機械類一年級大學生的三維軟件教學*

劉永霞 彭如恕

南華大學船山學院 湖南衡陽 421001

隨著計算機科學技術的飛速發(fā)展，計算機輔助設計軟件在我國企業(yè)中的應用日益廣泛，三維設計已成為普遍應用的CAD技術。這也給現(xiàn)代大學教育帶來很大沖擊，如何讓學生在校期間更好地掌握現(xiàn)代工程設計技術，已成為機械類專業(yè)教學改革的熱點問題。但到目前為止還沒有形成完善的解決方案[1]。本文從4個方面論述機械類學生大一就學習三維軟件的優(yōu)點。

1 有利于機械工程制圖的學習

由于從三維入手去學習理解立體的構成和表達方法，更加符合認識規(guī)律，使原來是教學難點的截交線、相貫線、讀圖等問題變得易于接受。通過三維建模、立體造型技術和繪圖軟件的多視窗功能的學習和應用，使學生更深刻地理解三維立體與二維投影的對應關系[2-3]。2004年，教育部工程圖學教學指導委員會首次把“進行三維造型設計的能力”和“計算機三維造型的基本操作技能”作為工程制圖課程的任務和基本內(nèi)容。

將二維圖形與三維建模進行穿插教學的方法能夠激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氣氛，提高教學質(zhì)量，減輕學生的畏難心理。將三維造型技術和傳統(tǒng)的制圖課程內(nèi)容相融合，將構成新的內(nèi)容體系，以適應市場的需求和人才培養(yǎng)的要求。

2 有利于其他專業(yè)課的學習

學生學習了三維軟件之后，在其他課程的學習中如果遇到運動機械原理或機械設計方面的問題，有些可以通過三維軟件造型或機械結構的運動仿真來解決。如在學習機械原理時，對于凸輪機構的運動就可以通過三維軟件創(chuàng)建凸輪機構的運動仿真來演示給學生看[4]，而對于凸輪輪廓曲線，則可以在PRO/E中利用關系式來創(chuàng)建。利用這種方法講解凸輪機構的運動原理，既可以使學生對機械結構有一個很清晰直觀的認識，還可以讓學生掌握從事機械設計工作的實用技術。

圖1 進氣歧管翻轉式鉆模夾具

另外，學生也可以在專業(yè)課的課程設計中，利用三維軟件更好地進行設計。由于學生沒有設計經(jīng)驗，在進行課程設計時往往感覺無從下手，設計思路也需要不斷改進。利用三維軟件進行設計，能夠更直觀地表達學生的設計思路，且三維軟件的參數(shù)化建模技術為設計造型的修改提供的方便。

如在大四學生進行機械工程學的專業(yè)課程設計中，當設計進氣歧管的夾具時，學生就可以根據(jù)進氣歧管的三維造型在軟件中先設計夾具的三維模型，三維模型設計完成后再畫二維圖。如圖1所示，為學生繪制的進氣歧管翻轉式鉆模夾具。通過由三維到二維的設計方法，培養(yǎng)學生的現(xiàn)代工程設計意識。

3 有利于學生參加設計大賽

機械類學生在大一就學習三維軟件，以后會有更多的機會和時間參加“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品大賽、機械創(chuàng)新設計大賽和三維創(chuàng)新設計大賽等。學生經(jīng)過查閱資料和調(diào)研后，確定了大賽的選題，就可以用三維軟件創(chuàng)建設計的產(chǎn)品，并借助三維軟件很方便地對產(chǎn)品進行修改和完善，然后對產(chǎn)品進行運動學、動力學和機械結構的分析，使產(chǎn)品設計更加合理，減少失誤，大大節(jié)省產(chǎn)品制造過程中的返工時間。

例如，筆者在2010年指導學生參加全國三維創(chuàng)新設計大賽總決賽，大賽的作品是設計全自動深溝球軸承裝配機（如圖2所示），大賽中學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成了全自動深溝球軸承裝配機的三維建模、運動仿真和結構分析。本作品獲得了大賽的二等獎。通過參加設計大賽，使學生得到了非常全面的鍛煉，積累了一定的實踐經(jīng)驗。

圖2 全自動深溝球軸承裝配機

4 為學生就業(yè)打下堅實的基礎

很多高校在大學三年級才為機械類學生開設學習三維軟件的課程，因課時少，學生用軟件的機會少，很多學生不能熟練掌握三維軟件，往往到畢業(yè)后從事工作中用到時，還要花很多時間去重新學習，這將不利于學生更好地把握機遇。若在大一就為學生開設學習三維軟件的課程，學生通過參加比賽、課程設計和畢業(yè)設計運用三維軟件，到畢業(yè)時已能夠熟練掌握該軟件，并積累了一定的設計經(jīng)驗，就能夠更好地把握就業(yè)機會，在工作中也會有更好的表現(xiàn)。所以，非常有必要讓學生在大一就學習三維CAD軟件，為以后的課程設計、畢業(yè)設計、CAE/CAM奠定基礎，逐步形成現(xiàn)代工程設計意識。

5 結論

將三維軟件引入機械制圖教學中，不僅能夠活躍課堂教學氣氛，吸引學生的注意力，還能培養(yǎng)學生觀察、分析、思考問題的基本能力，為以后工作能力的進一步提升奠定基礎。機械類學生掌握了三維軟件，在其他課程的學習中遇到問題可以借助軟件幫助解決。學生盡早掌握三維軟件會有更多的機會參加設計大賽，積累實踐經(jīng)驗。熟練掌握了三維軟件，機械類學生將在就業(yè)和工作中發(fā)揮出優(yōu)勢。所以，在大一就開設課程讓機械類學生學習三維軟件，有利于培養(yǎng)現(xiàn)代工程設計人才。

[1]梁松堅.淺論機電類大學一年級的三維軟件教學[J].裝備制造技術,2011(9)：232-233.

[2]侯洪生,張云輝,朱玉祥,等.工程制圖教材中傳統(tǒng)內(nèi)容與三維CAD融合的研究[J].工程圖學學報,2008(2)：173-177.

[3]王建華,李曉民,楊莉.由三維建模入手的工程制圖課教學改革實踐[J].工程圖學學報,2008(6)：123-126.

[4]劉永霞.基于Pro/E參數(shù)化建模技術的凸輪輪廓線精確設計[J].南華大學學報：自然科學版,2011,25(3)：35-39.