機械制圖與Inventor綜合教學(xué)改革的研究

[摘要]分析了機械制圖與Inventor課程的特點，討論改變傳統(tǒng)的機械制圖和CAD教學(xué)現(xiàn)狀，通過改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法，把它們在教學(xué)中有機地結(jié)合起來，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、繪圖能力、識圖能力和計算機輔助設(shè)計能力。[關(guān)鍵詞]機械制圖;二維圖形;Inventor;三維模型機械制圖課程是一門工科院校機械及相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，可以比作是工程界的通用“語言”。學(xué)生對這門基于空間想象的識圖和繪圖的“語言”能否使用好，對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和將來實際工作能力的發(fā)展有著直接的影響。Inventor和AutoCAD軟件都是由美國AutoDesk公司推出的CAD軟件。AutoCAD軟件是最為流行的二維繪圖軟件，已被我國廣大院校和各行各業(yè)所廣泛推廣和應(yīng)用，在我國的CAD（計算機輔助設(shè)計）技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的道路中，由手工繪圖到“甩圖板”階段起到了相當(dāng)大的作用?，F(xiàn)今我國CAD應(yīng)用領(lǐng)域，已由“甩圖板”的二維計算機繪圖應(yīng)用領(lǐng)域向三維設(shè)計領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。Inventor是一套全面的三維可視化實體設(shè)計工具，擁有著強大的功能，其中也集成了AutoCAD的功能，所以Inventor在眾多3D設(shè)計軟件中也占有著相當(dāng)重要的地位。每年舉辦的世界技能大賽中的CAD機械設(shè)計項目，要求選手使用CAD（計算機輔助設(shè)計）軟件完成工業(yè)零件/產(chǎn)品的數(shù)字建模、圖紙生成、方案設(shè)計和三維打印等競賽內(nèi)容。競賽所需的背景知識主要就是機械制圖與CAD課程所授知識。近年來CAD機械設(shè)計競賽項目的軟件也主要采用了AutodeskInventor軟件。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，這兩門課程分開設(shè)置，未進行很好的結(jié)合，造成機械制圖中學(xué)生對于較復(fù)雜的形體結(jié)構(gòu)較難理解，在CAD中又欠缺很好的識圖和繪圖能力。本課題把兩門課程在教學(xué)中互補式地結(jié)合起來，充分利用制圖和CAD各自的優(yōu)勢，使學(xué)生既能容易理解形體與圖形之間的關(guān)系，又能更好地進行三維設(shè)計，達到識圖、繪圖和三維設(shè)計互相促進、共同學(xué)習(xí)的目的。本課題結(jié)合機械制圖與Inventor課程的特點，討論改變傳統(tǒng)的機械制圖和CAD教學(xué)現(xiàn)狀，通過改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法，把它們在教學(xué)中有機地結(jié)合起來，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、識圖與繪圖能力、計算機輔助設(shè)計能力，培養(yǎng)國際化技能人才。一、機械制圖與Inventor的特點機械制圖這門課程主要培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的空間想象能力，使學(xué)生能夠根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，運用所學(xué)的正投影法圖示空間物體，繪制和識讀具有一定復(fù)雜程度的零件圖和裝配圖，并能擁有一定的繪圖技能和技巧使用儀器畫圖。課程的主要內(nèi)容包括制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)和基本規(guī)定，正投影法和三視圖的基本原理和方法，點、線、面的投影，基本體、組合體、標(biāo)準(zhǔn)件與常用件、零件圖及裝配圖表達等。教學(xué)目的是要求學(xué)生掌握閱讀和繪制圖形的基本知識、方法和技能。課程難點是學(xué)生在頭腦中進行平面與空間的轉(zhuǎn)換，即建立二維平面圖形與三維立體空間的對應(yīng)關(guān)系。Inventor軟件主要有草圖繪制、特征放置、鈑金設(shè)計、曲面造型、部件裝配、視圖表達、工程圖創(chuàng)建、應(yīng)力分析、運動仿真等功能，有著強大的數(shù)字設(shè)計、設(shè)計可視化和產(chǎn)品仿真分析能力，使用戶能更逼真地看到三維實體零件及零件間的關(guān)聯(lián)運動仿真效果，即“所見即所想”。但是在編輯和輸出二維工程圖時，仍需要制圖所奠定的識圖和繪圖能力。CAD課程現(xiàn)在大部分院校仍然普及著AutoCAD軟件。AutoCAD軟件有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和眾多的應(yīng)用者，而Inventor軟件是在AutoCAD軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，可與AutoCAD無縫連接，文件之間的相互關(guān)聯(lián)可有效減少重復(fù)工作，使人們最大限度地利用原有數(shù)據(jù)。另外，Inventor和AutoCAD擁有二次開發(fā)功能，這也是我國CAD技術(shù)快速發(fā)展的重要途徑之一。二、機械制圖與Inventor綜合教學(xué)的實施機械制圖與Inventor之間既相互依賴又相互促進。一方面，機械制圖講授了制圖國家標(biāo)準(zhǔn)和制圖的基本理論、投影規(guī)律和表達方法，幫助Inventor輸出正確的二維工程圖;另一方面，Inventor從部件裝配與零件造型到生成工程圖的過程也訓(xùn)練了人腦中三維模型和二維圖形的對應(yīng)關(guān)系，提升了學(xué)生空間想象能力。兩者可互相促進共同提高。將機械制圖與Inventor兩門課程整合成一門課程進行教學(xué)，對原有的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)計劃、實訓(xùn)內(nèi)容和教材進行相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。具體實施如下：1.學(xué)習(xí)制圖的基本知識和相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn);掌握制圖工具、儀器和用品的使用;學(xué)習(xí)常見幾何圖形的繪制方法;繪制各種平面圖形。2.學(xué)習(xí)Inventor軟件的草圖創(chuàng)建與編輯功能，應(yīng)用幾何和尺寸約束功能生成各種所需的平面圖形。3.學(xué)習(xí)制圖中三視圖的形成和投影關(guān)系;識讀并繪制簡單體、截切體、相貫體、組合體的投影圖。4.學(xué)習(xí)Inventor軟件中基于特征的零件造型。應(yīng)用草圖特征、放置特征和定位特征生成制圖中所學(xué)的簡單體、截切體、相貫體、組合體造型。幫助學(xué)生提高空間想象能力。5.學(xué)習(xí)制圖中機件的表達方法;標(biāo)準(zhǔn)件與常用件的表達;零件圖的視圖、尺寸和技術(shù)要求;識讀并繪制零件圖。6.學(xué)習(xí)Inventor軟件中應(yīng)用資源中心快速生成標(biāo)準(zhǔn)件模型;應(yīng)用設(shè)計加速器按照給出的參數(shù)快速生成螺栓、鍵銷、齒輪、軸承、彈簧、帶等標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的聯(lián)接組件圖;學(xué)習(xí)Inventor軟件中工程圖的設(shè)置、創(chuàng)建和標(biāo)注;輸出零件工程圖。7.學(xué)習(xí)制圖中裝配圖的表達方法、標(biāo)注和技術(shù)要求;識讀并繪制裝配圖;由裝配圖拆畫零件圖。8.學(xué)習(xí)Inventor軟件中“自上而下”和“自下而上”的設(shè)計方法;約束、編輯和表達零部件;進行裝配設(shè)計。9.綜合應(yīng)用制圖中所學(xué)的各種內(nèi)容，組織進行機械制圖測繪實訓(xùn)。按照實訓(xùn)中給出的機械部件，完整地測繪出所需的裝配圖和零件圖。10.綜合應(yīng)用Inventor軟件中的各種功能，完成實訓(xùn)項目中的部件運動仿真和動態(tài)拆解、外部真實渲染和工程圖輸出。三、結(jié)束語在這種新的聯(lián)合模式的教學(xué)中，制圖中各種形體、零件和部件的立體結(jié)構(gòu)、位置關(guān)系和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以在Inventor軟件中靈活地進行任意位置、角度觀察，使教學(xué)更加靈活，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生在空間與平面中進行全方位觀察二維圖形和三維模型的交替變化，展現(xiàn)過程與學(xué)生思維過程一致，使教學(xué)內(nèi)容得以更好的理解。這種教學(xué)方式既遵循認(rèn)識規(guī)律，能加深學(xué)生對圖形的理解，有效地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，也充分體現(xiàn)了現(xiàn)代三維設(shè)計思想。反過來，機械制圖培養(yǎng)的學(xué)生空間想象能力、識圖繪圖能力，又能指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地使用Inventor軟件開展機械設(shè)計，完成部件裝配、零件設(shè)計、工程圖表達和仿真運動及拆解等。機械制圖和Inventor這兩門課程是實踐性很強的課程，在學(xué)習(xí)過程中要清楚學(xué)生對講授內(nèi)容掌握情況，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、自學(xué)能力、動手能力和上機操作的能力，加強理論知識、基本方法的學(xué)習(xí)，重視理論聯(lián)系實際。通過實訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生進行繪圖訓(xùn)練和Inventor應(yīng)用，全面培養(yǎng)學(xué)生技能。教學(xué)中兩門課程相互貫通、相互補充。Inventor可以加深學(xué)生對機械制圖原理和方法的理解，機械制圖原理和方法反過來又可以幫助學(xué)生提高Inventor的應(yīng)用水平，起到事半功倍的效果。綜上所述，通過對機械制圖與In