三維軟件在包裝工程專業教學中應用的研究①

摘 要：隨著包裝系統設計的發展，對于軟件教學的要求也越來越高，特別是三維設計軟件。在長期的包裝教學中一直以平面設計為主，設計的產品包裝與現實容易出現脫節，這是一直以來困擾包裝教學的一個難題。結合Pro/E的特點，對包裝教學中采用該軟件進行了應用探討，結果表明增強了教學的直觀性、趣味性，有效地提高了學生綜合設計水平和實踐能力，提高了課堂教學的教學效果。

關鍵詞：包裝工程 教學 Pro/E

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0018-02

包裝是以最合理的方式將物品從產地送到使用地點的整個過程。現代包裝涉及產品的包裝過程、包裝產品的流通過程、包裝廢棄物的處理過程等[1]。包裝工程是包裝系統的集合，也是綜合了物理學、化學、力學、光學、機械學、裝潢學、藝術、美術心理學和社會學等學科于一體，并交叉各個學科的邊緣技術的系統工程的總稱。基于多學科交叉性，培養包裝科技人才的復合型，必須加強計算機教學[2]。因此，很多高校相繼開設了計算機軟件課程，并作為專業基礎課，應用到包裝印刷設備、包裝造型設計、緩沖包裝結構設計、平面設計等領域，并在這些領域扮演越來越重要的角色，特別是Pro/Engineer（Pro/E）軟件在包裝教學中的運用顯得尤為重要。

1 Pro/E在包裝教學中的應用

1.1 平面設計軟件的局限性

包裝平面設計和編輯軟件有Photosho

p、CorelDraw、Illustrator等，這些軟件在圖形圖像處理和繪制方面的功能非常強大。它們是以二維為基礎的設計理念，在三維設計功能上顯得捉襟見肘，雖然也可以繪制三維圖形，但都是一些簡單的立體圖形，其細節很難表達出來。另外，以上這些軟件不具備參數化繪制的功能，設計過程中的每一個細節都需要人工嚴格的控制，當對某一尺寸進行修改時，其它相關的尺寸都必須進行手動修改，常常因為設計中一點變動而導致大量的重復性勞動。

1.2 Pro/E軟件的特點

Pro/E軟件是美國參數技術公司（PTC）旗下CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，參數化功能是Pro/E系統中的核心部分，Pro/E的參數化設計有以下特點。

（1）輪廓體現設計思想。參數化特征建模是常用的幾何建模方法。它是一種用參數來定義模型的方法。輪廓指的是實體模型的幾何截面形狀，或沿掃描路線而形成的首尾相接的直線或曲線。

（2）尺寸驅動。尺寸驅動是參數化設計中的一個較為重要的特性。尺寸驅動就是在輪廓上加尺寸參數，并設置線段之間的約束關系，根據尺寸驅動和約束關系來控制輪廓的位置、形狀和大小。當輪廓尺寸的數值大小改變時，輪廓上的其他和此約束有關的部分也將隨之發生相應的變化，從而提高了設計的效率和質量。

（3）合理性檢查。在參數化設計中，系統可以檢查出標注過多或過少的尺寸，并給與提示，以避免出現缺失尺寸或多于尺寸之間相互矛盾的現象。

（4）單一數據庫。在Pro/E設計中，一個零件或裝配件的設計過程中使用的所有尺寸參數都保存在一個數據庫中，每一個尺寸視為一個參數，在設計過程中修改了參數，其他零件或裝配體就會根據尺寸參數的變化重新生成[4]。

1.3 Pro/E在包裝領域中的應用

在包裝領域，許多產品的效果圖是通過三維實體模型來表達的，并在此模型的基礎上進行復雜細節結構的設計，Pro/E軟件在這方面具有強大的優勢[5]。例如，成型-充填-封口多功能包裝機械中，成形器是其關鍵部件，依據包裝袋形狀和封口方式的不同，成型器的結構形狀故十分復雜，曲面設計計算之繁瑣，傳統的設計和加工方法會帶來表面形狀成型時的不確定性，其成型質量就很難得到保證。而采用Pro/E軟件對成形器進行三維建模，將其中各種尺寸定義為參數，尺寸與尺寸之間設置為約束關系，設計計算由軟件來完成，這樣大大提高了成形器設計的質量和效率，其參數化的模型也可以直接送到數控加工中心進行生產加工。

（1）在專業教學中的應用。

包裝印刷設備是包裝工程專業的專業課。印刷機械可以實現包裝設計作品的大批量精美復制，其結構是十分復雜的，教材中所看到的都是機構簡圖，沒有立體感或空間感，不直觀。在實際教學中，學生理解印刷設備的具體工作過程帶來一定的困難。因此，我們可以利用Pro/E軟件對關鍵部件進行參數化仿真設計，讓學生在課堂上看到形象的、直觀的、生動的三維結構圖，如圖1所示。

然后對這些部件創建組件，按照相應的連接類型和平面對應關系裝配所建的部件，使之形成一個工作整體。如圖2所示。

再裝配圖的基礎上，添加適當的伺服電動機，通過它可以實現旋轉及平移運動，實現了機構的動態運動過程。可以加深學生的印象，起到事半功倍的效果。

（2）Pro/E在包裝課程設計中的應用。

包裝結構課程設計的內容就是根據產品的特點，設計出合理的塑料或金屬包裝容器，廣泛應用于食品、化工、醫藥等領域，其外形尺寸和造型日趨標準化、合理化，因此包裝容器的設計最能體現Pro/E參數化設計的優勢和特點，通過調整參數來修改和控制幾何形狀，可以自動實現產品的精確造型，優化產品質量、提高設計效率，利用其二次開發功能，也可以快速實現容器及其模具的自動化生成，大大縮短設計周期，如圖3是化工產品的塑料包裝容器。我們可以在此模型的基礎上，使用與Pro/E集成一起的Pro/Mechanica對可靠性進行分析，模擬在流通環境下受到振動和沖擊及其因素作用下，是否具有足夠的強度、剛度和穩定性。利用分析的結構進一步優化相應的結構參數，即滿足強度的情況下，用料最省，縮短設計和生產的周期，降低成本。

2 結語

綜上所述，在現代信息社會中，要實現包裝工程專業的培養目標，使學生成為高素質、復合型的包裝整體設計高級專業人才。要時時緊跟現代科技發展的腳步，結合當前社會對包裝人才的具體需求，對我們的教學內容進行適時更新、完善教學方法。在此基礎上，我們應該加大Pro/E在眾多軟件課程中的比例，通過在專業教學中演示Pro/E的作品，刺激學生的學習積極性、主動性，進而提高課堂教學質量和效率。同時Pro/E是目前計算機輔助設計領域的主流軟件之一，眾多的知名企業都在采用其作為產品的整套解決方案。為了讓包裝工程專業的學生能夠掌握一門先進的技術，增強他們的就業實力，提高了學生在企業中的競爭實力。我認為在包裝工程專業教學中應該重視其不可磨滅的作用。

參考文獻

[1] 張新昌.包裝概論[M].北京：印刷工業出版社，2007.

[2] 孫誠.包裝結構[M].北京：中國輕工業出版社，2008.

[3] 曹洪.關于平面設計教學的思考[J].科技創新導報，2010（32）.

[4] 張洪濤.Pro/Engineer野火版4.0/5.0機械結構分析實戰[M].北京：機械工業出版社，2011.

[5] 汪小曼.三維軟件在包裝設計教學中的應用[J].科技資訊，2007（30）.