顯感到吃力，我們利用Croe和edrawing插件能很輕松的實現(xiàn)三維到平面線框圖形的實時轉(zhuǎn)化。同時，利用Croe中拉伸、旋轉(zhuǎn)等簡單命令可實現(xiàn)在課堂與學(xué)生的同步造型，讓學(xué)生感受制作成品的喜悅。

而在機械基礎(chǔ)課程中，無論是常用零部件還是講解輪系，均可通過Croe的三維構(gòu)建將前期學(xué)習(xí)的制圖和機械基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行緊密結(jié)合。如在講解滾動軸承中，可帶領(lǐng)學(xué)生共同制作三維裝配體，并生成爆炸圖；在輪系的講解中，可結(jié)合多級減速器，實現(xiàn)三維模型到工程圖、三維零件到虛擬裝配、虛擬裝配到虛擬動畫仿真等多角度任務(wù)，在完成這些任務(wù)的過程中，學(xué)生既聯(lián)系了前期制圖知識，完成了機械基礎(chǔ)基本知識學(xué)習(xí)，也對產(chǎn)品具體結(jié)構(gòu)、功能以及實際生產(chǎn)過程有了一定的了解，并且還體會到了三維構(gòu)建產(chǎn)品的喜悅，可謂一舉多得，如圖2所示。

總之，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，機械基礎(chǔ)課堂教學(xué)方式也在不斷變革，如何能在眾多方式中找到最適合我們學(xué)生的一種是我們以后還要不斷探討的問題。

（作者單位：火箭軍工程大學(xué)士官學(xué)院）