基于Solidworks輔助的工程圖學教學

方清華

(江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056)

1 工程圖學課程特點

在工程圖學教學中，學生的立體思維培養是難點，特別是學到立體交線之后，尤其是形體線條比較少時，對應的立體特征不明顯，同學苦思冥想，往往不知道結果，在三維與二維、立體與平面的轉化過程中，空間概念不夠清晰，同學分析起來覺得很抽象，這對后面組合體以及零件圖、裝配圖的學習都會形成障礙。

工程圖學的學習過程是由簡單到復雜，先是基本體，再到組合體，再過渡到零件圖和裝配體，如果在基本體到組合體學習中打牢基礎，激發學生的學習興趣，在后續的學習中，逐漸深入、潛移默化中，學生收獲了自信，沒有了畏懼。隨著計算機應用技術的發展，三維造型軟件輔助用于工程圖學教學過程中，可以提高學生的立體想象能力和分析解決問題的能力，使教學效果和效率都大大提高。

2 Solidworks軟件介紹

Solidworks是非常優秀的三維機械軟件[1]，中文界面，功能強大，易學易用。

Solidworks、ProE、UG等，是企業和高校運用比較多的幾款三維造型軟件，Solidworks參數化設計，造型由創建簡單模型到創建復雜模型，其草圖繪制，特征拉伸、掃描、旋轉、鏡像等功能容易上手，更可以高效地完成很多設計工作。對于我們課程學習有很多幫助，彌補了課程教學和學生學習中實物模型受限的缺陷，且Solidworks能夠放大、縮小、旋轉及投影模型，學習更直觀，從而增強學生動手能力，培養學生國標思想及空間思維能力和想象力。

3 工程圖學教學難點

工程圖學主要培養學生的工程思維與國標思想，培養學生的空間思維和想象能力，在機械、電器、儀表、采礦、冶金、化工等等，各行各業都離不開工程圖學和工程圖樣。在生產實踐中，往往通過工程圖樣了解它們的結構和性能，因此，工程技術人員要具備繪制和閱讀工程圖樣的能力以及嚴謹的工作作風。

在工程圖學教學過程中，教學難點比較多，比如三投影面體系展開、切口立體的交線、相貫線、組合體表面連接以及零件裝配體的表達等。培養學生的空間想象力是入門之初的難點，怎樣建立學生從立體到平面繪制物體投影圖的畫圖能力，再建立從投影圖想象立體三維形狀的看圖能力。這個雙向學習過程，可以借助Solidworks軟件，對立體分類，分別造型。從簡單入手，直觀地展示給學生，讓學生建立空間立體到平面圖形的概念，為以后組合體的學習、零件圖的學習和裝配體的學習打下堅實的基礎。

4 三維造型助力求解

在工程圖學教學中，進入帶切口的立體學習之后，學生對于交線的準確求解能力差異懸殊，特別是線條簡單，基本體特征對應多解時，對求解結果無法驗證，尤其是形體屬于挖切還是貫穿，對應是求截交線還是相貫線，分析不清楚。在此，可以采用三維造型軟件，做出結果一一對照。

圖1給出物體主視圖和俯視圖，求左視圖。從基本形體上來分析，既可以對應長方體，也可以對應圓柱體，甚至還可以對應球體，所以學生理不清頭緒，無從下手。

圖1

但如果將主視圖的2個半圓，重新組合一下，上下位置對調，很容易想到圖2的主視圖，俯視圖的圓周可見性也變為可見，即為鉛垂圓柱體和正垂圓柱體等徑正交，且其長度均等于其直徑，很容易識別。2個等徑正交的圓柱體相貫屬于特殊相貫，相貫線空間是橢圓，投影即為直線，其對應的左視圖，很容易求解。如圖2主視圖。

圖2

對于圖2，可以用Solidworks軟件做出其三維造型，并在這個立體造型的基礎之上，從立體中間截切為上下2部分，截切后的2個形體如圖3和圖4，其中圖3是等徑正交的鉛垂圓柱體和正垂圓柱體截切去掉上半部分，圖4是等徑正交的鉛垂圓柱體和正垂圓柱體截切去掉下半部分。

可以對截切過的上下2部分重新組合，將圖3放置上方，將圖4位于下方，這樣疊加后的圖3與圖4的俯視圖中的圓周在下方，不可見變為虛線，和圖3一致，2個形體疊加后就和圖1已知條件的俯視圖完全相同。而主視圖，由于將圖3與圖4上下疊加之后，中間的鉛垂圓柱體大小一樣，圓周共面、消線，正好就是圖例1的主視圖。整個構型過程滿足了圖1給出的主視圖和俯視圖的已知條件。

圖3

圖4

通過對圖3與圖4的疊加分析，在Solidworks軟件中很容易造型出圖5的三維立體，圖5的三維造型就是圖例1的立體圖，這樣圖例1的左視圖求解，就化難為易，迎刃而解。對照圖5，可以先分析圖例1的基本體：鉛垂的完整圓柱體，正垂的上下各半個圓柱體，再求出相貫線，左視圖的求解就變得很容易了。

圖5

在工程圖學相貫線的學習中，基本體形體結構特征不明顯，難以判別是疊加還是挖切的時候，可以借助于三維軟件分步造型，逐步求解和分析，直至完成目標問題。還可以利用相貫2立體的位置變化、大小變化、形狀變化等，總結相貫線投影規律。

在工程圖學教學的Solidworks輔助應用中，不僅可用于教學中的相貫線求解，還可以幫助組合體形體分析、剖視圖剖切及投影的演示、零件造型和裝配體的裝配關系、工作原理、爆炸圖等，并可生成工程圖，大大提高了課堂效率，輔助同學課下學習，激發學生學習興趣。

5 結語

按照教育要為社會的經濟進步、文化繁榮，培養“寬基礎、厚知識、強能力、高素質”的人才要求，大力培養創新思維與設計為核心[2]，不斷探索新的教學模式。將Solidworks軟件輔助應用于工程圖學教學之中，體現了創新教育常用的擴散思維方法[1]，注重一題多解、舉一反三及精講多練。在教學過程中，引導學生多看-勤動眼、多想-勤動腦、多練-勤動手，在教學中重創新、重基礎、重理論，為培養新工科人才奠定堅實的基礎。