應用Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ提高機械類學生的創新能力

摘 要： 將Pro/ENGINEER三維技術應用到機械類課程教學及實踐性環節，建立三維模型，進行虛擬裝配、三維動畫演示和運動特性分析，可以顯著提高學生的學習興趣，激發學生的創新意識，用現代化教學手段達到降低教學成本，提高教學質量的目的。

關鍵詞： Pro/ENGINEER 機械 創新能力

21世紀將是科學技術突飛猛進和知識經濟迅速發展的時代，培養和造就具有創新精神和實踐能力的高素質人才是高等教育的方向。在教育教學活動中應當努力把提高學生的創新能力當作主要教學目標，調動一切可能的方式和手段，自覺地強化各種創新素質的培養，使教師和學生的創新能力都得到有效的提高。因此在教學實踐中，找到一種既具有先進性又體現創新性的手段，是實現創新教育的關鍵。

Pro/ENGINEER是美國參數技術公的產品。該軟件采用單一數據庫、參數化、基于特征、全相關的概念，改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準。將現代化的Pro/ENGINEER三維技術應用到機械專業課的教學中，可以解決傳統教學存在的很多不足，對學生創新能力的培養具有重要的作用。

一、應用Pro/ENGINEER軟件教學，可以顯著增強學生的創新思維能力

傳統的教學方法，教師借助于黑板、掛圖、模型對學生傳授知識，展現的圖形是靜態的，邊講、邊畫，速度較慢，而且對于圖形的演變或機構的工作過程無法全部直觀化，教師很難用語言形象地表達出來，許多學生缺乏空間想象力，因此認為機械類課程枯燥無味而失去學習的興趣。將Pro/ENGINEER軟件應用引入課程教學，可以實現從靜到動、從想象到直觀、從平面到立體的轉變，從而大大增強教學效果，提高教學效率。

1.利用Pro/ENGINEER的實體造型和編輯功能，可以幫助學生形象直觀地理解工程制圖教學的難點——投影理論（面、體、截交相貫等內容）。例如，如果我們需要造型出兩個相交的實體，就可以利用Pro/ENGINEER軟件，通過改變實體的大小，動態地看到隨著實體大小的改變，相貫線所發生的相應改變，這樣就可以使學生很快理解和掌握面、體、截交相貫的投影概念，使學生的想象能力和思維轉換能力顯著增強。

2.利用Pro/ENGINEER的裝配功能，可以幫助學生理解零件之間、零件與部件之間、部件與部件之間的裝配關系，使學生對局部與整體、個別與群體有更加直觀的感受，創新思維的全面性得到了加強。

3.利用Pro/ENGINEER的模具功能，可以幫助模具類專業學生輕松地掌握模型分型面的確定、上下模的生成、模流分析、模架的生成等過程，使學生的實踐能力得到提高。

4.利用Pro/ENGINEER的工程圖功能，可以幫助學生理解從空間模型到平面圖的轉換過程，使學生的思維方式變得更加靈活，思維空間變得更加開闊，學生普遍有一種豁然開朗的感覺，創新思維能力得到有效的提高。

二、利用Pro/ENGINEER軟件可以培養和激發學生創新意識

將 Pro/ENGINEER 的三維技術融入機械設計課程的授課，是一種新的教學理念。機械原理課程中的各種機械傳動，如平面連桿機構、凸輪機構、直齒圓柱齒輪機構、間隙運動機構、組合機構等，機械設計中各種聯接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動、離合器、軸及滾動、滑動軸承等，在 Pro/ENGINEER 中可以方便地設計出所見即所得的三維實體產品模型，再利用Pro/ENGINEER 提供的組件模塊實現模型的組裝，按照一定的約束條件或連接方式，將各零件組織成一個整體，便完成了一個完整機構的組裝，輕松實現零件模型的虛擬裝配。對于缺少生產現場實踐的操作環節、不了解整機的裝配工藝、又不具備完善的空間想象力的學生來說，確實是一種切實可行的設計模式，從而幫助學生理解機械設計過程，提高學生的結構設計能力。各種零件實體可以用鼠標任意拾取并進行操縱如縮放、旋轉等，以便從不同角度進行觀察，并且還可以進入到零件內部（如箱體類零件）去觀看，以便進一步理解零件的內部結構和動態特征。利用Pro/ENGINEER裝配檢查，還可以避免以往設計中容易產生的碰撞等不合理結構，使三維模型的設計更趨完美。教學時可以在本模塊中給學生演示裝配各種機構的過程，還可將裝配到一起的零部件分別移開生成裝配爆炸圖，使學生可以更好地對裝配結構和裝配關系進行分析和觀察。還可以利用 Pro/ENGINEER 的提供的動態仿真功能將典型機構作三維動畫演示，十分有效地解決學生對各類機構的空間構成及其運動的認識問題。通過人機交互方式，修改機構的運動方式和運動參數，使學生進一步理解機構運動的原理，能夠有效地分析機構運動過程中的運動特性和規律。在實驗時進行機構運動仿真，從中得出所分析的位移、速度、加速度及力的準確的理論數據和特性曲線并和機構實測數據進行比較，分析異同點。

教學中綜合應用Pro/ENGINEER的可裝配性分析、干涉檢驗、動態仿真等功能，培養了學生的創作熱情，也為學生自行設計某一新產品提供了很大的創作空間。課程設計是培養學生實踐和設計能力的重要教學環節。在減速器設計、夾具設計、模具設計等課程設計中在給定設計目的后，首先要求學生擬定設計方案，并進行零件的設計計算和相關尺寸的確定，然后利用Pro/ENGINEER三維設計軟件對設計的零件造型，再進行三維裝配干涉檢驗等，若發現問題，重新修改三維模型。設計出的新的產品結構上是否可行，相互配合的零件間尺寸是否合理，運動能否實現，均能非常直觀地呈現在學生面前。

在工程圖模塊中，通過三維轉二維，生成裝配體或三維零件的基本視圖和完整的尺寸標注。這樣，就可以大大提高設計速度，讓學生對自己設計的結構一目了然，發現問題也方便修改，使學生切實體會到一種全新的設計方法和工作樂趣，激發出強烈的學習愿望，從而強化學生的創新興趣和創新意識。

三、使用Pro/ENGINEER軟件，可以顯著提高學生的創新設計能力

正因為應用Pro/ENGINEER進行教學，可以顯著增強學生的創新思維能力，培養和激發起學生強烈的創新興趣和創新意識，將Pro/ENGINEER軟件的三維技術融入機械設計課程的授課、課程設計、實驗、自學輔導等各個環節中，可達到縮短學時、開闊視野、培養學生的設計創新能力、提高教學質量的目的。用Pro/ENGINEER系統進行機械設計，可從根本上改變過去手工繪圖，憑圖紙組織整個設計過程的方式，設計構思的表達由二維圖紙演變成能用計算機模擬顯示三維實體模型的虛擬設計方式，實現了產品三維建模、裝配設計、動態仿真、干涉檢查等功能的綜合應用，提高了機械設計的準確性，縮短了設計周期，減少了設計差錯，使學生在學習階段就能不斷了解新技術，為將來走向社會打下良好的基礎。為了充分發揮學生的主動性和創造性，形成良好的自主學習氛圍，我們成立了興趣小組，并和企業合作參與產品設計，先后設計出彩瓦機、輪碾機等；同時參加了全球PTC大賽，讓學生發揮想象力、創造力，設計出海、陸、空三棲軍事飛行器，雙輪自行車，可裝配機械人等。通過運動仿真，當這些作品栩栩如生地呈現在顯示屏上時，學生有一種強烈的成就感，既鍛煉了動手能力，又培養了團隊合作精神，創新興趣和創新意識得到積極體現。通過這樣的教學，學生的創新能力有了顯著提高，充分展示了學生的創新才能。

總之，我們要認真研究和大膽嘗試將Pro/ENGINEER的三維技術應用到我們的機械專業教學中去，改變傳統的教學理念，充分利用多媒體輔助教學的優越性，調動學生的積極性和創新能力，為他們更快、更早地適應社會，提高自身的競爭力做出努力。

參考文獻：

［1］劉曉衡.Pro/ENGINEER在創新設計中的應用.湖南：發明與創新，2005，（6）.

［2］朱漢松等.基于PRO/E的機構運動創新設計.上海：實驗室研究與探索，2006，（3）.

［3］謝曉華.淺談Pro/ENGINEER的三維技術在機械專業教學中的應用.湖南：湖南科技學院學報，2005，（5）.