“多功能绘图教具”及其技术转化和推广应用

杨国勇

摘 要：本文就“多功能绘图教具”的创意设计、所具特点及其技术转化和推广应用等方面进行了详细分析介绍。

关键词：多功能绘图教具 技术转化 推广应用

笔者带领的项目团队响应李克强总理提出的“大众创业，万众创新”的号召，针对中职学校传统板书绘图教具存在的诸多不足，设计了“多功能绘图教具”。“多功能绘图教具”由两个圆规脚及手柄组成，虽然只是在普通圆规结构的基础上增加了一个手柄，但其具有传统教具直尺、圆规、三角板、量角器等的功能，而且结构简单，携带、使用方便。笔者带领的项目团队结合教学工作把“多功能绘图教具”的技术转化成产品及推广应用。

一、传统板书绘图教具的现状

目前教学上常用的传统板书绘图教具功能单一，如直尺只能绘制直线及测量尺寸等；三角板只能绘制直线、90°、60°、45°、30°等角度线，量取和测量尺寸等；圆规只能画圆及圆弧线，量取线段等，还存在粉笔安装不简便，粉笔插入粉笔插袋时大端朝外、不能绘制与粗实线区别的细实线等问题；量角器只能量角度和绘制角度线。这些传统板书绘图教具在教学中还存在携带及使用不方便的缺点。

虽然，近年来出现了一些新发明的新型板书绘图教具。如“教学多用尺”，具有传统板书绘图教具圆规、三角板、量角器等教具的功能，但因它存在制造成本高、携带及使用不方便等缺点，目前还未能转化成商品。还有“多功能圆规”，也具有传统板书绘图教具圆规、三角板、量角器等教具的功能，但是也存在使用不方便等缺点，故未被大众所接受而广泛应用。

二、自制“多功能绘图教具”的优点

为了解决上述传统板书绘图教具和新型板书绘图教具存在的问题，笔者带领的项目团队发明了“多功能绘图教具”。

1.“多功能绘图教具”的结构及工作原理

“多功能绘图教具”是由传统圆规改造而成。它由手柄及圆规左脚和右脚组成，左右两脚上端连接在一起，另一端可活动开合，两脚的外缘处标有长度尺寸刻度线。手柄上有两个座，其中一个标有角度刻度线的手柄座安装在左右两脚的上端连接处的上面，通过螺钉、弹簧、垫片、锁紧螺母等零件把左右脚与手柄的一个座端连接在一起，另一个手柄座通过螺钉固定在左脚上。左脚靠近下端的底面上有一个削尖粉笔的锥孔；在左脚下端面上还有一个安装顶尖吸盘组件的孔，通过锁紧螺钉螺母固定。右脚靠近下端的上表面上有一个通过螺钉与右脚连接在一起的C型件；右脚下端面上还有一上下开槽的用于安装粉笔的插孔。左右脚连接处的右脚上表面有一刻线，该刻线与手柄座上角度刻线对齐的数值就是两脚外表面所开的角度值。

当使用“多功能绘图教具”时，一手握住手柄，另一只手调整手柄座上的螺母，使套在两脚连接处螺钉上的弹簧产生压力，保证左右两脚在任意位置开合及绘图时固定不变；当拧紧该螺母，则两脚固定。打开左右两脚时，圆规右脚上端部表面，靠近标有刻线的手柄座处有一刻线与手柄座上的角度刻线对齐的数值，就是两脚所开的角度值。左脚和右脚合并在一起时成一把短直尺，长度尺寸刻线从右脚下端开始至手柄端；当左脚和右脚打开180°时成为一把加长直尺，长度尺寸刻线从右脚下端开始至左脚下端止。

如果要在黑板上画圆或圆弧，首先把顶尖吸盘组件中的吸盘拆去，然后在左脚下端面的孔中安装顶尖，并拧紧固定螺钉，在右脚下端面的粉笔插孔中安装粉笔，最后顶尖按住黑板上圆心点，转动圆规右脚即可；如果要画细线条，先把粉笔插入左脚下端削尖粉笔的锥孔中，并不断转动，即可得到一个削尖了的粉笔，把粉笔插入右脚下端粉笔的插孔中就可以用于画细线条。如果要在白板上画圆或圆弧，首先先把顶尖吸盘组件中的顶尖端插入左脚端面上的孔中，并拧紧固定螺钉，然后在右脚下端的C型件孔中插入白板笔，并拧紧固定螺钉最后用力把左脚吸盘按压吸稳在白板的圆心点处，转动圆规右脚即可。

2.“多功能繪图教具”的功能

“多功能绘图教具”一是具有直尺功能，把它的左右两脚合并就成为一把短直尺，把它的两脚打开成180°时就成为一把加长长度的直尺。二是具有圆规功能，它本身结构就是一个圆规，因此具有常规圆规画圆、画圆弧、分割线段、量取尺寸的功能。三是具有三角板及量角器的功能，它的两脚开合角度是0°～270°，因此，不仅能画0°～270°的任意角度线，也能进行0°～270°任意角度的测量。另外，它还具有削尖粉笔功能，它不仅能用于黑板，也能用于白板上绘图板书。

三、“多功能绘图教具”的技术转化

这个“多功能绘图教具”于2016年8月31日获得了国家实用新型教具专利。但是，如何把它转化成既能用在黑板上也能用在白板上的产品呢？首先就涉及资金问题。好在笔者的项目团队有一个项目建设资金，因此，资金不成问题。然后就是要确定制造材料、制造工艺及生产方式了。

1.“多功能绘图教具”制造材料选择

笔者的项目团队分别选用了木材、铝合金和塑料三种材料进行试制。

首先，用木材试制。木材原料多，成本低，制造容易。笔者的项目团队经考虑采用中等硬度的橡木试制，先制造“多功能绘图教具”的两脚，两脚及C型件的结构不复杂，加工较容易，只是制造手柄时因形状复杂加工起来费时费力，接着是两脚上的长度尺寸刻度及手柄上角度刻度的印制工作，最后进行总安装调试。

其次，选用铝合金材料。因市场上有合适宽度及厚度尺寸的铝合金板材加工两脚，因此两脚及C型件加工制造都不难。但因材料过重，在两脚的背面上要钻排孔减轻重量。加工手柄因形状复杂，加工难度大。接着是长度尺寸及角度刻线印制，最后总安装调试。

最后，选用塑料材料。塑料有多种，考虑“多功能绘图教具”的两脚要有一定强度和硬度，否则画圆弧及圆时，两脚易变形而影响绘图尺寸的精度，因此，选用PC塑料原料。选好塑料，两脚、手柄及C型件都可采用3D打印技术制造，只要做好绘图工作，即可进行零件打印工作。零件打印好后，接着就是长度尺寸及角度刻线印制，最后总安装调试。

以上三種材料制作的“多功能绘图教具”，经试用比较，木材制作的单个成品成本不高，但耐用度、强度差，而且批量生产成本高；铝合金材质制作的强度及质量最好，但是单个成品成本、制造模具成本及批量生产成本都高；塑料材质制作的重量适中，强度好、耐用，单个成品成本低，易实现批量生产，而且批量生产成本不高，只是制造模具成本高些。综上，笔者的项目团队选择用PC塑料原料批量生产“多功能绘图教具”。

2.塑料模具制造及试制

笔者的项目团队选定了PC塑料为批量生产“多功能绘图教具”的原料后，确定采用注塑模注塑加工方式。采用此方式要制造注塑模，由于笔者学校没有生产模具经验，因此为了做好这项工作，笔者的项目团队先到制造模具的企业进行调研，请教企业技术员如何设计模具结构等，并学习有关注塑模方面的知识；然后把“多功能绘图教具”的模具设计出来，并绘制模具的零部件及装配图；最后把图纸拿到模具制造厂再次请教企业技术员，确定设计没有问题后，开始购买模具材料进行零部件加工。笔者学校有各种机加工设备，有模具零件加工的能力，所以零部件加工由机加工专业学生在教师的指导下完成。之后，笔者的项目团队进行总装配调试，并在模具装配好之后，把它拿到一家塑料加工厂试制，除了顶尖部件外购外，其余的零部件都能在一套模具上加工出来。

四、“多功能绘图教具”应用推广

笔者的项目团队对“多功能绘图教具”样品的制造成功，它的使用功能经试用均能达到设计要求后，就接着进行样品的应用推广。

1.课堂教学上的应用推广

首先是在笔者学校的机修钳工技能实训、机械制图、液压与气压传动、服装工艺、机械基础等课程的教学上试用。试用过的教师一致认为“多功能绘图教具”结构简单、携带方便、使用简便，一把“多功能绘图教具”就可以代替传统教具的一把直尺、两个三角板和一个量角器。

2.在全国技工院校教学教研技术开发优秀成果评比会上推广

2016年10月，笔者的项目团队发明的“多功能绘图教具”在重庆举行的全国技工院校教学教研技术开发优秀成果评比会上被推广介绍。与会者是来自全国各地技工院校的教育工作者，当教学上常有板书绘图的教师在会上看到“多功能绘图教具”的介绍后，他们感到眼前一亮，纷纷和“多功能绘图教具”进行更近距离的接触了解、试用，并用手机拍照以及询问产品什么时候上市等。在本次成果评比中，“多功能绘图教具”获得二等奖。

3.在东盟职教展上推广

2017年11月，笔者的项目团队发明的“多功能绘图教具”在南宁市举行的东盟职教展上展出。展会上很多来自东盟各国的，以及国内的客商、教育工作者，都在“多功能绘图教具”展示台前驻足观看，有的不仅询问了解，还亲自操作试用，广西教育厅领导观看后给予好评。

“多功能绘图教具”不仅可用于教学，还能用于板报绘图及其他绘图板书；不仅可用于中职学校，而且幼儿园、小学、中学、大学都适用。“多功能绘图教具”的发明和技术转化，不仅解决了传统教学板书绘图教具的不足，而且让笔者学校参与这个项目研究的教师及学生，学到了“多功能绘图教具”的模具设计和制造方面的知识，提高了发明创造及动手方面的能力；“多功能绘图教具”的推广应用工作对笔者学校的教师来说，虽然是一个全新的挑战工作，但是在工作过程中，他们不仅得到了锻炼，而且知识、能力也得到了提升。

（作者单位：广西工业技师学院）