工程圖學教學中的綠色設計模式

朱小飛 朱姍姍

(重慶大學機械工程學院，重慶400030)

1 引言

在高等院校中，工程圖學課程作為技能課程，是大學里工程類各專業的選學課程，其教學目的是培養學生的工程師基本素質，了解產品的制造過程，其教學方式是培養學生繪圖的基本技能。作為學生大學四年學分選修的產品，工程圖學課程教學的設計，應該符合綠色設計和綠色制造的理念，它將對學習者產生極大的影響。綠色設計與制造要求設計的產品在使用過程中消耗最少的資源，不污染環境，其產品在制造過程也最容易獲取，產品生命周期結束后，能夠回收利用，不需要專門的處置。[1-2]

大學本科的工程教學活動中的工程圖學課程是設計的初始課程，在這個時候引入綠色設計的觀念，對大學生的以后工程實踐是有很大益處的。圖學教育過程將影響到未來的工程師的綠色設計和制造活動。

工程圖樣繪制依然是工程技術人員必須掌握的技術，隨著計算機技術的進步，現代設計方法推陳出新，工程圖學教學也有調整，從而，改變著工科圖學教學的形式和部分內容。

2 三維立體數字模型的建立

我們的教學過程中，備有各式材料的模型，說明圖樣表示所對應的結構，如木制的，塑料，也有機器上實際的鐵質零部件，這些模型量多，需要專人管理。即使這樣的情形下，教師往往在需要的時候找不到所對應的模型。

由于制造的原因，實際模型表面上的交線，往往是不清晰的，如圖1中(a)圖所示;而三維數值模型可以清晰的表達兩表面之間的交線，如圖1中(b)圖所示。

圖1 a圖為木質的表面交線模型，b圖為三維數值模型

教學中，使用SolidWorks設計軟件，逐一建立教材[3]和習題集上視圖和圖樣所對應的三維數值模型庫，分類編號，便于查詢。再建立一些實際的典型的機器零部件，以及生活中熟悉常用品的三維數值模型，供學習者分析工程圖樣靈活的實際表達方法，從而掌握工程圖樣正確使用。

工程圖學教學活動應該闡明這樣的觀念，圖樣是用于制造，那么繪制的圖樣，就是設計過程。在教學活動中，使用三維數值模型作為引導，展示空間結構，仿佛是真實的，只是可以隨意調整觀察的角度，并且放大，以便于仔細比較。每繪制的一個圖樣，應該都是即將制造出來新的產品，不同模型。實際的設計往往也是在已有的類似產品上，調整參數，滿足用戶的特定需要。

在教學中，要求學生繪制的圖樣所表達的結構元素，一個都不能少，相互的位置也有適當的約束，如對稱，共面，相切等，但尺寸，圖形的大小可以自己決定，這點自由，讓學生體會到設計是有選擇的余地的。同學們完成了圖樣后，相互的比較和交流，會體會到成功和不足。這也改變了以往工程圖學教學中，每個人都做的相同的習題集的尷尬。

3 圖樣教學綠色設計的理念

3.1 教學模型的綠色化

實際的模型總是要使用材料，而且有管理的要求，而三維數字模型是虛擬的模型，不需要場地歸類保存，所以體現出綠色產品的理念。實際的模型是用各種材料做成，雖然可以讓學生對于繪圖有清晰的認識，但是，模型的制造過程中不可避免的會產生材料的浪費。而且對于這些模型的管理，還得需要專門的空間、人力。不僅如此，由于材料自身性質的限制，很多復雜的模型無法做出，學生也看不清楚模型的內部結構。而三維數字模型則很好的解決了這些問題，不僅給學生呈現出更加清晰的外部輪廓，更可以利用軟件，看到模型的內部結構，而材料的浪費和管理等問題也是不存在的。突出了綠色設計環境友好性和最大限度節約能源的內涵。

3.2 教學過程的綠色化

傳統的教學模式是老師講述，學生聽講，由于教學時間的限制，缺少必要的師生互動，沒有最大限度的利用資源。而通過展示三維數值模型，可以使用多媒體的教學方式，示范性的表達三維數值模型繪制成工程圖樣的過程。結合典型結構制造設備的加工的視頻文件，說明結構的工藝過程，讓教學活動充滿工程的背景，更加有效的利用教學時間，而且教學的材料可以積累，修改，重復使用。

3.3 圖樣表示的多樣化

教學過程中允許，對同一個立體的表達，使用不同的表達方案，教學過程中語序使用不同的表達方案對同一個立體進行表達，只要表達清楚了就是可以的。繪圖表達時要考慮主視圖的投影方向，以及結構尺寸的大小，如圖2所示，對于(a)中的立體結構，初習者常見的兩個方案，如(b)，(c)圖中所示，這樣滿足教學需求。

3.4 圖樣識別的特征化

工程圖學教學目標之一是使工科學生具有初步的工程圖樣的讀圖能力，使用三維數值模型可以更好的使學生掌握三視圖的形體分析方法，如圖3(a)所示三視圖，主視圖中的五邊形陰影，對應圖3(b)中五棱柱，從后往前的拉伸;俯視圖中的四邊形區域，在底部從下往上拉出四棱柱;兩個特征。還有一個鉛垂面作用，切割了五棱柱的一個角，如圖3(a)中紅色線所示，對應圖3(b)立體圖的四邊形。

[1]劉曉敘，陳敏.機械產品綠色設計理念 機械設計，2005(11):1-3

[2]符愛武，等.產品的綠色設計概念及其發展[J].機械設計與制造工程，2002(3):7-9

[3]丁一，等.工程圖學基礎.北京:高等教育出版社，2008.