計算機技術發(fā)展給工程圖學教學帶來的巨大變革

張海娟+談莉斌

【摘 要】計算機技術不僅改變了工程圖學重要內容，而且改變了工程圖學現階段的教學形式。通過對工程圖學過去及現在教學模式、教學方法的總結，討論了工程圖學發(fā)展趨勢并針對性地提出了開展工程圖學教學改革方向。

【關鍵詞】工程圖學；發(fā)展趨勢；教學改革

【Abstract】Computer technology not only changes the important content of engineering graphics， but also changes the teaching form of engineering graphics at the present stage. By summarizing the past/present teaching mode and teaching method of engineering graphics， the development trend of engineering graphics is discussed， and the direction of teaching reform of engineering graphics is put forward.

【Key words】Engineering graphics； Developing trend； Teaching reform

0 引言

工程圖學作為工程交流的語言，重要性不言而喻。工程圖學隨著工程實踐的需要及各種新技術的發(fā)展而不斷發(fā)展變化。近半個世紀計算機技術的迅猛發(fā)展，給人類的生產和生活帶來了翻天覆地的變化，影響了工程技術的方方面面，也影響著工程圖學的核心內容，并最終改變了工程圖學的教學內容和教學形式。

1 工程圖學核心內容的變化

傳統(tǒng)的加工過程中，加工工人需要二維視圖精確表達形體來進行加工，因此傳統(tǒng)的產品設計基本過程是設計人員先在頭腦中設想好機件的三維實體形狀，然后利用機件的表達方法把設想好的三維實體形狀轉換為二維視圖， 形成機件的圖樣，接著加工工人再經過分析圖樣中的二維視圖，想象出該機件的三維實體形狀。這種常規(guī)的由三維到二維再到三維的工程圖學的應用過程較為復雜，其中二維視圖的重要性不言而喻，在二維視圖中的剖視圖、斷面圖、簡化畫法等知識點需要花大量篇幅來說明[1-2]。

隨著計算機行業(yè)的飛速發(fā)展，三維軟件如Solidworks、Pro/E、UG等已廣泛用于工程設計與制造中。先進的工程實踐過程通過三維設計的模型，不經過二維出圖，直接經過計算機輔助制造（CAM），在數據加工設備上進行加工，生產出產品，從此將告別圖紙化年代。設計師設計的產品在屏幕上直接三維實體圖像仿真出現，形象又逼真。是直接的思維過程，不用再由三維模型轉二維視圖再轉三維等繁復的過程，表達更清晰、準確、直觀。加工人員直接讀取三維實體圖及其對應尺寸、公差和技術要求等信息，加工出用戶需求的產品。以前繁重的手工繪圖已不再適應社會發(fā)展的需求， 其速度、保存、修改都嚴重地影響了工作效率和質量；三維圖樣的形成， 使人們對空間形體的把握更為直觀， 三維CAD設計過程省去了三維實體形狀和二維視圖之間的轉換過程；因此我們甩掉了圖板。計算機技術的發(fā)展使得工程圖學的應用發(fā)生了巨大的變化：過去，人們把工程圖紙作為表達零件形狀、傳遞零件分析和制造的各種數據的唯一方法。現在，應用高性能的計算機繪圖軟件生成的實體模型可以清晰而完整的描述零件的幾何形狀、并且可以基于特征造型的實體模型直接生成該零件的工程圖或數據代碼，完成零件的工程分析和制造。為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現代制造技術中產品開發(fā)和制造的關鍵問題。目前，計算機輔助產品的設計繪圖（CAD）、設計計算、加工制造、生產規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效。隨著計算機圖形學、人工智能、計算機網絡等基礎技術的發(fā)展和計算機集成制造、并行工程、協(xié)同設計等現代設計理論和方法的研究，使得CAD系統(tǒng)也由單純二維繪圖向三維智能設計、物性分析、動態(tài)仿真方向發(fā)展，參數化設計向變量化和VGX（超變量化）方向發(fā)展，幾何造型、曲面造型、實體造型向特征造型等方向發(fā)展都取得了巨大成績。作為CAD技術核心的幾何建模，由最初的線筐模型、表面模型發(fā)展到實體模型、特征模型經歷了由幾何信息模型、拓撲信息模型、到產品的發(fā)展過程，實現了設計、制造、測試一體化[3]。

三維實體繪圖軟件的產生除了能得到實體轉型，還能夠利用設計出來的三維實體模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢驗、機構分析和動態(tài)干涉檢驗、動力學分析、強度分析等。因此，運用三維設計軟件的真正意義不僅僅在于設計模型本身，而是設計出模型后的處理工作，對于有問題的，修改使其滿足用戶的需求，滿足實踐要求.避免重復勞動，更高效地實現設計意圖。

但是由目前的現狀轉型到將來，仍然需要中間的過渡期，現有的技術和設備不可能由人們習慣的二維圖紙時代一下子轉換成三維設計、數據處理加工的時代。這一段適應期，要大量工程技術人員學習和革新來適應潮流的發(fā)展。對于在校學生則通過教學改革直接接受新的教學內容。設計者三維思維、三維設計，由軟件自動生成二維圖紙，以供加工工件之需，是過渡期的特點[4]。

從工程圖學內容上說，計算機技術的發(fā)展改變了工程圖學課程學習的重點，三維教學課程將越來越占據重要位置，并最終取替二維視圖在教學中的地位。

3 工程圖學課程的教學形式的改變

計算機技術的發(fā)展，把多媒體技術引入到工程圖學的教學課堂中，改變了工程圖學課程的教學形式。

傳統(tǒng)的教學是手工儀器繪圖、課堂紙質掛圖、實物模型、加上課堂講授的方式，在課時以及實物模型有限的情況下，教師不可能把全部立體圖形都畫在黑板上，這樣就存在口述一個工程實體原形的情況，學生只能憑借想象力來跟上老師的講解過程，想象實體的形狀，給初學者帶來很多困難，課堂學習效率低下。