周海迎，　史冬敏，　湯蒂蓮

(1.東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

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《工程制圖》虛擬模型庫的開發(fā)和應(yīng)用

周海迎1，史冬敏1，湯蒂蓮2

(1.東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

摘要：簡(jiǎn)述了虛擬模型庫的設(shè)計(jì)思想和內(nèi)容，介紹了應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件建立三維實(shí)體模型并導(dǎo)出二維視圖的方法，利用eDrawing進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，分析了虛擬模型庫在工程制圖教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與不足。

關(guān)鍵詞：工程制圖；虛擬模型庫；SolidWorks；Dreanweaver

周海迎，史冬敏，湯蒂蓮.《工程制圖》虛擬模型庫的開發(fā)和應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2016，35(1)：79-81.

Zhou Hai-ying，Shi Dong-min，Tang Di-lian.The development and application of virtual model library of engineering drawing [J].Journal of East China University of Technology(Social Science)，2016，35(1)：79-81.

工程制圖是工科專業(yè)學(xué)生必須要掌握的一門課程，它對(duì)后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)有著直接的影響[1-3]。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，我國的大學(xué)普及率日益增長(zhǎng)，然而大學(xué)生整體素質(zhì)卻在逐漸降低。對(duì)于工程制圖這門課程，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)中感覺很吃力。為了增強(qiáng)學(xué)生的空間想象和形象思維能力，教師在上課時(shí)采取了很多辦法，比如向?qū)W生展示掛圖，或者直接給學(xué)生展示實(shí)物模型，等等，這些方法在一定程度上增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生掌握好工程制圖這門課程。但同時(shí)這種教學(xué)方法存在一定的不足。首先，掛圖信息的有限性往往不能滿足教學(xué)內(nèi)容的要求，教師每堂課向?qū)W生傳達(dá)的信息量非常大，掛圖無法全部表現(xiàn)出來；其次，掛圖多次使用后會(huì)受到磨損，使掛圖的信息變得不夠清晰；最后，教師每次上課都要帶著掛圖，顯然不是很方便[4]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于教學(xué)，結(jié)合現(xiàn)代的軟件編程技術(shù)，很多教學(xué)突破了時(shí)間和空間的限制，變得更加有效和方便[4]。工程制圖虛擬模型庫是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的典型應(yīng)用，豐富了多媒體教學(xué)手段[5-7]。它信息量大、立體感足、攜帶方便，已然成為工程制圖這門課程教學(xué)改革的重要方向之一。本課題利用了參數(shù)化三維造型軟件及網(wǎng)頁開發(fā)制作軟件，設(shè)計(jì)和開發(fā)了針對(duì)工程制圖教學(xué)的虛擬模型庫。

1虛擬模型庫的設(shè)計(jì)思想及內(nèi)容組成

本文所設(shè)計(jì)的工程制圖虛擬模型庫中基本包含了工程制圖教學(xué)內(nèi)容中所需的所有模型。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將教學(xué)模型分為六大類，即三視圖、截切體、相貫體、組合體、典型零件和裝配體。利用計(jì)算機(jī)軟件及多媒體技術(shù)制作形象逼真的虛擬實(shí)體模型，取代傳統(tǒng)實(shí)物模型的制作、管理和使用。工程制圖虛擬模型庫中每個(gè)教學(xué)模塊實(shí)現(xiàn)三維顯示、二維表達(dá)及動(dòng)態(tài)仿真功能。該軟件能適應(yīng)教師課堂教學(xué)、學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)等功能，并可輔助實(shí)踐教學(xué)。模型庫組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　模型庫的組成

2虛擬模型庫的建立

2.1利用SolidWorks 2013軟件建立模型庫

現(xiàn)在主流的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件包括SolidWorks、Pro/E、UG等，這些軟件的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)，設(shè)計(jì)過程中易于修改。本課題選用SolidWorks進(jìn)行三維實(shí)體建模，主要應(yīng)用該軟件的拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等功能繪制出基本實(shí)體，然后運(yùn)用倒角、挖孔、切槽、布爾運(yùn)算等功能，建立各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型。運(yùn)用該參數(shù)化軟件建立的實(shí)體模型，只要在草圖中修改各個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸，就能生成新的實(shí)體模型。建立的三維實(shí)體模式如圖2所示。

圖2　三維實(shí)體模型

2.2虛擬模型二維視圖的建立

應(yīng)用SolidWorks軟件可以將建立好的三維實(shí)體模型直接轉(zhuǎn)換成二維視圖。在新建文件時(shí)，在工具欄選擇“2D工程制圖，通常屬于零件或裝配體”，然后載入事先準(zhǔn)備好的三維實(shí)體模型，根據(jù)需要可以生成各種二維視圖，包括基本視圖、局部視圖、斜視圖、軸測(cè)圖等，并且可以對(duì)二維視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注。參數(shù)化三維設(shè)計(jì)軟件中，三維視圖和二維視圖具有關(guān)聯(lián)性，可以很方便地修改模型形狀和尺寸。不論是修改三維模型還是二維視圖的尺寸，都可以使二維視圖和三維模型得以重新生成。

2.3模型的動(dòng)態(tài)仿真

將建立好的三維模型保存為*.eprt格式文件。eDrawings可以在不需要安裝其他CAD軟件的情況下直接打開*.eprt格式模型和*.dwg格式二維視圖。模型在該軟件中打開后，可以像操作真實(shí)物體一樣對(duì)模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大和縮小，讓操作者從各個(gè)方位觀察模型的外部結(jié)構(gòu)和特征；也可以設(shè)置動(dòng)畫路徑，使虛擬模型按照一定的順序進(jìn)行播放；還能應(yīng)用“橫斷面”觀察模型的剖視圖，移動(dòng)“橫斷面”亦可觀察到不同位置的剖面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。eDarwings工作界面如圖3所示。

圖3　eDrawings工作界面

2.4利用Dreamweaver搭建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)

Dreanweaver是用來制作網(wǎng)頁和進(jìn)行網(wǎng)站管理的專業(yè)軟件。工程制圖模型庫網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)采用Dreamweaver軟件來搭建。主界面根據(jù)教材內(nèi)容設(shè)置六大模塊，界面簡(jiǎn)單，學(xué)生操作方便。每個(gè)模塊包含二維視圖、實(shí)體模型及動(dòng)態(tài)仿真。考慮到學(xué)生會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行課后練習(xí)，還專門設(shè)置了“習(xí)題解答”模塊。虛擬模型庫的主網(wǎng)頁界面如圖4所示。

圖4　虛擬模型庫主網(wǎng)頁

3工程制圖虛擬模型庫應(yīng)用于教學(xué)的主要優(yōu)勢(shì)

3.1模型豐富多樣，更新方便

針對(duì)教學(xué)所選的教材，制作了配套模型。這些虛擬模型采用不同的材質(zhì)顯示，只要布置好場(chǎng)景，就能如實(shí)物一樣向?qū)W生展示。應(yīng)用簡(jiǎn)單操作，這些虛擬模型可以平移、轉(zhuǎn)動(dòng)、放大和縮小。對(duì)于外形和內(nèi)腔復(fù)雜的模型，可以采用三維局部剖或者全剖的方式展現(xiàn)出來，加上一些動(dòng)畫效果，使原本抽象難懂的模型結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、形象、易理解。教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修訂后，可以對(duì)模型形狀和數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)不同的教學(xué)對(duì)象調(diào)用不同的模型，使教學(xué)內(nèi)容和方法更具有針對(duì)性。

3.2便于學(xué)生提前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)

發(fā)布到局域網(wǎng)的虛擬模型庫信息量大，各種視圖表現(xiàn)手法多樣，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法的單調(diào)模式。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作虛擬模型庫，做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。在練習(xí)課后習(xí)題遇到疑難點(diǎn)時(shí)，學(xué)生可以在模型庫中找到與之相對(duì)應(yīng)的模型，通過對(duì)模型的認(rèn)真觀察，增強(qiáng)感官認(rèn)識(shí)，加深理解，從而解決問題。工程制圖教學(xué)中，把虛擬模型庫與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，拉近了教與學(xué)兩個(gè)重要環(huán)節(jié)的距離，突破了傳統(tǒng)教學(xué)方法在時(shí)間和空間上的限制，是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代優(yōu)越性的完美體現(xiàn)。

3.3方便攜帶，降低教學(xué)成本

可以把信息量龐大的虛擬模型庫保存到U盤，方便教師攜帶。傳統(tǒng)的實(shí)物模型庫需要有儲(chǔ)藏地，需要專人進(jìn)行管理，教學(xué)投入較大，在教學(xué)中常常存在損壞和丟失的現(xiàn)象。虛擬模型庫內(nèi)容豐富，不再需要專門場(chǎng)地和專人管理，當(dāng)教學(xué)內(nèi)容發(fā)生變化，只要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單更新即可。從某種意義上來說，虛擬模型庫既方便了教學(xué)又降低了教學(xué)投入。如此便可以將有限的教學(xué)資源應(yīng)用于更加需要的地方。

3.4有助于實(shí)踐教學(xué)

現(xiàn)代社會(huì)用人單位普遍反映畢業(yè)生的動(dòng)手能力較差，其中一個(gè)主要原因就是專業(yè)教學(xué)中實(shí)踐與理論存在一定的脫節(jié)。目前，實(shí)踐教學(xué)已然成為現(xiàn)代高校教育改革的重點(diǎn)之一。對(duì)于大部分工科學(xué)生需要參與的拆裝和測(cè)量實(shí)踐，傳統(tǒng)教學(xué)過程往往受到模型品種不全及數(shù)量不足的限制，很大程度上影響了實(shí)踐的教學(xué)效果。應(yīng)用虛擬模型庫，教師可以在機(jī)房指導(dǎo)學(xué)生利用三維軟件提供的功能對(duì)模型進(jìn)行拆裝和測(cè)量，再利用二維繪圖軟件完成零件圖和裝配圖的繪制。學(xué)生回到宿舍后還能通過網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)進(jìn)行虛擬練習(xí)，待學(xué)生掌握基本技能和測(cè)量方法后，再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)物拆裝和測(cè)量。小范圍的試驗(yàn)教學(xué)表明，這種模式靈活方便，能提高教學(xué)效率及教學(xué)效果[8]，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，使學(xué)生對(duì)這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

4結(jié)論

把虛擬模型庫應(yīng)用于工程制圖的授課中，豐富了現(xiàn)代教學(xué)方法。逼真的虛擬模型提高了學(xué)生的空間想象力，使原本讓學(xué)生難以理解的截交線、相貫線等內(nèi)容變得清晰易懂，教學(xué)效果明顯。當(dāng)然，虛擬模型庫也還存在很多不足的地方，比如文件較大，網(wǎng)上傳輸較慢等，這些需要在后續(xù)的工作中逐步改善。最后，希望虛擬模型庫能夠得到推廣，為廣大師生服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉穎.基于SolidWorks的機(jī)械制圖虛擬模型庫的建立[J].裝備制造技術(shù)，2014(12):189-191.

[2] 邊巍.基于SolidWorks機(jī)械制圖虛擬模型庫的開發(fā)[J].機(jī)電技術(shù)，2011(5):164-165+168.

[3] 孫小燕,汪列隆.三維虛擬模型庫對(duì)機(jī)械制圖教學(xué)的有效性研究[J].池州學(xué)院報(bào)，2015,29(2):152-153.

[4] 張建文.Proteus在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2013(4):481-484.

[5] 王成剛，趙奇平，游險(xiǎn)峰.對(duì)虛擬模型尺寸測(cè)量方法的探究[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014,35(2):290-295.

[6] 周艷華,史佩,高華軍.工程制圖課程教學(xué)方式方法淺談[J].教學(xué)研究，2015,38(4):83-86.

[7] 王炳達(dá),許琪,姚文亮,等.工程制圖虛擬模型庫研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2014(15):140-141.

[8] 江霞.數(shù)字媒體專業(yè)教學(xué)模式優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2015(1):82-84.

收稿日期：2015-09-16

基金項(xiàng)目：江西省省教改項(xiàng)目“工程制圖虛擬模型庫的開發(fā)與應(yīng)用”(JXJG-13-35-4)。

作者簡(jiǎn)介：周海迎(1977—)，男，湖南邵陽人，講師，博士研究生，主要從事聚合物成型機(jī)械設(shè)計(jì)及原理相關(guān)研究。

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3512(2016)01-0079-03

The Development and Application of Virtual Model Library of Engineering Drawing

ZHOU Hai-ying1，SHI Dong-min1，TANG Di-lian2

(1.SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，EastChinaUniversityofTechnology，Nanchang330013,China；2.SchoolofCivil&ArchitectureEngineering，EastChinaUniversityofTechnology，Nanchang330013,China)

Abstract:This paper briefly introduces the design idea and content of the virtual model library, and introduces the application of parametric design software to build 3D solid model and the method of deriving 2D view, with dynamic simulation by using eDrawing. It analyzes the advantages and disadvantages of virtual model library in engineering drawing teaching.

Key Words:engineering drawing; virtual model library; SolidWorks; Dreanweaver