融合三維軟件Pro/E學習的工程制圖教學方法研究

劉永霞

（南華大學船山學院，湖南 衡陽421001）

近年來，如何在工程制圖教學中融入三維CAD軟件的學習是我國圖學界研究的熱點問題，但到目前為止還沒有形成統一的解決方案，所以有必要對此展開深入的研究[1~3]。本文就將三維軟件Pro/E融合到工程制圖教學中的方法展開分析。

1 Pro/E軟件在工程制圖教學中的作用

將Pro/E軟件三維造型的內容融入到工程制圖的教學中，不僅可以讓掌握三維造型技術成為工程制圖課程的一項重要內容，還能使Pro/E軟件成為學習工程制圖知識的重要工具，使學生將二維圖形與三維建模緊密聯系起來。將二維圖形與三維建模進行穿插教學的方法能夠營造一種形象、直觀、高效、生動的教學氣氛，減輕學生的畏難心理，對提高課堂教學效果作用明顯[4]。

2 將Pro/E軟件融入制圖課堂的方法

在工程設計中，因二維圖在視圖表達、尺寸及技術要求標注方面的優勢決定了二維圖與三維圖將長期共存，無視三維設計技術的發展和忽視傳統的二維設計方法都是不合理的。在制圖課程內容體系改革中，必須謹慎把握二者的關系，確定三維建模與傳統制圖內容的最佳結合方式，這也是制圖課程內容體系改革的關鍵。因此，具體結合方式可以采用融合式引入方法，在保留原有制圖課程內容結構的基礎上，根據畫法幾何和制圖課程學習的不同階段的需要，穩步引入三維建模內容，進而形成完整的教學內容體系。在方式上采用多媒體課件和Pro/E軟件相互切換的方法,使二者有機地結合起來,可以使學生對授課內容增強理解[5]。課程將在以下幾個階段引入三維建模：

（1）Pro/E在截交線、相貫線教學中的應用

教學中學生在掌握了基本投影理論和作圖方法后，能夠做出一些簡單形體的投影。但截交線、相貫線內容的學習一直是制圖教學的難點之一，學生從平面到空間的思維過程還需要進一步培養和訓練。如果根據平面圖形應用Pro/E靈活的三維造型功能繪制出所需的形體，再通過Pro/E自動生成三個視圖，幫助學生完成從平面圖形到空間形體，再從空間形體到平面圖形認識的二次飛躍，教學效果會提高。例如可以在課堂上用Pro/E演示在球體上創建兩個軸線正交直徑相等的孔的形體，并生成工程圖，如圖1所示。通過演示讓學生對該形體有一個直觀的認識，并形成深刻的印象。

圖1 截交線、相貫線示例

（2）Pro/E軟件在零件圖教學中的應用

零件圖在實際生產中應用廣泛，學生學好零件圖對今后的學習和工作都非常重要。在零件圖的學習中可以將二維繪圖和三維建模同時運用，使用Pro/E軟件完成零件模型，再由模型生成二維圖紙。在課堂上用拉伸、旋轉、圓角、肋板、打孔等特征操作對如圖2所示的泵體進行三維造型，使學生對零件上的特定結構的形成及其作用有更深一步的認識。再將造型生成工程圖，把工程圖輸入到AutoCAD軟件中，修改圖線的圖層，并標注尺寸和技術要求，生成一張完整的零件圖。這種以虛擬造型環境為背景的教學模式，有利于激發學生的觀察力、發現力、想象力、邏輯聯想力，有利于認知思維深化與發展，增強分析能力，開闊學生視野，極大提高了學習的趣味性。

圖2 泵體零件圖

（3）Pro/E軟件在裝配圖教學中的應用

在裝配圖的教學環節，可以利用自頂向下的設計方法，在Pro/E軟件的裝配環境中便捷地創建各個零件，將這種現代工程設計中常用的思路傳授給學生，有助于學生掌握先進的設計方法和手段。還可以演示各個零件的裝配過程，如圖3所示是在課堂上演示的安全閥的裝配圖效果圖，其中閥體采用了透明的顯示方式，以便看清其內部結構。再或者，利用Pro/E的動畫功能將一些裝置的安裝及拆卸過程做成動畫，如圖4所示為安全閥裝配動畫完成后的爆炸圖，上課時演示給學生，讓學生對裝置的結構有一個直觀的認識。這種教學方法使整個裝配過程具有仿真性，實踐性強，既突出了裝配圖的原理，又突出了整體工程的設計思想。在教學上既強調了知識的理解又突出了知識的運用，還強化了能力的培養。這一切都是傳統教學所無法比擬的，其教學效果也非常好。

綜上所述，融合三維造型理論、制圖基礎知識、圖形表達知識及制圖規范的工程制圖教學方法，不僅能培養學生形象思維能力，而且能從三維立體造型入手，更好地讓學生了解實體的構成原理和表達方法，培養學生先進的設計思維方式和利用現代設計技術進行設計表達的能力。引入三維建模后的制圖教學內容體系如圖5所示。

圖3 安全閥裝配圖

圖4 安全閥裝配爆炸圖

圖5 引入三維建模內容后的課程教學內容體系

由圖5可以看到：在整個制圖課程中，三維建模訓練幾乎貫穿教學的全過程；強調三維造型能力與二維繪圖能力并重，在課程初期，仍然堅持基本投影知識以及幾何元素空間位置關系的內容學習，重視空間思維的訓練，在增加三維建模內容的同時，也加強了二維繪圖的訓練。

3 結束語

計算機三維實體模型生動逼真，空間關系直觀具體，有助于學生理解工程制圖的內容，還可以輔助思維，提高形體構型、圖形分析、圖形的二、三維CAD轉換能力。實踐表明，Pro/E軟件在工程制圖教學中的應用大大激發了學生的學習興趣，提高他們學習的主動性，培養和發展了學生空間想象能力，也有助于學生掌握現代設計理念和設計方法進行創新思維和構型設計。教學效果普遍反映良好。

[1]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.

[2]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.

[3]葉軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].工程圖學學報，2008（2）：168-172.

[4]楊春芳，王永江.三維建模軟件在《機械制圖》教學中的應用[J].吉林農業科技學院學報，2008,17（3）：96-97.

[5]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.