Ｐｒｏ／Ｅ三維造型在工程圖學教學改革中的探索與應用

張海英　馬　偉

摘要 針對工程圖學課程傳統(tǒng)的教學模式和多媒體課件教學中存在的問題，將Pro/E實體造型軟件根據(jù)實際情況引入到該課程的教學中來，解決學生中普遍存在的空間想象能力不足的問題，有效地幫助學生理解教學內(nèi)容，提高教學效率。

關鍵詞 工程圖學；Pro/E；三維造型；教學改革

中圖分類號：TB231 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2009）15-0117-02

Application for Using Pro/E 3D Solid Modeling on Teaching Reform in Engineering Graphics//Zhang Haiying, Ma Wei

Abstract This paper introduces Pro/E solid design into the teaching of engineering graphics to solve the problems existing in the traditional and CAI courseware teaching. Such a method solves the problem of inadequate imagination which widelyexits among the students, the method can help the students to understand the content of teaching, and teaching effect is improved in this way.

Key words engineering graphics；Pro/E；3D solid modeling；teaching innovation

Author's address Electromechanical Engineering College, Henan University of Science & Technology, Luoyang, Henan 471003

工程圖學是研究用投影理論繪制工程圖樣和圖解空間幾何問題的學科，是一門工程設計圖樣表達的學問[1]。該學科的重點是培養(yǎng)學生閱讀和繪制工程圖樣的能力、空間邏輯思維能力和空間構型能力；難點在于學生空間想象能力的培養(yǎng)。不少學生由于缺乏空間想象能力，對該門課的學習感到吃力，其中相貫線、組合體以及表達方法等部分內(nèi)容反映的問題較多。針對這一現(xiàn)象，筆者曾經(jīng)嘗試將多媒體課件教學手段引入到教學中來，由于多媒體課件教學具有信息量大、形象逼真的優(yōu)勢，收到良好的教學效果。但是在課后學生問卷調查中，仍然有一部分學生反映對這種信息量大、節(jié)奏快的授課方式不太適應，主要因為教學內(nèi)容在屏幕上停留的時間過短，學生從接受信息到產(chǎn)生形象思維需要一定時間。使用實物模型能克服這一缺點，但是實物模型體積大、攜帶不便、不能修改、數(shù)量有限，不能滿足師生的使用要求，為解決這一矛盾，筆者最近進行工程圖學教學改革的嘗試，講課時利用多媒體課件演示和三維實體造型相結合，必要時在黑板上畫例圖，放慢教學節(jié)奏，使學生的思維跟教學節(jié)奏合拍，取得比較滿意的教學效果。下面結合具體例子介紹一下引入三維設計軟件Pro/E進行輔助教學的經(jīng)驗和體會。

1 Pro/E軟件簡介

Pro/E是美國PTC公司開發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，是一個基于特征的參數(shù)化實體建模設計工具，它集零件造型、裝配造型和自動生成二維工程圖等功能于一體，不僅具有強大的建模能力，而且有高效的零件建模效率[2]。該軟件的主要特點是采用參數(shù)化和尺寸驅動技術，可以通過修改模型的約束尺寸來修改模型的大小和形狀，而尺寸之間又可以相關，尺寸更改會引起模型的自動變化。該軟件具有良好的兼容性，在其中設計好的模型可以通過系統(tǒng)提供的輸出接口轉換為其他軟件所兼容的格式。

2 Pro/E在工程圖學教學中的應用

2.1 Pro/E在平面與基本立體相交教學中的應用畫出物體的截交線和相貫線是工程圖學教學中的難點，過去曾經(jīng)制作大量的木質模型去演示說明這部分內(nèi)容，但是對于展示相交于物體內(nèi)部的相貫線和截交線有一定的局限性，教學效果仍不太理想。利用Pro/E軟件進行繪制和處理圖形，就可以克服這一困難。

例如，兩圓柱孔在球體的內(nèi)表面正交，利用Pro/E軟件只需正確畫出兩正交圓柱孔，相貫線便會自動產(chǎn)生，學生很容易觀察到；再將實體設置為透明，直觀性便可大大增強（圖1）。如果將其中一個圓柱孔的半徑保持不變，另一個圓柱孔的半徑由小變大，還可以利用此模型動態(tài)觀察相貫線隨尺寸變化的過程。

2.2 Pro/E在機件表達方法教學中的應用工程圖學中剖視圖部分是視圖表達方法的重點，用剖視圖表達的形體常常具有較多的孔、槽等內(nèi)部結構，因而圖形中虛線較多、結構比較復雜，學生常常弄不清剖視圖的形成過程、剖切平面的剖切位置，搞不清楚實體哪些部分被剖切平面剖切，因此剖面線的位置常常畫錯。利用Pro/E建立實體模型，用“視圖”中的“視圖管理器”設置剖切平面，并在對話框中設置為活動，就可以清晰地展示出其內(nèi)部結構。打開Pro/E的工程圖模塊，就可以生成剖視圖（圖2），借助Pro/E的這種功能，幫助學生充分理解剖視圖的概念，已收到理想的教學效果。

2.3 Pro/E在裝配圖教學中的應用Pro/E具有強大的零件裝配設計功能，能夠高效管理裝配產(chǎn)品，使用自上向下和自下向上的方法管理裝配層次，實現(xiàn)裝配設計和單個零件設計之間的并行工程。裝配設計通過建立機械設計約束，可以很方便地將零件放置到指定位置，利用Pro/E軟件進行零件的虛擬裝配，可以幫助學生了解裝配體的工作原理、裝配關系、各零件的相對位置關系以及典型零件的結構特點，使學生建立現(xiàn)代工程設計的概念，了解產(chǎn)品的設計過程。

Pro/E的動畫制作模塊，將由Pro/E創(chuàng)建的零件和裝配體制作成AVI動畫文件，能夠生動形象地展示裝配體的工作原理和裝配體中各零件之間的裝配關系。裝配體的動畫效果，能幫助學生理解題目、啟迪思路，使教學內(nèi)容清晰、生動[3]。

例如，將柱塞泵實體造型完成的零件按照約束關系進行裝配，形成柱塞泵的裝配體模型。為了進一步了解柱塞泵的拆卸順序，可以把柱塞泵的裝配體制作成爆炸圖（圖3），并使零件沿指定的路徑進行分布，學生通過爆炸圖就能夠觀察清楚各個零件之間的連接關系、動力傳動路徑，從而分析出各個零件在裝配體中的作用。在觀察裝配體的過程中也可以隱藏某些零件，重點觀察部分零件之間的裝配關系。Pro/E的這些裝配功能非常直觀地幫助教師講解裝配圖中零件的相互位置及關系、裝配方式，提高學生閱讀和繪制裝配圖的能力。

3 結束語

在工程圖學教學中引入Pro/E三維設計軟件進行輔助教學，可以克服多媒體課件教學的一些缺點，把授課中的一些難點變得更加容易理解，重點更加突出，能夠將圖形學方面的知識和思維訓練有機地結合起來。這不僅有助于培養(yǎng)學生的空間想象能力，而且有助于培養(yǎng)學生的現(xiàn)代工程設計意識，以適應科技、社會的發(fā)展和知識經(jīng)濟時代人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻

[1]何銘新.機械制圖[M].北京:高等教育出版社,2006:149

[2]Pro/ENGINEER Wilderfire 3.0中文版企業(yè)應用與工程實踐[M].北京:清華大學出版社,2007:11

[3]童秉樞,易索君,徐曉慧.工程圖學中引入三維幾何建模情況綜述與思考[J].工程圖學學報,2005,26(4):130-135