将三维建模软件引入工程识图教学的研究与实践

刘双 陆凤霞

摘 要：工程识图是工科非机类大学生必修的一门专业基础课，如何引导学生快速提高识图能力和学习兴趣是教学环节中面临的实际问题。文章结合机器虎钳装配图，讨论在教学过程中，如何利用三维实体造型软件Solidworks培养学生的创新能力及简单的工程意识，并指出了这种教学方法在培养学生空间想象能力方面的优势。

关键词：工程识图；三维建模；教学；Solidworks

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）12-0105-03

Abstract： Mechanical Drawingis an essential subject for students who major in engineering course. And how to improve the ability of students is a practice problem in teaching. We combine the assembly drawing of machine vice with the course of teaching with the use of Solidworks as the example for model demonstration on cultivating the ability of students in space thinking and simple engineering design， At the same time showing the advantage that this teaching method can train the ability of students to construct a three-dimensional space imagination.

Keywords： mechanical drawing； 3D modeling； teaching； solidworks

一、概述

工程识图是高等工科院校非机类少学时专业的一门基础课，是该专业学生的必修课程，掌握了工程制图基础知识，不仅对专业课学习有帮助，对其他相关机械类课程的学习也会有帮助[1]。

随着计算机技术的飞速发展，利用计算机进行产品的辅助设计已成为主流，工程图学课程指导委员会在其新修订的教学基本要求报批稿中[2]，将“应用绘图软件绘制工程图样及进行三维造型设计的能力”并行地列入工程图学课程任务中；在教学中，我们应当顺应时代潮流，把计算机三维辅助设计思想引入教学环节中，即把工程识图课程与三维绘图软件SolidWorks结合起来进行教学；在教学中，给出物体的二维零件图，学生通过绘图软件建立实体模型；同时，通过创意产品的设计与制图，加强学生的创新设计能力和实际动手能力，为日后更高级软件的学习和工作打下良好的基础。

二、工程识图教学目前存在的问题

培养更多适应企业需求的合格人才是高校教学的首要任务。通过跟企业的交流，用人单位普遍反映，刚招收的大学生，无法通过简单的培训后就能上岗，无法快速适应企业的需求，处理问题的思路理想化，单一化，如：设计出来的东西不符合实际使用要求，结构不合理，没有考虑铸造工艺和机械加工工艺，无法生产，装拆不方便等等[3]；。“设计是为制造服务，制造是设计的后继。一个再好的设计作品，如果不能或难以制造出来，则只能是纸上谈兵”[4]。所以要在我们的课堂教学中注重培养学生的综合素质，理论结合实际，提高学生实际解决工程问题的能力。

工程识图课程内容覆盖全面，而课时少，学生在学习过程中，空间思维能力无法得到逐步的提高，导致课程内容难以理解，从而对这门课程失去兴趣，历年学生普遍反映该课程枯燥，课程难度较大。因此，在现有教学体制无法更改的前提下，可以借助现代教学手段，改变原有的课堂教学方式，探索一种新的教学模式。

在过去电脑还未普及时，课堂授课多采用挂图式及黑板手绘式，这种教学方式，对于制图课程而言，教师课堂授课难度大，而且效率较低，所以现代教学都借助电脑及投影仪，利用PowerPoint软件，把教学内容及复杂三维模型在电脑上呈现出来，这大大减轻了老师课堂授课时手工绘图的负担；但由于课件事先准备好，课堂上基本采用幻灯片放映的手段呈现给学生，这对于基础较好，空间想象能力强的同学，非常适用；但实际上，很多同学本身对物体缺少空间概念，所以接受能力较低的同学难以想象出空间形状，无法融入课堂教学中，甚至导致部分学生丧失学习的兴趣。因此本文提出将三维建模软件的学习辅助运用到课堂教学中，把传统的单向授课课堂搬到机房内，让学生利用三维绘图软件绘制课本上及习题集上的二求三模型，并采用互动式及小组讨论式教学方法，以提高学生的学习兴趣和学习热情，提高学习效率，活跃课堂气氛。

三、工程识图教学的实践和探索

（一）Solidworks软件简介

目前各个公司开发的计算机三维造型软件有很多，但适应于教学用的三维造型软件， Solidworks是一款比较不错的软件，該软件是美国Solidworks公司开发的，基于Windows操作平台的三维设计软件，其功能非常强大，是一款专业的三维造型软件，该软件具有简便易学，操作简单，性能稳定等特点，因此被广泛应用在机械，电子，交通运输，航空航天，科研，模具，工业设计等行业[5]。我们目前教学过程中所采用的AutoCAD软件，其显著优势在于其强大的二维绘图功能，但在三维建模方面存在明显的不足，不利于学生空间想象能力的培养和提高，因此我们把三维设计软件Solidworks引入教学过程中，充分利用该软件的优势，提高工程识图课堂效率。

（二）课堂采用互动式教学手段，让学生参与建模过程，有利于提高学生的空间想象力

在讲解由二维投影到三维实体过程中，让学生利用Solidworks软件中的特征命令绘制简单的立体图，如“拉伸”、“旋转”、“扫描”以及“放样”等，从而更能深刻理解由二维投影到三维立体图的形成过程并掌握基本建模方法。

相贯线是指两个立体表面的交线，对于初学者来说，相贯线的空间想象难度比较大，特别是孔和孔之间的相贯线，在这种情况下，可以采用Solidworks软件中的动画效果，展现相贯线由一般位置变为相贯线特殊情况的过程，从而增加学生的感性认识，让学生更易掌握教学要点。以圆柱与圆柱的相贯为例，

从图1我们可以看出，随着水平放置圆柱直径的不断增大，相贯线的形状也发生了变化，中间位置为当相贯线的特殊情况，即两立体的直径相等，且垂直相交时，其相贯线为两个大小相等的椭圆，并且当垂直相交的轴线跟某个投影面平行时，相贯线在这个投影面上的投影积聚成两条大小相等的直线段；从图2我们可以看出，无论是两柱面的外表面相贯还是内表面相贯，只要两立体的尺寸不变，相对位置关系不变，相贯线的形状和位置也不会改变，唯一变化的是相贯两立体的轮廓。

学习组合体及机件表达内容时，选择具有代表性的零件，让学生用Solidworks软件绘制其立体图，并利用Solidworks软件中的渲染手段，制作更为精美的立体图，增加学生的学习兴趣；对于学生学习过程中比较难理解的剖视图，可在软件中采用不同的剖切方法及剖切程度来剖切零件，并展现其剖切过程，同时结合剖视图表达的要点及注意事项逐步讲解。通过这些方法，学生在后续读零件图及绘制零件图的学习过程中，能够选择合理的视图表达方案，准确、全面的表达出零件的二维投影图。

装配图和零件图往往是学生学习过程中的难点，有些同学在学完这门课程后，还没有完全理解装配图和零件图的区别；所以在讲解装配图时，让学生利用Solidworks软件绘制装配图上各个零件的立体图，并按照装拆顺序进行组装和拆卸，组装好的装配图进行运动干涉检测及碰撞检测，并采用爆炸视图等手段显示，从而对零件图和装配图的区别有更深刻的理解；在由装配图设计零件图时，采取小团队的方式进行，让学生自行研究和讨论，锻炼学生的团队合作精神及自主创新精神。

以机器虎钳装配图为例，学生根据机器虎钳上各个零件的零件图，利用Solidworks软件绘制其立体图，如图3所示，在绘制过程中，需要讲解零件的铸造工艺及机械加工工艺结构，并且把零件的尺寸标注注意要点糅合进每个零件的设计中，设计好的零件按照装拆顺序装配好，如图4所示，装配过程中进行干涉检测及碰撞检测，装配好的机器虎钳利用软件中的线性马达功能模拟其运动过程[6]；通过这些方法和手段，学生对装配图有了更深刻的理解，并可采用启发式的教学方法，探讨装拆顺序及优化设计等，从而进一步走近机械工程，对理解课程内容、激发学习热情很有好处。

（三）创意产品设计，增强学生的学习兴趣

在教学过程中，可以选择难度适中，具有一定代表意义的产品进行创意设计。如，本人在教学过程中，提出了建一个地面停车桩的三维模型（纯机械式），要求外形美观，设计合理，具体内容如下：绘制装配图上各个零件的立体图，并按照装拆顺序进行组装，组装好的停车桩进行运动干涉检测及碰撞检测，并采用爆炸视图等手段显示；实现放倒和上锁的动画效果。对于这个任务，学生的学习热情高涨，他们自发以2-3人为一组组成创新设计团队，以头脑风暴法收集资料并提出设计方案，借助Solidworks软件，绘制产品立体图，最终提交产品设计方案；删选出来的设计作品具有一定的参考价值，方案如图5所示。通过这个案例，我们发现，采用这种教学手段，不仅提高了学生的学习热情，培养了学生的思考能力，而且借助三维软件在创意产品设计时的应用，能更快更好地捕捉设计灵感，提出创新产品的设计方案，在这一过程中，还培养了学生的创新能力和团队协作能力。

四、结束语

Solidworks是目前工程界应用较为广泛的绘图软件之一，我们的课堂教学与时俱进，把该软件引入到工程识图的教学过程中，并且将立体建模思想贯穿于识图教学的各个阶段，体现了以三维设计为主线，以两面投影为重点的指导思想，不仅让学生掌握了一门实用的绘图技术，而且提高了工程识图这门课程的学习兴趣与学习效果，可谓一举两得。

参考文献：

[1]刘苏.现代工程图学教程[M].北京：科学出版社，2010.

[2]陈锦昌.论本科工程图学课程教学基本要求的修定[J].工程图学学报，2004，25（3）：101-105.

[3]余明浪.“工程制图”教学改革的反思和探索[J].工程图学学报，2009，30（05）：157-162.

[4]吳长德，李孟仁.新技术形势下的机械类课程教学研探[A].机械类课程报告论坛交流文集[C].武汉：华中科技大学出版社，2006： 47-49.

[5]郭友寒.SolidWorks2013机械设计基础及应用[M].北京：人民邮电出报社，2013.

[6]张晋西，蔡维，谭芬.SolidWorks Motion机械运动仿真实例教程[M].北京：清华大学出版社，2013.

[7]石玲，杨恩霞，罗阿妮，等.浅谈工程图学课程的教学设计[J].高教学刊，2015（15）：79-80.