朱小飛 朱姍姍

(重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶400030)

1 引言

在高等院校中，工程圖學(xué)課程作為技能課程，是大學(xué)里工程類各專業(yè)的選學(xué)課程，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程師基本素質(zhì)，了解產(chǎn)品的制造過程，其教學(xué)方式是培養(yǎng)學(xué)生繪圖的基本技能。作為學(xué)生大學(xué)四年學(xué)分選修的產(chǎn)品，工程圖學(xué)課程教學(xué)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該符合綠色設(shè)計(jì)和綠色制造的理念，它將對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生極大的影響。綠色設(shè)計(jì)與制造要求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在使用過程中消耗最少的資源，不污染環(huán)境，其產(chǎn)品在制造過程也最容易獲取，產(chǎn)品生命周期結(jié)束后，能夠回收利用，不需要專門的處置。[1-2]

大學(xué)本科的工程教學(xué)活動(dòng)中的工程圖學(xué)課程是設(shè)計(jì)的初始課程，在這個(gè)時(shí)候引入綠色設(shè)計(jì)的觀念，對大學(xué)生的以后工程實(shí)踐是有很大益處的。圖學(xué)教育過程將影響到未來的工程師的綠色設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)。

工程圖樣繪制依然是工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法推陳出新，工程圖學(xué)教學(xué)也有調(diào)整，從而，改變著工科圖學(xué)教學(xué)的形式和部分內(nèi)容。

2 三維立體數(shù)字模型的建立

我們的教學(xué)過程中，備有各式材料的模型，說明圖樣表示所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如木制的，塑料，也有機(jī)器上實(shí)際的鐵質(zhì)零部件，這些模型量多，需要專人管理。即使這樣的情形下，教師往往在需要的時(shí)候找不到所對應(yīng)的模型。

由于制造的原因，實(shí)際模型表面上的交線，往往是不清晰的，如圖1中(a)圖所示;而三維數(shù)值模型可以清晰的表達(dá)兩表面之間的交線，如圖1中(b)圖所示。

圖1 a圖為木質(zhì)的表面交線模型，b圖為三維數(shù)值模型

教學(xué)中，使用SolidWorks設(shè)計(jì)軟件，逐一建立教材[3]和習(xí)題集上視圖和圖樣所對應(yīng)的三維數(shù)值模型庫，分類編號(hào)，便于查詢。再建立一些實(shí)際的典型的機(jī)器零部件，以及生活中熟悉常用品的三維數(shù)值模型，供學(xué)習(xí)者分析工程圖樣靈活的實(shí)際表達(dá)方法，從而掌握工程圖樣正確使用。

工程圖學(xué)教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該闡明這樣的觀念，圖樣是用于制造，那么繪制的圖樣，就是設(shè)計(jì)過程。在教學(xué)活動(dòng)中，使用三維數(shù)值模型作為引導(dǎo)，展示空間結(jié)構(gòu)，仿佛是真實(shí)的，只是可以隨意調(diào)整觀察的角度，并且放大，以便于仔細(xì)比較。每繪制的一個(gè)圖樣，應(yīng)該都是即將制造出來新的產(chǎn)品，不同模型。實(shí)際的設(shè)計(jì)往往也是在已有的類似產(chǎn)品上，調(diào)整參數(shù)，滿足用戶的特定需要。

在教學(xué)中，要求學(xué)生繪制的圖樣所表達(dá)的結(jié)構(gòu)元素，一個(gè)都不能少，相互的位置也有適當(dāng)?shù)募s束，如對稱，共面，相切等，但尺寸，圖形的大小可以自己決定，這點(diǎn)自由，讓學(xué)生體會(huì)到設(shè)計(jì)是有選擇的余地的。同學(xué)們完成了圖樣后，相互的比較和交流，會(huì)體會(huì)到成功和不足。這也改變了以往工程圖學(xué)教學(xué)中，每個(gè)人都做的相同的習(xí)題集的尷尬。

3 圖樣教學(xué)綠色設(shè)計(jì)的理念

3.1 教學(xué)模型的綠色化

實(shí)際的模型總是要使用材料，而且有管理的要求，而三維數(shù)字模型是虛擬的模型，不需要場地歸類保存，所以體現(xiàn)出綠色產(chǎn)品的理念。實(shí)際的模型是用各種材料做成，雖然可以讓學(xué)生對于繪圖有清晰的認(rèn)識(shí)，但是，模型的制造過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生材料的浪費(fèi)。而且對于這些模型的管理，還得需要專門的空間、人力。不僅如此，由于材料自身性質(zhì)的限制，很多復(fù)雜的模型無法做出，學(xué)生也看不清楚模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而三維數(shù)字模型則很好的解決了這些問題，不僅給學(xué)生呈現(xiàn)出更加清晰的外部輪廓，更可以利用軟件，看到模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而材料的浪費(fèi)和管理等問題也是不存在的。突出了綠色設(shè)計(jì)環(huán)境友好性和最大限度節(jié)約能源的內(nèi)涵。

3.2 教學(xué)過程的綠色化

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是老師講述，學(xué)生聽講，由于教學(xué)時(shí)間的限制，缺少必要的師生互動(dòng)，沒有最大限度的利用資源。而通過展示三維數(shù)值模型，可以使用多媒體的教學(xué)方式，示范性的表達(dá)三維數(shù)值模型繪制成工程圖樣的過程。結(jié)合典型結(jié)構(gòu)制造設(shè)備的加工的視頻文件，說明結(jié)構(gòu)的工藝過程，讓教學(xué)活動(dòng)充滿工程的背景，更加有效的利用教學(xué)時(shí)間，而且教學(xué)的材料可以積累，修改，重復(fù)使用。

3.3 圖樣表示的多樣化

教學(xué)過程中允許，對同一個(gè)立體的表達(dá)，使用不同的表達(dá)方案，教學(xué)過程中語序使用不同的表達(dá)方案對同一個(gè)立體進(jìn)行表達(dá)，只要表達(dá)清楚了就是可以的。繪圖表達(dá)時(shí)要考慮主視圖的投影方向，以及結(jié)構(gòu)尺寸的大小，如圖2所示，對于(a)中的立體結(jié)構(gòu)，初習(xí)者常見的兩個(gè)方案，如(b)，(c)圖中所示，這樣滿足教學(xué)需求。

3.4 圖樣識(shí)別的特征化

工程圖學(xué)教學(xué)目標(biāo)之一是使工科學(xué)生具有初步的工程圖樣的讀圖能力，使用三維數(shù)值模型可以更好的使學(xué)生掌握三視圖的形體分析方法，如圖3(a)所示三視圖，主視圖中的五邊形陰影，對應(yīng)圖3(b)中五棱柱，從后往前的拉伸;俯視圖中的四邊形區(qū)域，在底部從下往上拉出四棱柱;兩個(gè)特征。還有一個(gè)鉛垂面作用，切割了五棱柱的一個(gè)角，如圖3(a)中紅色線所示，對應(yīng)圖3(b)立體圖的四邊形。

[1]劉曉敘，陳敏.機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)理念 機(jī)械設(shè)計(jì)，2005(11):1-3

[2]符愛武，等.產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)概念及其發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2002(3):7-9

[3]丁一，等.工程圖學(xué)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社，2008.