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展，計算機輔助設計軟件在我國企業中的應用日益廣泛，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代工程設計技術，已成為機械類專業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容。

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

2 有利于其他專業課的學習

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課程設計中，當設計進氣歧管的夾具時，學生就可以根據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，培養學生的現代工程設計意識。

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“挑戰杯”課外科技作品大賽、機械創新設計大賽和三維創新設計大賽等。學生經過查閱資料和調研后，確定了大賽的選題，就可以用三維軟件創建設計的產品，并借助三維軟件很方便地對產品進行修改和完善，然后對產品進行運動學、動力學和機械結構的分析，使產品設計更加合理，減少失誤，大大節省產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），大賽中學生在規定的時間內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驗。

圖2 全自動深溝球軸承裝配機

4 為學生就業打下堅實的基礎

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、課程設計和畢業設計運用三維軟件，到畢業時已能夠熟練掌握該軟件，并積累了一定的設計經驗，就能夠更好地把握就業機會，在工作中也會有更好的表現。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、畢業設計、CAE/CAM奠定基礎，逐步形成現代工程設計意識。

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，積累實踐經驗。熟練掌握了三維軟件，機械類學生將在就業和工作中發揮出優勢。所以，在大一就開設課程讓機械類學生學習三維軟件，有利于培養現代工程設計人才。

[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內容與三維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.