趙歆

（天津中德職業(yè)技術學院 天津 300191）

PRO/E軟件在《機械設計》課程中的應用

趙歆

（天津中德職業(yè)技術學院 天津 300191）

針對《機械設計》課程的教學要求和特點，應用Pro/E軟件可以優(yōu)化教學過程，加大授課信息量，調動學生學習的主動性和積極性，增強學生的求知欲和自信心，取得更好的教學效果。

PRO/E軟件；機械設計；多媒體；立式數(shù)控磨床主傳動系統(tǒng)

《機械設計》是工科院校機械制造及自動化專業(yè)的主干課程。該課程涉及知識面廣，信息量大，要求以一定的理論為基礎，廣泛聯(lián)系工程實際，例如螺栓組聯(lián)接，各種傳動、軸、軸承組合，聯(lián)軸器、離合器的選擇、應用、維護與保養(yǎng)等等。該課程的理論性很強、很抽象，但學生的抽象思維尤其是空間思維能力不夠發(fā)達，如果采用傳統(tǒng)的教學方式，教師需要花費大量時間和精力在黑板上繪制圖形、進行公式推導，還容易造成“看起來具體，聽起來費解”，學生也會感覺十分枯燥難懂，教學效果不佳。

隨著計算機的普及，多媒體教學手段在課堂中的使用已非常普遍。如果在本課程授課過程中采用Pro/E軟件進行輔助教學，可以把與課程相關的文本、圖形、圖像等相關資料集中在一起，隨時切換、調用，將抽象的理論知識形象化，可有效擴充教學信息，使知識結構更加緊湊，還能啟發(fā)學生的思考積極性，發(fā)展學生的形象思維，增加吸引力，從而使學生更加全面、深刻地理解和掌握機械設計知識。

Pro/E軟件簡介

Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國參數(shù)化公司（PTC）的三維CAD/CAM軟件系統(tǒng)，它采用近幾年CAD方面的一些先進理論，并采用先進的、基于特征的參數(shù)化設計技術，使設計工作十分靈活和簡便。在產品信息模型方面，Pro/E把所有的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構上，提供了所有工程項目之間的全關聯(lián)，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM的有機集成。還可以同時對同一產品進行并行的設計工作，從而能提高設計質量和縮短開發(fā)周期。

參數(shù)化設計和特征功能 Pro/E是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)。設計人員可采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型，使設計更加簡易靈活。

單一數(shù)據(jù)庫 Pro/E建立在統(tǒng)一基層的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作。換言之，整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。

PRO/E建模功能介紹 Pro/E的建模功能是行為建模技術及參數(shù)化技術相互滲透的結晶。這里所謂的參數(shù)化是指對零件的各種特征施加各種約束形式，各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示。

根據(jù)此特點可以實現(xiàn)基于特征的全尺寸約束以及全數(shù)據(jù)相關和尺寸驅動設計修改，這使得Pro/E與其他沒有應用參數(shù)化技術的CAD軟件在建模設計思想上有本質的區(qū)別。所以，在應用Pro/E建模時應注意以下事項：（1）找到適當?shù)奶卣饕宰鳛樘卣黩寗樱ɡ纾翰?、倒角、腔、殼等）；?）盡量通過零件的特征值之間，約束/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關系進行設計；（3）貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。

Pro/E軟件在實際教學中的應用實例

（一）立式數(shù)控磨床主傳動系統(tǒng)主要零件及特征

數(shù)控磨床主傳動系統(tǒng)由多個零件組成。根據(jù)Pro/E建?；谔卣鞯奶攸c，在建模時需要抓住零件相應的特征才能正確建立零件三維實體模型。下面對有代表性的零件的特征進行說明，如表1所示。判斷出組成零件的相應特征之后便可以利用Pro/E軟件創(chuàng)建特征。在創(chuàng)建基礎特征的過程中，對特征的草繪截面需要施加全尺寸約束，應使特征的約束尺寸等于確定形狀所要求的尺寸。創(chuàng)建完基礎特征后再根據(jù)具體要求創(chuàng)建工程特征，最后完成三維模型的建立。

圖1 Pro/E建模示意圖

表1 部分零件特征表

（二）建立標準化零件庫

所謂的系列化是指通過對同一類產品發(fā)展規(guī)律的分析、研究以及對國內外產品發(fā)展趨勢的預測，結合本國的生產技術條件，經過全面的技術經濟比較，對產品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結構等特性做出的合理安排與規(guī)劃，同時對同一類產品中的一組產品進行標準化的一種形式。而表示產品特性的數(shù)值為產品參數(shù)，產品參數(shù)是產品性能或技術特征的標志，是選擇或確定產品使用范圍，規(guī)格尺寸的基本依據(jù)。

產品參數(shù)按其特性可分為工況參數(shù)和幾何尺寸參數(shù)兩種。工況參數(shù)指表示產品的工作狀況或性能特征的參數(shù)，如載荷、功率、容量、轉速和壓力等。幾何尺寸參數(shù)指表示產品的重要幾何尺寸的參數(shù)。在一個產品的若干參數(shù)中，表示產品重要性能特性的參數(shù)稱為主參數(shù)，如電動機的功率、起重機的起重量、車床的最大加工直徑和長度等。

產品的工況參數(shù)與幾何尺寸參數(shù)之間，主參數(shù)與其他參數(shù)之間，一般存在某種內在聯(lián)系。通過理論推算或試驗統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)這種聯(lián)系的規(guī)律性，有的還可以用某種函數(shù)關系來標志，這對實現(xiàn)產品的相似設計（通過設計少數(shù)典型產品，然后按相似關系設計出整個系列的產品）有重要意義。

對產品進行系列化設計的過程如下：（1）選擇主參數(shù)和基本參數(shù)。選擇主參數(shù)的原則： A.主參數(shù)應能反映產品的基本特性；B.主參數(shù)應是產品中最穩(wěn)定的參數(shù)；C.應從方便使用出發(fā)優(yōu)先選性能參數(shù)，其次選機構參數(shù)。（2）確定主參數(shù)和基本參數(shù)的上下限。確定上下限，就是確定參數(shù)系列的最大、最小值。這個數(shù)值范圍，一般要通過對國內外的標準，該產品的生產情況、質量水平以及同類產品的生產和使用情況作周密的分析后才能確定。（3）確定參數(shù)系列。主要是確定在上下限之間的參數(shù)如何分檔、分級，整個系列安排多少檔，檔與檔之間選用怎樣的公比等等。

圖2 模型系列化設計過程圖

Pro/E是參數(shù)化CAD/CAM軟件，所有的特征由參數(shù)和約束作為驅動，所以從中可以很容易地選出主參數(shù)和基本參數(shù)并建立參數(shù)關系，利用Pro/E可以簡易快捷地完成系列化設計。

總之，多媒體課件和PRO/E軟件有機結合起來的《機械設計》教學，不需要真正的硬件環(huán)境和實際資源。在對立式數(shù)控磨床主傳動系統(tǒng)的設計中，PRO/E有效地建立起了三維模型，可以在課堂上直接進行效果演示，使設計效果更加直觀易懂，同時也提高了學生的學習興趣，使教師教起來輕松，學生學起來愉悅，提高了課堂的教學效率。

[1]王樹偉，田蕾.Pro/ENGINEER Wildf-ire3.0結構、熱、運動分析基礎與典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008:1-182.

[2]陳曉波，熊光楞，柴旭東.仿真在復雜產品設計中的應用及其面臨的挑戰(zhàn)[J].系統(tǒng)仿真學報，2002，（8）：1034-1039.

[3]彭衛(wèi)東，吳志偉.虛擬制造技術在模具設計及制造中的應用[J].機電工程技術，2008，（5）.

2010全國“虛擬現(xiàn)實技術與職業(yè)教育”論壇在天津職業(yè)技術師范大學召開

11月13日，2010全國 “虛擬現(xiàn)實技術與職業(yè)教育”論壇在天津職業(yè)技術師范大學隆重召開。本次論壇由中國職業(yè)技術教育學會職教師資專業(yè)委員會和天津職業(yè)技術師范大學共同主辦，由天津職業(yè)技術師范大學信息技術工程學院承辦，主題為“虛擬現(xiàn)實技術，讓職業(yè)教育更精彩”。

出席論壇的專家有天津市教委科技處處長林列、天津大學孫濟洲教授、大連海事大學于雙和教授、中國教育電視臺技術總監(jiān)王濤、天津職業(yè)技術師范大學校長孟慶國、副校長苗德華等，與會的還有天津CBE學會全體理事以及來自全國近110所院校的200余名相關學者。會上，校長孟慶國、副校長苗德華分別致辭講話，林列處長也發(fā)表重要講話。

此次論壇內容充實，共由8個報告組成：孫濟州教授的《虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術及其應用》、于雙和教授的《應用虛擬仿真技術加快職教現(xiàn)代化》、孟慶國教授的《虛擬現(xiàn)實技術：提高職業(yè)教育質量的新契機》、王濤總監(jiān)的《果實網（學習超市）3D虛擬社區(qū)在職業(yè)培訓中的應用及實踐》、曼恒數(shù)字科技有限公司高杰經理的 《虛擬裝配與虛擬訓練》、中視典數(shù)字科技有限公司黎偉經理的 《虛擬現(xiàn)實技術在職業(yè)教育中的應用》、盧雙盈教授的《職業(yè)教育發(fā)展與信息化問題》、詹青龍副教授的《基于虛擬現(xiàn)實的培訓系統(tǒng)：技術和案例》。參會者踴躍提問，與專家積極互動，氣氛熱烈。

（本刊編輯部）

G712

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1672-5727（2010）12-0148-02

趙歆（1979—），女，碩士，天津中德職業(yè)技術學院講師，研究方向為機械自動化及制造。