機(jī)械類一年級大學(xué)生的三維軟件教學(xué)*

劉永霞 彭如恕

南華大學(xué)船山學(xué)院 湖南衡陽 421001

隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件在我國企業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，三維設(shè)計已成為普遍應(yīng)用的CAD技術(shù)。這也給現(xiàn)代大學(xué)教育帶來很大沖擊，如何讓學(xué)生在校期間更好地掌握現(xiàn)代工程設(shè)計技術(shù)，已成為機(jī)械類專業(yè)教學(xué)改革的熱點(diǎn)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(jī)械類學(xué)生大一就學(xué)習(xí)三維軟件的優(yōu)點(diǎn)。

1 有利于機(jī)械工程制圖的學(xué)習(xí)

由于從三維入手去學(xué)習(xí)理解立體的構(gòu)成和表達(dá)方法，更加符合認(rèn)識規(guī)律，使原來是教學(xué)難點(diǎn)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(shù)和繪圖軟件的多視窗功能的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，使學(xué)生更深刻地理解三維立體與二維投影的對應(yīng)關(guān)系[2-3]。2004年，教育部工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會首次把“進(jìn)行三維造型設(shè)計的能力”和“計算機(jī)三維造型的基本操作技能”作為工程制圖課程的任務(wù)和基本內(nèi)容。

將二維圖形與三維建模進(jìn)行穿插教學(xué)的方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)質(zhì)量，減輕學(xué)生的畏難心理。將三維造型技術(shù)和傳統(tǒng)的制圖課程內(nèi)容相融合，將構(gòu)成新的內(nèi)容體系，以適應(yīng)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(xué)習(xí)

學(xué)生學(xué)習(xí)了三維軟件之后，在其他課程的學(xué)習(xí)中如果遇到運(yùn)動機(jī)械原理或機(jī)械設(shè)計方面的問題，有些可以通過三維軟件造型或機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動仿真來解決。如在學(xué)習(xí)機(jī)械原理時，對于凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動就可以通過三維軟件創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真來演示給學(xué)生看[4]，而對于凸輪輪廓曲線，則可以在PRO/E中利用關(guān)系式來創(chuàng)建。利用這種方法講解凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動原理，既可以使學(xué)生對機(jī)械結(jié)構(gòu)有一個很清晰直觀的認(rèn)識，還可以讓學(xué)生掌握從事機(jī)械設(shè)計工作的實(shí)用技術(shù)。

圖1 進(jìn)氣歧管翻轉(zhuǎn)式鉆模夾具

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

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

3 有利于學(xué)生參加設(shè)計大賽

機(jī)械類學(xué)生在大一就學(xué)習(xí)三維軟件，以后會有更多的機(jī)會和時間參加“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽和三維創(chuàng)新設(shè)計大賽等。學(xué)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(shè)計的產(chǎn)品，并借助三維軟件很方便地對產(chǎn)品進(jìn)行修改和完善，然后對產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，使產(chǎn)品設(shè)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(dǎo)學(xué)生參加全國三維創(chuàng)新設(shè)計大賽總決賽，大賽的作品是設(shè)計全自動深溝球軸承裝配機(jī)（如圖2所示），大賽中學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成了全自動深溝球軸承裝配機(jī)的三維建模、運(yùn)動仿真和結(jié)構(gòu)分析。本作品獲得了大賽的二等獎。通過參加設(shè)計大賽，使學(xué)生得到了非常全面的鍛煉，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗。

圖2 全自動深溝球軸承裝配機(jī)

4 為學(xué)生就業(yè)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)

很多高校在大學(xué)三年級才為機(jī)械類學(xué)生開設(shè)學(xué)習(xí)三維軟件的課程，因課時少，學(xué)生用軟件的機(jī)會少，很多學(xué)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(xué)習(xí)，這將不利于學(xué)生更好地把握機(jī)遇。若在大一就為學(xué)生開設(shè)學(xué)習(xí)三維軟件的課程，學(xué)生通過參加比賽、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計運(yùn)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(shè)計經(jīng)驗，就能夠更好地把握就業(yè)機(jī)會，在工作中也會有更好的表現(xiàn)。所以，非常有必要讓學(xué)生在大一就學(xué)習(xí)三維CAD軟件，為以后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、CAE/CAM奠定基礎(chǔ)，逐步形成現(xiàn)代工程設(shè)計意識。

5 結(jié)論

將三維軟件引入機(jī)械制圖教學(xué)中，不僅能夠活躍課堂教學(xué)氣氛，吸引學(xué)生的注意力，還能培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、思考問題的基本能力，為以后工作能力的進(jìn)一步提升奠定基礎(chǔ)。機(jī)械類學(xué)生掌握了三維軟件，在其他課程的學(xué)習(xí)中遇到問題可以借助軟件幫助解決。學(xué)生盡早掌握三維軟件會有更多的機(jī)會參加設(shè)計大賽，積累實(shí)踐經(jīng)驗。熟練掌握了三維軟件，機(jī)械類學(xué)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(shè)課程讓機(jī)械類學(xué)生學(xué)習(xí)三維軟件，有利于培養(yǎng)現(xiàn)代工程設(shè)計人才。

[1]梁松堅.淺論機(jī)電類大學(xué)一年級的三維軟件教學(xué)[J].裝備制造技術(shù),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(xué)學(xué)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(xué)改革實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報,2008(6)：123-126.

[4]劉永霞.基于Pro/E參數(shù)化建模技術(shù)的凸輪輪廓線精確設(shè)計[J].南華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011,25(3)：35-39.