機械制圖測繪的虛擬平臺教學研究

肖欽蘭 彭敏 侯惠蘭

摘 要：通過分析傳統的機械制圖測繪課程存在的問題，借用現代化技術搭建制圖測繪實踐的虛擬平臺，解決機械制圖測繪課程的相應問題，完善課程建設內容，進一步鍛煉并提高學生的測繪能力。關鍵詞：測繪模型；虛擬平臺；裝配拆卸機械制圖測繪是在機械制圖課程之后的必修實踐環節，重在培養學生的觀察能力、測量能力和制圖能力。傳統的教學過程中，學生以小組或個人為單位領取一套測繪模型，通過觀察和分析測繪模型的結構組成、性能原理、各個零部件之間的裝配關系進而完成相應的零件圖和裝配圖，達到實踐測繪的目的。然而傳統的制圖測繪模型存在體積小、零件小、零件細節不完整，加工制造誤差較大導致測量不準確等問題，這些對制圖測繪的實踐鍛煉效果有一定影響。其次，傳統的制圖測繪模型最大的問題就是保存完整性較差，通常由于加工制造和學生操作不當造成部分零部件丟失或損壞，進而影響本屆以及下一屆學生的使用，甚至不得不重新采購新的測繪模型，在實驗經費上造成一定的浪費。最后，許多高校的實驗條件有限，測繪場地不能容納足夠的學生、測繪模型種類和數量較少，不能實現每個學生獨立擁有一個測繪模型。因此，新的機械制圖測繪教學模式亟待開發。為了響應一流本科教育宣言（成都宣言），需要對傳統的機械制圖測繪教學模式進行革命，把傳統的以教師教學為中心轉變為以學生自主學習為中心，機械零件測繪應為學生提供一個可以自主探索自主學習的平臺，老師作為引導者協助學生自主學習，學生在該平臺可以自行探索多樣化的零件種類、裝配種類、進而研究學習零件的構成關系、結構關系、裝配關系、加工方法等知識環節，構建自己的測繪實踐知識體系。一、機械制圖測繪的虛擬平臺實踐教學改革以進一步培養測繪實踐能力與開拓創新思維能力為改革目的，通過虛擬測繪平臺的開發和應用，豐富并優化機械零件測繪內容，將傳統的實物模型測繪轉變為虛擬平臺測繪，學生通過虛擬測繪平臺自主選擇測繪模型的種類、測繪難度、測繪的拓展訓練等。虛擬測繪平臺不僅包含傳統機械制圖的經典教學模型，供學生鞏固和溫習機械制圖的基礎知識；還應包含與時俱進的、與當下企業產品設計掛鉤的產品模型種類供學生測繪，讓學生及時了解行業新產品和新理念。二、機械制圖測繪虛擬平臺設計思路制圖測繪虛擬平臺的可作為制圖測繪實踐環節的主要測繪資源，根據機械類專業或近機類專業的培養方案不同，將符合專業要求的典型測繪模型進行分類建模，并對模型進行難易程度劃分。如簡單類：盤蓋類零件、軸類零件、叉架類零件、箱體類零件等；中等類：溢流閥、節流閥、螺栓連接、齒輪油泵等；較難類：一級減速器、二級減速器、三級減速器等。制圖測繪虛擬平臺的所有虛擬模型都可以三維軟件平臺進行零部件和裝配體的建模，如通過Solidworks搭建一系列零部件和裝配體模型，利用軟件的裝配功能對裝配體進行裝配動畫和拆卸動畫的制作。制圖測繪虛擬平臺的創建需要完成測繪對象數據庫的搭建以及測繪模型室的搭建。其中數據庫包含所有的測繪對象，而測繪模型室除了需要調用測繪的零件或裝配體以外，還需要測繪工具如長度測量工具、深度測量工具、圓弧測量工具等。在模型數據庫搭建的過程中需要注意零部件和裝配體的建模一定要確保和實物模型的結構、比例、色彩、材質等特點保持一致，這樣有助于學生在接觸到真正的產品時不會有生疏的感覺。三、機械制圖測繪虛擬平臺的開發內容對實踐教學模型數據庫模型建立好的基礎上，通過相關虛擬軟件搭建機械制圖測繪的虛擬實驗室，通過虛擬現實的建模語言VRML、Solidworks、CAD、Pro E等軟件建立好的模型數據庫，學生可以在虛擬平臺上反復學習和鞏固相關知識。測繪模型數據庫的模型拆卸、測量、裝配等步驟可以通過VRML進行瀏覽和操作，提高學生與測繪對象的交互能力、充分發揮學生的動手和空間思維能力，從而達到虛擬測繪的動態模擬目的。四、結語傳統實踐測繪教學學生普遍存在拆卸了產品忘記相應零部件在裝配體中所處的位置和作用，甚至重新裝回去又重新拆，導致時間的浪費。測繪虛擬平臺可以隨時切換零件或裝配體的不同狀態進行對比分析，減少分析和思考的時間，直觀便捷地進行對比分析。此外，由于傳統教學的測繪模型數量有限，大多以小組為單位完成測繪，造成學生分工不合理，個人完成測繪的一部分內容甚至偷懶測繪，實際上沒有完成相應的學習任務，實踐測繪能力沒有得到充分的鍛煉。而虛擬平臺的應用可以很好的讓每個獨立完成每個測繪步驟及任務。機械制圖測繪虛擬平臺實驗室可以作為學校的精品課程內容放置在學校教學資源上。學生或其他訪問者可以通過網頁鏈接進行遠程瀏覽及相應的虛擬實踐操作。解決了傳統教學的不足如實踐場地有限、實踐模型損耗、測繪模型種類少等。此外可以反復利用和優化制圖測繪虛擬平臺；利用互聯網和專業軟件搭建虛擬測繪平臺有利于對傳統的機械制圖和制圖測繪教學內容進行優化整合，實踐過程直觀便捷，較好地激發學生的學習興趣、貫徹以學生為中心的探討式、自主式教學的發展理念。參考文獻[1] 原彬，于彥，孫昂.機械制圖課程中虛擬現實技術的應用[J].高教學刊，2018（01）：73-75.[2] 馮桂珍，池建斌等.減速器虛擬拆裝實驗系統的構建[J].工程圖學學報，2011（1）：89-93.[3] 黃艷，尹君馳，潘江如.制圖測繪教學環節中虛擬三維模型庫的開發[J].大學教育，2016（10）：157-158.基金項目：六盤水師范學院科研計劃項目（編號：LPSSY201407）。作者簡介：肖欽蘭（1989- ），女，漢族，貴州人，六盤水師范學院，講師，碩士研究生，研究方向：機械設計及理論、數字化設計。