陳潔

摘 要： 結合應用型本科人才培養(yǎng)的要求，探討將Inventor的三維形體建模與傳統(tǒng)制圖內容有機融合，增強學生的構型能力，提高其二維工程圖的表達能力。通過教學實踐，獲得了初步的教學成效。

關鍵詞： 工程制圖 三維形體建模 Inventor

三維CAD技術的發(fā)展和廣泛應用，從根本上改變了過去的手工繪圖、按圖生產(chǎn)的技術管理模式，傳統(tǒng)的工程圖學與現(xiàn)代先進的三維CAD技術融合已成為工程圖學類課程改革發(fā)展的必然趨勢。為此，教育部工程圖學教學指導委員會根據(jù)現(xiàn)代設計技術發(fā)展和工程圖學教學改革現(xiàn)狀，在新修訂的工程圖學課程教學基本要求2015版課程任務中增加了“培養(yǎng)三維形體建模的能力”[1]，為工程圖學的課程教學改革提供了依據(jù)，也使得制圖課程由過去注重單純的畫圖、讀圖等制圖技能訓練，向現(xiàn)代設計制圖為培養(yǎng)目標逐步轉換。培養(yǎng)學生三維形體建模的能力，就是充分發(fā)揮計算機輔助繪圖優(yōu)勢，把抽象的空間用三維模型表達出來，同時把二維視圖和三維模型有機結合，全方位培養(yǎng)學生的工程制圖讀圖和作圖能力[2]，其重點不僅在于輔助制圖和造型設計，更重要的在于培養(yǎng)設計思想，使學生初步掌握運用計算機進行三維設計的能力。

1.制圖課程融入三維形體建模的教學改革思路

結合學校實際和應用型人才培養(yǎng)要求，我們在過程裝備與控制等專業(yè)進行了制圖課程融入三維形體建模的教學改革試點。依托傳統(tǒng)的以工程圖學知識體系為主干，按制圖規(guī)范標準、投影基礎、立體視圖、機件表達、標準件與常用件、零件圖、裝配圖來傳授知識的二維設計方式，我們在制圖課程的不同階段以穿插的方式融入相應的三維形體建模內容。利用三維CAD造型功能來強化形體構形和投影知識的講解，強化學生的感性認識。在修訂教學大綱和授課計劃時，根據(jù)圖學學科發(fā)展、內容體系和教學計劃的要求，注意處理好徒手繪圖、計算機繪圖和尺規(guī)繪圖三者的有機融合，以強化教學效果。

根據(jù)教改方案，在學習基本立體內容前，進行Inventor 2016的基礎教學，使學生了解二維草圖特征的繪制、約束和尺寸標注，掌握三維實體的旋轉、拉伸等形體建模。在這一過程中，可以使學生熟悉Inventor軟件的使用，使其在具有獨立形體建模能力后，可以通過三維建模來擴展空間思維能力和形體分析能力，解決復雜組合形體視圖中較難理解的問題。在學習組合體三視圖內容時，結合三維軟件，演示物體的疊加、切割及表面連接關系，如平齊、相切、相交等，理解三維實體與二維視圖之間的相互轉換，并適當將趣味性內容融入教學，增加如一題多解、變化造型等，以培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的學習興趣。在實訓機件綜合表達方法時，重點講解Inventor中的剖視圖、局部剖、斜視圖、斷面圖、局部視圖等生成與編輯方法，了解草圖狀態(tài)下修改、編輯出符合國標規(guī)范工程圖的技巧和注意事項，進一步強化機件各種表示法在工程圖中的優(yōu)化使用。在學習螺紋緊固件等標準件時，引入實體造型中掃掠、放樣等曲面立體造型內容，使學生了解螺旋結構、齒輪輪廓等，并初步理解連接件的裝配關系和裝配定位約束。在測繪零件圖時，引入零件的構型設計和零件圖生成，要求學生將手工測繪的零件草圖進行符合工程實際的三維建模，注意基礎特征和附加特征的選用，理解零件結構的設計功能和工藝要求，實現(xiàn)三維建模轉換為二維工程圖。在學習裝配圖時，進行Inventor部件的裝配約束、表達視圖、裝配仿真動畫和裝配工程圖生成，如圖1所示旋塞裝配體，這樣學生能夠比較直觀地理解零件的結構形狀、零件之間的配合關系、連接定位及部件的工作原理等，更好理解二維圖形與三維建模之間的轉化關系，從而提高繪制和閱讀裝配圖的能力和技巧。

將三維形體建模貫穿制圖課程教學活動的全過程，通過徒手圖、尺規(guī)圖和三維模型來增強學生的空間思維能力和形體分析能力，深化學生對三維形體與二維圖形之間轉換關系的理解，強化學生對零部件的形狀結構、配合連接的直觀認識，培養(yǎng)其工程實際運用能力和素質，從而激發(fā)學生的學習興趣和積極性，強化教學效果。

2.制圖課程融入三維形體建模教學改革中需注意的問題

運用Inventor軟件，雖然可以將零部件的三維實體投影生成二維平面圖形，但是它不能夠直接創(chuàng)建符合要求的局部視圖、斜視圖、斷面圖等，并且零部件的實際投影存在許多與現(xiàn)行國標規(guī)定畫法不符合的地方，如齒輪齒廓的畫法；通過軸線縱向剖切時，實心桿、標準件及零件上的肋板或輪輻的畫法；回轉體零件上平面的表示方法；均勻分布在圓柱形法蘭上的孔的畫法；較長機件的縮短畫法；軸承、彈簧的規(guī)定畫法及在裝配圖中的畫法等。要使生成的工程圖符合我國相關標準，通常利用Inventor允許在工程圖環(huán)境下，進入草圖模式對工程圖進行修改，這種修改往往非常煩瑣，且費時、費力，因此要注重培養(yǎng)學生正確表達零部件的圖示能力，以推進三維形體建模與制圖課程的有機融合。

制圖課程中融入三維形體建模，雖然能增強學生的空間思維能力和形體構型能力，但必然減少原有的手工畫圖、讀圖訓練時間，使學生讀圖能力和畫圖質量有所下降。因此，授課時要協(xié)調好傳統(tǒng)制圖與三維建模相融合的具體內容和學時分配，實現(xiàn)在傳統(tǒng)制圖的教學質量和效果不削弱的基礎上，培養(yǎng)學生的現(xiàn)代三維設計思想和初步的三維建模能力，從而在有限時間內取得預期教學效果，實現(xiàn)教改目標。

由于學時的限制，學生在課堂上進行三維形體建模實訓的時間很少，實現(xiàn)不了熟練運用軟件進行三維建模的目標，因此通過開放實驗室，要求學生課外上機實訓就尤為重要。另外，也可通過圖學學科競賽訓練、全國CAD技能等級考試培訓及學生圖學社團的輔導、培訓等途徑，完成三維形體建模的實訓，從而使學生較熟練的運用軟件進行三維形體建模，達到教學要求。

3.結語

通過在過控等機類工程制圖教學中融入Inventor三維形體建模，基本實現(xiàn)了傳統(tǒng)內容與三維形體建模的相輔相成，使學生初步了解了現(xiàn)代設計理念和設計方法，并能運用三維軟件進行創(chuàng)新思維和形體建模，從而順應了應用型本科人才培養(yǎng)要以設計制圖為培養(yǎng)目標的要求，取得了一定的教學效果。但教學改革永遠走在路上，改革中的教學設備升級更新、學生課內練習少而課外上機實訓的質量監(jiān)測等問題仍需進一步探討解決。

參考文獻：

[1]教育部工程圖學教學指導委員會.普通高等學校工程圖學課程教學基本要求（2015版）[J].高教書訊工程圖學?？?016，（7）：1-2.

[2]趙繼成，王蘭美.基于AutoCAD的3D教學模式在工程制圖教學中的應用[J].機械工程與自動化，2013，（6）：174-175，177.

基金項目本論文受重慶市高等教育教學改革研究項目（152046）和重慶科技學院本科教育教學改革研究項目（201631）和（201509）資助。