展靖華，連文香，黃莉莉

基于UG的三維演示在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用研究

展靖華，連文香，黃莉莉

（蘭州工業(yè)學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

針對(duì)應(yīng)用型本科院校機(jī)械制圖教學(xué)，將UG三維軟件運(yùn)用于機(jī)械制圖教學(xué)中，根據(jù)講授內(nèi)容和學(xué)生作業(yè)需要，建立機(jī)械制圖三維模型庫(kù)，在制圖教學(xué)中向?qū)W生演示空間動(dòng)態(tài)模型。這種動(dòng)態(tài)輔助教學(xué)方法，取代傳統(tǒng)的平面和靜態(tài)輔助的教學(xué)方法。實(shí)踐證明，UG軟件與機(jī)械制圖的有效融合，使學(xué)生更加直觀地觀察到模型的形成過(guò)程以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了空間理解能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

UG；機(jī)械制圖；三維演示；教學(xué)輔助

前言

機(jī)械制圖課程是應(yīng)用型本科院校機(jī)械類(lèi)專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于機(jī)械制圖對(duì)學(xué)生的空間思維能力要求較高，致使理解和空間想象能力較差的學(xué)生感覺(jué)非常難學(xué)，產(chǎn)生厭學(xué)、畏學(xué)的想法。為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高繪圖和讀圖的能力，采用有效的教學(xué)方法尤為重要[1]。本文結(jié)合機(jī)械制圖與三維軟件UG的教學(xué)實(shí)踐，提出一種利用UG軟件進(jìn)行三維演示的機(jī)械制圖教學(xué)方法。以往以平面圖形和教具為主的演示變?yōu)榭臻g立體和動(dòng)態(tài)演示，這樣一方面增加了機(jī)械制圖課堂教學(xué)的直觀和生動(dòng)性，另一方面解決了部分學(xué)生空間想象能力差感到難學(xué)的問(wèn)題，同時(shí)也提高了全班同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和積極性，對(duì)于應(yīng)用型本科的教學(xué)效果的改善是一種行之有效的教學(xué)方法和教學(xué)手段。

1 建立三維演示模型庫(kù)

若要使用三維軟件輔助制圖教學(xué)，必須建立三維模型庫(kù)，模型庫(kù)包含的模型種類(lèi)如圖1所示，可將庫(kù)中的模型分成五個(gè)大類(lèi):空間點(diǎn)線面模型、基本立體、組合體、零件和裝配體。教學(xué)過(guò)程中，在庫(kù)中找到所需的模型，通過(guò)對(duì)模型的任意旋轉(zhuǎn)、平移、動(dòng)態(tài)疊加組合以及虛擬拆裝等演示立體動(dòng)態(tài)效果，學(xué)生更容易理解那些難以想象的空間體。學(xué)生在做繪圖練習(xí)時(shí)，可以將練習(xí)題中的三維模型上傳到網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查看模型，參照模型完成練習(xí)。模型庫(kù)中的模型精度高、形象逼真、色彩豐富，這種教學(xué)模式多元化，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率同時(shí)提高，空間想象力也隨之豐富，創(chuàng)造性思維得以發(fā)展[2]。

圖1 三維模型庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

2 三維演示在制圖課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在制圖的課堂教學(xué)中，一般使用圖片、實(shí)物教具進(jìn)行展示，但是隨著教學(xué)內(nèi)容的變化，要不斷更換教具，因?yàn)榻叹哂胁灰讛y帶、容易損壞，更新慢、不能更改等缺點(diǎn)[1]。而UG強(qiáng)大的建模功能可以做出易于觀察、形象逼真的虛擬模型，學(xué)生也可以在做習(xí)題時(shí)隨時(shí)查看，能快速有效幫學(xué)生理解到位且影響深刻[3]。

2.1 三維演示在空間兩直線關(guān)系中的應(yīng)用

如圖2a所示，要判斷圖中兩條空間直線AB、CD的位置關(guān)系，依據(jù)直線的投影規(guī)律，需做出空間四點(diǎn)A、B、C、D的第三面投影，來(lái)判斷直線的關(guān)系，另一方面依賴于學(xué)生的空間想象能力，對(duì)于部分空間想象能力欠佳的學(xué)生來(lái)說(shuō)，判斷起來(lái)就比較困難，在講解這一類(lèi)題目的時(shí)候，UG可以快速繪制出兩條直線，并能直觀地看直線的空間位置。圖2b是UG中繪制的兩直線的空間關(guān)系模型，圖3是UG中空間直線AB、CD的多面投影[4]。

圖2 空間直線關(guān)系

圖3 空間直線AB、CD的多面投影

2.2 使用三維演示輔助基本視圖表達(dá)的教學(xué)

基本體的投影是學(xué)生學(xué)習(xí)制圖、培養(yǎng)空間思維的基礎(chǔ)，學(xué)好這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的積極性，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。在講解基本體的投影時(shí)，將 UG 軟件引入課堂，直接從模型庫(kù)打開(kāi)模型，也可以當(dāng)堂展示建模過(guò)程，學(xué)生通過(guò)觀看，很容易建立三維空間概念，這種教學(xué)方法直觀、高效地讓學(xué)生學(xué)習(xí)立體的形成過(guò)程，課堂效果事半功倍[5]。

2.2.1在基本視圖中的應(yīng)用

如圖4所示的習(xí)題，要求根據(jù)三個(gè)視圖畫(huà)出其他三個(gè)基本視圖，即后視圖、仰視圖和右視圖，這主要依賴于學(xué)生的空間思維能力，如果學(xué)生在繪圖時(shí)能參照它的立體圖繪制投影圖，就容易多了，如圖5所示其UG的6個(gè)基本視圖。

圖4 基本體投影練習(xí)題

圖5 UG中基本體的多面視圖

2.2.2在剖視圖中的應(yīng)用

如圖6所示，要獲得主視圖的剖視圖，講解時(shí)讓學(xué)生想象將其沿著俯視圖的中心面切開(kāi)[6]。而UG的三維演示更加直觀，如圖7所示在UG中創(chuàng)建三維模型，觀察結(jié)構(gòu)，然后利用軟件的編輯截面功能，看剖切面形狀。

圖6 剖視圖習(xí)題

圖7 UG中剖視圖模型

如圖8所示的習(xí)題，要求獲得兩個(gè)視圖的半剖視圖，學(xué)生在繪制時(shí)配合UG的三維演示和參照，就很容易理解，圖9是半剖視圖三維模型。

圖8 半剖視圖習(xí)題

圖9 UG中半剖視圖三維模型

2.2.3在斷面圖中的應(yīng)用

如圖10所示的軸，要獲得軸各位置的斷面圖，通過(guò)UG先創(chuàng)建軸三維立體圖，如圖11所示。然后通過(guò)編輯截面功能按圖10中各位置剖切，學(xué)生就可以直接看到斷面形狀。圖12是UG中形成的軸的斷面圖。

圖10 軸的斷面圖習(xí)題

圖11 軸的三維立體模型

圖12 軸的斷面圖

2.3 使用三維演示輔助零件圖和裝配圖的教學(xué)

虎鉗由10個(gè)零件組成，在隨堂講解虎鉗的零件圖和裝配圖時(shí)，可以直接從三維模型庫(kù)中打開(kāi)，使用UG中的多方向視圖、旋轉(zhuǎn)、截面剖切、隱藏、顯示等功能向?qū)W生展示10個(gè)零件的三維結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，圖13是虎鉗主要零件的立體圖，圖14和圖15是虎鉗零件的三視圖及軸測(cè)圖。圖16是虎鉗的裝配立體圖。在這種直觀的教學(xué)方法下，學(xué)生便能較為深刻地理解裝配圖的作用和意義。

圖13 虎鉗零件三維模型

圖14 虎鉗底座零件圖

圖15 虎鉗鉗口零件圖

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我校逐漸將三維造型與設(shè)計(jì)引入制圖教學(xué)，老師在教學(xué)中加入CATIA、UG等軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，達(dá)到與教學(xué)內(nèi)容的有效融合，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷，學(xué)生更加透徹地理解教學(xué)內(nèi)容，空間概念更容易形成，這不但改善了教學(xué)方法，提高了教學(xué)效果，同時(shí)也帶動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。老師還鼓勵(lì)學(xué)生多使用三維軟件，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力，在這樣的良好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上，學(xué)校組織學(xué)生參加了校級(jí)、省級(jí)以及全國(guó)3D大賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新大賽、年度數(shù)字科技文化節(jié)等，并在每年的比賽中獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)，成績(jī)喜人，效果顯著。

[1] 吳翠琴,孫聃.基于SolidWorks軟件輔助機(jī)械制圖教學(xué)研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué).2016.04(2).

[2] 周登科.UG 軟件在機(jī)械制圖課程教學(xué)中的輔助應(yīng)用初探[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2016(2).

[3] 鄭盛梓.面向三維CAD技術(shù)的工程制圖教學(xué)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào),2005,(8):14-15.

[4] 李杰,陳華江,劉琦等.工程制圖虛擬模型室建設(shè)探討[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2006(4):135-136.

[5] 張淑艷,雷光明,成彬等.三維CAD輔助工程制圖教學(xué)的方法[J].圖學(xué)學(xué)報(bào).2014,35(3) :464-468.

[6] 朱冬梅,胥北瀾,何建英.畫(huà)法幾何及其機(jī)械制圖[M].北京:高等教育出版社,2010.

Application Research of 3D demonstration based on UG in Mechanical Drawing Teaching

Zhan Jinghua, Lian Wenxiang, Huang Lili

( College of Automotive Engineering, Lanzhou Institute of Technology, Gansu Lanzhou 730050 )

In view of the mechanical drawing teaching in Application-oriented Colleges and universities, the application of UG three-dimensional software in mechanical drawing teaching, according to the teaching content and students' homework needs, establishes the three-dimensional model library of mechanical drawing, and demonstrates the spatial dynamic model to the students in the drawing teaching. This dynamic auxiliary teaching method replaces the traditional plane and static auxiliary teaching methods. Practice has proved that the effective integration of UG software and mechanical drawing enables students to observe the formation process and internal structure of the model more intuitively, cultivate their ability of spatial understanding, stimulate their interest in learning, and lay a solid foundation for their innovative thinking and innovative design ability.

UG; Mechanical drawing; 3D demonstration; Teaching aid

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.054

G642

A

1671-7988(2021)02-167-04

G642

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1671-7988(2021)02-167-04

展靖華（1983-），女，講師，就職于蘭州工業(yè)學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，從事汽車(chē)三維造型設(shè)計(jì)、新能源汽車(chē)、高校教育教學(xué)等研究工作。