面向数字化制造技术的机械制图教学改革实践与研究

孙宝福 钟志贤

摘 要 图是工程语言，随着现代制造技术的飞速发展，图学教育在教学内容、教学方法以及教学手段方面也面临着改革，以适应发展的需求。文中对图学教育的现状、改革思路、改革措施进行了研究，并制定了详细的改革步骤，对图学教育的教改实践具有一定的指导意义。

关键词 图学教育 改革 现代制造技术

中图分类号：G424 文献标识码：A   DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.10.064

Practice and Research of Teaching Reform on Mechanical

Drawing of Digital Manufacturing Technology

SUN Baofu， ZHONG Zhixian

（College of Mechanical and Control Engineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）

Abstract Graph is engineering language. With the rapid development of modern manufacturing technology， graphics education in teaching content， teaching method and teaching means also faces the reform， to adapt to the development needs. In this paper， the present situation， reform ideas and reform measures are studied， and the detailed reform steps are formulated.

Key words graphics education; reform; modern manufacturing technology

0 引言

随着现代工业的飞速发展，产品更新速度的加快，新型的制造技术在我国的应用越来越广泛，其中，数字化的制造技术已成为其典型代表。所谓数字化制造技术是指：在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。发达国家以及我国大部分大中型企业已经实现了数字化的制造技术，它包括了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程分析（CAE）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、产品数据管理（PDM）等内容。①而其中，产品的数字模型作为贯穿所有制造过程的一条主线，其表现形式、包含内容、建立方法、信息含量等尤为重要。在传统制造中，二维的工程图样承担了制造过程中的所有信息。然而，随着计算机技术和信息技术的飞速发展，以及如UG、PROE、Solidworks等新型综合软件层出不穷，传统的信息载体已越来越不适应现代制造技术的发展水平，改革势在必行。

1 改革思路

在传统的机械制图教学体系中，产品装配图和零件图的阅读与绘制是制图教学的最终落脚点。产品的装配工艺离不开装配图中的装配与配合尺寸、明细栏、装配要求等相关内容，而零件的制造的工艺信息则存在于零件图中的尺寸标注、技术要求之中。然而，无论是哪一种图样，对零件的形状、结构以及组成的表达都是读图与绘图的基础，所以，对工程图样表达方法的学习仍然是制图教学的重中之重。而对图样表达方法的掌握是以画法几何内容的学习为基础的，它是利用投影的基本知识，实现了三维实体与二维图样的相互转换。然而，由于画法几何部分内容的抽象性，造成了学生学习制图的枯燥与乏味，严重影响了学习的效果。

为适应现代制造技术的发展，机械制图的教学则需从以下几个方面进行相应的改革：（1）机械制图建模方式的转化。基于数字化制造技术之上的工程信息的载体已经从传统的二维模型向三维模型转化，依照三维建模设计的思想，根据实体的构成原理与构成方法，进行三维实体建模。这一建模理念忽略了点、线、面在制图中的基础作用，减少了教学内容，同时也培养了学生现代设计思想和设计方法。所以，从工程图学的教学内容来看，三维建模应贯穿教学全过程;（2）机械制图与计算机技术的融合。计算机技术在现代制造技术的地位和作用是无以替代的，作为基础课程的机械制图，自然也是无法割舍的。许多年来，众多的专家学者在二者的结合内容、形式、方法、途径等方面进行研究与实践，但大部分都归结于二者内容比例问题、时间前后问题。因为是传统的二维工程图样的教学，所以所用的教学软件基本都是AutoCAD，从而不能适应三维建模的需求。现代制造技术下的机械制图，其三维建模软件得到了根本性的改变，往往是运用一些大型的、集成的软件，例如UG、Pro/e、Solidworks等。选择什么样的软、硬件，如何实现与理论教学进行合理有效融合将是我们面临的另一选择;（3）机械制图与相关专业知识的整合。利用集成软件进行建模的过程实际上就是一个对零件设计、分析、检验的工程，所以这门课程的名称也应该称之计算机辅助设计与绘图（CADD），它不仅需要计算机技术的支持，同时也要求建模者具备充分的专业知识和专业技能。②怎样实现这一教学内容的整合，又如何恰当把握教学时机的安排是教學改革的重要课题。

上述的三项内容是相互关联、彼此依存的，而建模方式的转变是一条主线贯穿其中，对此，大连理工大学、清华大学以及北京航空航天大学均有研究，然而对与专业课程的整合虽有专家提出，却没有实际的研究成果，更没有符合这一教改思想的教材或教学内容大纲，这在全国尚属首创。

2 改革实践

在获得广西教育厅教改工程项目立项支持之后，我们在实际的教学中专门拿出了一个实验班，自己编制教材，进行了相关的课程改革试验。在教学过程中，取消了点、线、面的投影，截交线、相贯线的投影等原来较为繁琐且较抽象的内容，但保留了投影的基本知识，使得学生清楚二维工程图样的由来。三维建模则采用Solidworks软件，从棱柱、棱锥、圆柱、圆锥等基本形体的建模开始，完成基本形体的切割、基本形体的叠加等组合体的建模过程，然后将三维实体模型进行二维转换，直接形成二维工程图，从而加深对工程图的理解。

在完全掌握复杂形体的三维建模之后，对工程图样的表达方法、标准件常用件的表达方式、零件图、装配图等章节的学习依然不能缺少。他们是机械制图学习的落脚点，也应该是学习的重点。这便又从三维回到了二维，所以，投影知识的学习是必不可少的。

在完全掌握复杂形体的三维建模之后，通过对相关课程内容的整合，它不仅是机械制图这一门课程的任务，还关联到相关的专业及专业基础课程，涉及的面广，改革的难度较大。通过与计算机技术的融合，从而实现建模方式的转变，是我们研究的重点。符合这一教改思想的教材的编写、教学方式方法的转变、教学内容与范围的确定是这一课题研究的关键问题。它需要集中一定的人力、物力，对相关院校及企业进行走访与调研，并且还要申请相关软件公司的支持与协助才能够得以顺利实施这一课题的研究。

3 實施方案（图1）

4 结语

机械制图是机械、机电专业或近机类专业必修的一门专业基础课程，但因其对学生的空间思维能力以及空间想象能力要求较高，所以，学生的学习的困难程度较大。改革之后课程从其建模方式将以三维建模为主，从而降低了课程的抽象性，同时也提高了学生对相关软件的熟悉程度及学习热情。

教改项目：广西高等教育教学改革工程项目，桂教高教【2013】28

注释

① 数字化制造技术，http：//baike.baidu.com/link？url=k1NTCEKh6KlNTCEKh 6KlwbD6L1T8Dh 8eofqcXf-DaGFqhpzXLti0vMlYyz844QYXwLA2584aii6tH_ B5gws04zEXqG1bcuq，百度百科.

② 孙宝福.基于现代制造技术的工程图学课程改革之初探.东华大学学报，2005.8.31：160.