Ｐｒｏ／Ｅ三維造型在工程圖學(xué)教學(xué)改革中的探索與應(yīng)用

張海英　馬　偉

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

關(guān)鍵詞 工程圖學(xué)；Pro/E；三維造型；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TB231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(xué)是研究用投影理論繪制工程圖樣和圖解空間幾何問(wèn)題的學(xué)科，是一門(mén)工程設(shè)計(jì)圖樣表達(dá)的學(xué)問(wèn)[1]。該學(xué)科的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)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(gòu)型能力；難點(diǎn)在于學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)。不少學(xué)生由于缺乏空間想象能力，對(duì)該門(mén)課的學(xué)習(xí)感到吃力，其中相貫線、組合體以及表達(dá)方法等部分內(nèi)容反映的問(wèn)題較多。針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者曾經(jīng)嘗試將多媒體課件教學(xué)手段引入到教學(xué)中來(lái)，由于多媒體課件教學(xué)具有信息量大、形象逼真的優(yōu)勢(shì)，收到良好的教學(xué)效果。但是在課后學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查中，仍然有一部分學(xué)生反映對(duì)這種信息量大、節(jié)奏快的授課方式不太適應(yīng)，主要因?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容在屏幕上停留的時(shí)間過(guò)短，學(xué)生從接受信息到產(chǎn)生形象思維需要一定時(shí)間。使用實(shí)物模型能克服這一缺點(diǎn)，但是實(shí)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(jìn)行工程圖學(xué)教學(xué)改革的嘗試，講課時(shí)利用多媒體課件演示和三維實(shí)體造型相結(jié)合，必要時(shí)在黑板上畫(huà)例圖，放慢教學(xué)節(jié)奏，使學(xué)生的思維跟教學(xué)節(jié)奏合拍，取得比較滿意的教學(xué)效果。下面結(jié)合具體例子介紹一下引入三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E進(jìn)行輔助教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介

Pro/E是美國(guó)PTC公司開(kāi)發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，是一個(gè)基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模設(shè)計(jì)工具，它集零件造型、裝配造型和自動(dòng)生成二維工程圖等功能于一體，不僅具有強(qiáng)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(diǎn)是采用參數(shù)化和尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以通過(guò)修改模型的約束尺寸來(lái)修改模型的大小和形狀，而尺寸之間又可以相關(guān)，尺寸更改會(huì)引起模型的自動(dòng)變化。該軟件具有良好的兼容性，在其中設(shè)計(jì)好的模型可以通過(guò)系統(tǒng)提供的輸出接口轉(zhuǎn)換為其他軟件所兼容的格式。

2 Pro/E在工程圖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 Pro/E在平面與基本立體相交教學(xué)中的應(yīng)用畫(huà)出物體的截交線和相貫線是工程圖學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，過(guò)去曾經(jīng)制作大量的木質(zhì)模型去演示說(shuō)明這部分內(nèi)容，但是對(duì)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(xué)效果仍不太理想。利用Pro/E軟件進(jìn)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(huà)出兩正交圓柱孔，相貫線便會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生，學(xué)生很容易觀察到；再將實(shí)體設(shè)置為透明，直觀性便可大大增強(qiáng)（圖1）。如果將其中一個(gè)圓柱孔的半徑保持不變，另一個(gè)圓柱孔的半徑由小變大，還可以利用此模型動(dòng)態(tài)觀察相貫線隨尺寸變化的過(guò)程。

2.2 Pro/E在機(jī)件表達(dá)方法教學(xué)中的應(yīng)用工程圖學(xué)中剖視圖部分是視圖表達(dá)方法的重點(diǎn)，用剖視圖表達(dá)的形體常常具有較多的孔、槽等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而圖形中虛線較多、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，學(xué)生常常弄不清剖視圖的形成過(guò)程、剖切平面的剖切位置，搞不清楚實(shí)體哪些部分被剖切平面剖切，因此剖面線的位置常常畫(huà)錯(cuò)。利用Pro/E建立實(shí)體模型，用“視圖”中的“視圖管理器”設(shè)置剖切平面，并在對(duì)話框中設(shè)置為活動(dòng)，就可以清晰地展示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。打開(kāi)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(xué)生充分理解剖視圖的概念，已收到理想的教學(xué)效果。

2.3 Pro/E在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用Pro/E具有強(qiáng)大的零件裝配設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)裝配設(shè)計(jì)和單個(gè)零件設(shè)計(jì)之間的并行工程。裝配設(shè)計(jì)通過(guò)建立機(jī)械設(shè)計(jì)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(jìn)行零件的虛擬裝配，可以幫助學(xué)生了解裝配體的工作原理、裝配關(guān)系、各零件的相對(duì)位置關(guān)系以及典型零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使學(xué)生建立現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的概念，了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。

Pro/E的動(dòng)畫(huà)制作模塊，將由Pro/E創(chuàng)建的零件和裝配體制作成AVI動(dòng)畫(huà)文件，能夠生動(dòng)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(guān)系。裝配體的動(dòng)畫(huà)效果，能幫助學(xué)生理解題目、啟迪思路，使教學(xué)內(nèi)容清晰、生動(dòng)[3]。

例如，將柱塞泵實(shí)體造型完成的零件按照約束關(guān)系進(jìn)行裝配，形成柱塞泵的裝配體模型。為了進(jìn)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(jìn)行分布，學(xué)生通過(guò)爆炸圖就能夠觀察清楚各個(gè)零件之間的連接關(guān)系、動(dòng)力傳動(dòng)路徑，從而分析出各個(gè)零件在裝配體中的作用。在觀察裝配體的過(guò)程中也可以隱藏某些零件，重點(diǎn)觀察部分零件之間的裝配關(guān)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(guān)系、裝配方式，提高學(xué)生閱讀和繪制裝配圖的能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

在工程圖學(xué)教學(xué)中引入Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，可以克服多媒體課件教學(xué)的一些缺點(diǎn)，把授課中的一些難點(diǎn)變得更加容易理解，重點(diǎn)更加突出，能夠?qū)D形學(xué)方面的知識(shí)和思維訓(xùn)練有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。這不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)意識(shí)，以適應(yīng)科技、社會(huì)的發(fā)展和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)

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[2]Pro/ENGINEER Wilderfire 3.0中文版企業(yè)應(yīng)用與工程實(shí)踐[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:11

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