基于三維造型技術的機械制圖課程體系研究

摘 要 三維造型技術在機械制造業中的廣泛應用，給機械制圖課程的改革提出了新的要求，將三維造型技術融入到機械制圖教學中是發展的必然趨勢。結合傳統機械制圖課程體系及其核心內容，提出基于三維造型技術的機械制圖課程體系，強調學生三維創新與三維設計能力的培養，并以常用三維造型軟件Solidworks的融入分析了對課程效果的影響。

關鍵詞 機械制圖 課程體系 三維造型 Solidworks

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

1 機械制圖課程體系改革的意義

三維造型技術在機械制造業中有著廣泛應用，緊緊圍繞CAD三維建模設計要求，突出培養學生的空間想象能力、空間分析能力和三維實體建模能力是現代工程圖學發展的必然趨勢。據調查，許多發達國家在職業院校的機械制圖課程中，其教學內容不再是傳統的內容，而是將三維設計融入其中；在我國也有部分高校已經就學生三維設計能力培養模式展開了積極的研究和實踐，逐步將機械制圖課程內容由傳統的二維平面圖形擴展到三維空間，并進一步向分析、設計、制造一體化方向發展。

高等職業技術教育的培養目標是培養具有一定理論基礎的高素質的應用型人才，其培養方向和專業類型必須服務和服從經濟建設的主戰場。從高校畢業生就業反饋信息來看，掌握三維設計軟件操作能力的畢業生，特別受到高科技企業的歡迎。高職學生三維設計與創新能力的培養已迫在眉睫，在工程制圖課程中融入三維造型技術已經勢在必行。

隨著制造業三維造型技術的快速發展以及常用三維造型軟件如Solidworks、Pro/E、UG、Inventor等的普及和應用，迫切要求各職業校的機械制圖課程在課程體系、內容、教學方法和教學手段上進行更新，以適應現代設計、制造的發展。

2 機械制圖傳統課程體系及其核心內容

從工程圖學的創建到21世紀初，表達機件是基于正投影法繪制平面圖形。用正投影法繪制的圖樣其優點是度量性好，作圖簡便，但圖樣的立體感較差，沒有較強的空間想象能力是很難看懂平面圖樣的，因此，在傳統的機械制圖教學中，培養學生的空間想象能力成了該課程培養的重點之一。圖1為傳統機械制圖課程體系結構，其主要內容包括基礎知識與理論、專業知識與技能、實踐訓練。

從圖1可以看到，整個教學內容都是圍繞著二維平面圖形的表達和訓練進行的，計算機繪圖也僅僅是逐步取代尺規繪圖，其主要作用依然是用于繪制二維圖形。盡管我們很多院校在該課程的教學手段和教學方法上都不斷在改革，利用了模型輔助教學，利用了多媒體課件等現代教學手段，旨在不斷培養學生的空間想象能力，不斷提高其專業知識與技能水平，但從學生的三維設計和三維創新能力的培養上看是遠遠不夠的。

3 基于三維造型技術的機械制圖課程體系

20世紀90年代末期，伴隨著計算機輔助涉及技術的發展，表達方式開始從二維工程圖向三維模型轉變。用三維模型表達產品時，可以從不同角度旋轉觀察產品模型，就像在空間看真實物體一樣，甚至不再需要二維工程圖，而直接根據三維模型用于數控機床加工和模擬裝配。三維模型為企業生產提供了完整的設計、工藝和制造信息，使設計過程發生了變化，設計質量得到提高。可是，在我國由于制造業技術方面還存在一些制約，一些企業中采用三維實體建模設計絕大部分還只是應用于產品的研發、設計、分析等環節，在制造生產環節中主要還是利用二維平面圖樣，所以二維工程圖必將成為三維設計的重要補充，與三維設計在很長一段時期內共存。

結合高職院校的人才培養目標，在機械制圖課程體系中適當融入三維造型技術，要求學生不僅具有繪制和識讀二維機械圖樣的能力，同時，還應具備三維分析和三維造型能力。在課程的教學內容安排上，對于傳統的教學內容不能去掉，而是將傳統教學內容與三維造型技術進行有機融合，既要保留傳統制圖中經典的基礎知識和理論，又要吸納先進的計算機軟件技術；學生不僅要掌握機件的各種二維表達方法，還要掌握必要的三維造型基本知識和技能，特別是傳統的表達方法如視圖、剖視圖、斷面圖等畫法，尺寸標注方法、技術要求標注方法，工藝知識等不能去掉。在教學中做到制圖基礎與三維實體造型、分析相結合，零件圖繪制與識讀和零件實體造型以及工程圖生成相結合，標準件與常用件的畫法與相應零件的實體模型相結合，裝配圖的繪制與識讀和裝配體三維實體造型設計、分析相結合。

目前，三維設計軟件還比較多，在功能上也不差上下，從學生比較容易上手的角度出發，可以選擇SolidWorks。該軟件操作簡單方便、易學易用，且功能強大。圖2所示為基于三維造型技術的機械制圖課程體系，與傳統計息制圖課程體系相比，在整體結構上補充了能力拓展部分，并且在基礎知識與理論、專業知識與技能、實踐訓練各部分中融入了三維造型方面的相關知識。

在圖2所示的課程體系結構中，我們將保持原課程體系的三個部分不變，只是在每一個部分的內容上進行調整。其中，知識內容部分為經典理論，在教學上要少講、精講，內容上也要進一步精簡，重點是培養學生的空間想象能力和空間思維能力，在該部分內容中融入Solidworks草圖繪制和實體創建方法，有助于培養學生的空間想象能力和空間思維能力。專業知識與技能部分是培養學生解決工程問題能力的重點部分，機械圖樣的繪制與閱讀能力將在此部分中完成，在該部分中加入由三維實體生成二維工程圖的方法，有助于培養學生三維創新能力和提高學生解決實際工程問題的能力。實踐訓練部分與整個課程的學習過程貫穿，在教學內容中根據需要適當安排徒手繪圖、尺規繪圖，加強計算機繪圖、三維實體建模訓練，從而將理論與實踐有機結合起來，尺規繪圖要相對減少。拓展部分主要是培養學生的創新能力，結合一些機械產品的設計制造常識以及相關專業基礎知識，進行大膽創新設計。

4 三維造型技術的融入對課程效果的影響

機械制圖課程通常是高職院校大學一年級開設的一門專業基礎課程，由于專業課程還沒有進行，學生對于加工制造等方面的知識還比較缺乏，因此，在機械制圖課程中并不是將Solidworks的所有技術都融入，而是重點學習其三維造型技術，利用三維造型將工程形體的結構形狀直觀、準確地表示出來，同時也可以將三維實體用二維圖樣正確表示出來。

將三維實體造型技術融入到機械制圖的課程體系中，使課程的教學模式也有了新的突破，在課程的教學方法和教學手段上完全進入多媒體教學時代，圖形技術與計算機技術的結合對機械制圖的教與學均有促進作用。利用三維造型技術，無論在分析形體還是設計形體上，都能夠做到既形象又直觀，而且編輯、修改形體結構更方便，并且根據需要可以直接生成二維機械圖樣，使作圖效率和圖紙質量都大大提高，培養的學生三維設計與三維創新能力也得到提高。建立基于三維造型技術的機械制圖課程體系，是當前制造技術發展的需要，也是滿足社會對高職機械類人才在知識結構和能力素質方面的要求。

5 結束語

將計算機三維造型技術融入到機械制圖的課程體系中，形成新的課程體系，不僅改變了傳統課程體系的教學內容，從教學方法和教學手段上也都得到了更新，這不僅適應了“設計從三維實體建模開始”的現代設計思想，而且為實現“智能化設計”發展目標又前進了一步。

€L鼙韭畚乃芯康目翁馕筆？012年度“十二五”教育科學規劃研究立項課題

參考文獻

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