基于AutoCAD和Pro/e的工程圖教學平臺開發與實現

鄭德超 王斌 周雁豐

摘 要：結合教學內容，在工程圖的各個教學階段，始終以由物到圖，由圖想物為主線，充分發揮各種計算機輔助設計軟件優勢，以二三維緊密關聯為紐帶，逐級開發適合出符合學生認知程度和特點的教學實驗系統。實踐證明，這種與現代設計思想融合的教學過程對于提高學生的創新能力和圖形表達能力具有顯著的促進作用。

關鍵詞：AutoCAD pro/e 工程圖

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0147-02

工程圖是培養學生工程素質和工程實踐能力的基礎學科，是在大學接觸到的第一門工程技術基礎課，無論從培養學生的圖形表達能力還是形體構造能力[1]來看，“由物到圖，由圖想物”的過程都是貫穿于課程始終的主線，在當今工業產品信息可視化的背景下，從培養學生空間想象力和構型能力出發構造一個新的教學實驗系統，依靠計算機輔助設計軟件建立物體二維和三維的關聯，使這個系統具有啟發學生的形象思維，提升學生空間形體儲備，提高學生圖形表達能力以及拓展學生對工業產品的創造性思維，無疑是學科改革的目標與方向。

1 建立好空間與平面投影的關聯是提高空間想象力的關鍵

從多年來的教學經驗看，學生在學習的初期，如果沒有建立起扎實的簡單形體或者幾何要素（點、線、面）與平面投影的對應關系，就會影響到以后復雜立體的識讀能力，這其中是否具備豐富的空間想象力，往往起著決定性的作用。所謂看懂工程圖，無非就是在學生頭腦中建立起具體、清晰的立體形象及構造。眾所周知，人類的思維是源于三維感知和認識基礎上的，工程圖是空間形體向平面投影的表達和反映，是描述工業產品的載體[2]，為了建立起二三維的準確關聯，教學中的實物或者是模型，是必不可少的輔助工具，而借助三維造型仿真技術可以很好地解決這個問題。如圖1、2，利用三維仿真可以呈現點的投影、展開以及回歸空間的過程，幫助理解點的投影與空間的對應關系。

2 按產品設計過程科學組織組合體教學

計算機三維可視化為從概念設計到計算機集成制造提供了可能，產品圖形的生成過程一定程度反映了產品的設計過程，這一基本需要決定了三維構型能力和圖形表達能力在課程中重要地位[3]。比如學習組合體三視圖重點在于掌握形體分析的方法，按照組合體形體分析的思想，完全可以在AutoCAD環境下依靠，將柱、錐、球等基本體通過不同的設計目的和準則按機械構型設計思想加以組合[4]，進而利用布爾運算生成出組合體共面、相交、相切等表面關系，有利于啟發學生的空間想象力和發展創新能力。例如對軸承座進行三維復雜形體的組合和拆分的描述，見圖3。實踐證明采用三維造型的常用特征建模方式和實體結構的計算機邏輯描述，通過二、三維圖形的轉換比較，對于幫助學生理解組合形體的形狀以及各種表面關系畫法是非常有效的。

3 統籌設計相互協調構筑零部件造型

在傳統的制圖教學中，關于零件圖和裝配圖內容是分別進行的，有些教材在零件圖與裝配圖選圖上存在嚴重的問題，缺乏統一和聯系，前后知識不呼應，客觀上造成了知識點的支離破碎，不能使學生知識建立起逐級有序的系統性關聯。例如裝配圖看圖，單純依靠工程圖樣的描述理解其工作原理及零件之間的裝配關系，對于一些空間想象力差的同學往往感到很吃力聽課似懂非懂，究其根本還是空間想象力和構型能力不足，客觀地說，大學低年級的學生在這方面的積累和儲備是不夠的，這個難題怎么解決呢？現在依托pro/e軟件實現零部件分解和統一已不成問題，利用虛擬裝配技術搭建協調統一的教學平臺，通過特征造型將生成的零件按照相互之間的定位關系組裝成部件，呈現出真實感的裝配體，可以直觀、清晰地從各個角度觀察它，如圖4，還可以利用爆炸圖沿著裝配干線將各個零件分解，表明零件之間的裝配關系，如圖5，甚至動畫演示工作原理，包括每個零件結構和外形等。讓學生經過二三維零部件反復對照進行讀圖訓練，深刻理解二維平面圖樣表達的內容和含義，事實證明學生的識讀零件圖和裝配圖能力顯著提升。

4 結語

按照工程圖教學的規律，針對不同的教學內容實施了計算機輔助教學實驗系統的開發應用，利用AutoCAD和pro/e等各種輔助設計軟件，逐級打造出符合學生各個認知階段的教學實驗平臺，把三維建模技術很好的融入到工程圖教學中，加強二維視圖與三維實體模型的有機聯系，以提高學生空間構思能力和圖形表達能力為目標，體現了教學過程與產品的現代設計思想的融合與統一，對拓寬廣大師生的知識結構促進工程圖教學質量的提升都起到非常滿意的效果。

參考文獻

[1] 田凌，童秉樞，馮涓.機類機械制圖新課程體系的研究及實踐[J].工程圖學學報，2005（5）：120-125.

[2] 鄭德超. 基于三維CAD的機械制圖改革與探索[J].新課程研究：高教版，2011（2）：98-99.

[3] 李兵，周詠翎.工程圖學課程信息化改革的探討[J].工程圖學學報，2008（1）：133-136.

[4] 白柳.三維構形與工程制圖相融合的研究與教學實踐[J].工程圖學學報，2015（l）：117-122.

[5] Pro/e野火中文版產品設計應用范例[M].北京：清華大學出版社，2006.