機械制圖虛擬模型室的開發與應用
——以機械部件為例

王曼嬌，文建平，袁文昭

（湖南財經工業職業技術學院 機械工程系，湖南 衡陽 421001）

隨著互聯網與虛擬現實技術的發展與應用，機械制圖虛擬模型應運而生，栩栩如生的動畫模型庫，為學習者與教師提供了較好的素材，為畫圖、識圖開啟了一扇便捷之門，代替了實物模型的限制，補充了實物模型所達不到的效果。如SolidWorks機械制圖三維模型、基于Web的機械制圖虛擬模型等，能有效地幫助學習者創建圖形空間思維。但這些虛擬模型缺乏機械制圖學科認知的系統性、不能幫助學習者有效地建立起“圖學”框架，更不能感知從圖到產品的過程。

針對這些問題，筆者開發了機械制圖虛擬模型室，將從“圖”的認知、技能的角度，開發拆裝模型室、工程圖模型室、加工模型室等，系統、綜合性地幫助學習者識圖、繪圖，為機械制造行業的學習者創建一個認知平臺，體驗從圖到產品的過程，初步接受技術技能的職業素養要求。機械制圖虛擬模型室系統如圖1所示。

圖1 機械制圖虛擬模型室系統

機械制圖虛擬模型室系統主要由拆裝模型模塊、工程圖模型模塊、加工模型模塊組成，通過對臺虎鉗、千斤頂等機械部件進行虛擬拆裝，認知其組成結構，連接、運動關系，多種形式表達各機械部件的零件與裝配體，構成一個完整的“圖學”虛擬體系。

1 模型虛擬拆裝模塊

模型虛擬拆裝模塊進行機械部件虛擬拆裝過程，并演示工作原理，是機械制造類專業學生必須認知的過程。學生的思維剛從應試教育轉入專業技能學習方向，對機械部件是懵懂的、茫然的，又充滿了探知欲。要將學生帶入機械行業的海洋里遨游，掌握機械部件的結構與工作原理由為重要，要抓住初學者探知機械運動奧妙的好時機，激發學習者的興趣，通過拆裝機械部件的操作與演示原理，創造直觀又逼真的環境，給予視覺沖激與感觀交互，激起學習者的熱愛。為機械制圖的學習且為后續專業課程的學習打下思想基礎。

模型虛擬拆裝模塊主要包括臺虎鉗、千斤頂、閥門、拆卸器、油泵、軸承座等機械部件。利用UG等三維進行建模，導入3DMAX三維仿真軟件進行工作原理仿真，用虛擬現實軟件進行虛擬拆裝。如千斤頂的虛擬拆裝如圖2所示，可以形象、生動地讓學習者和教學者反復分解、裝配，千斤頂部件中零件之間的連接關系充分地展示出來，學生可以在虛擬拆裝過程中，深刻了解每個零件之間的裝配關系。

模型虛擬拆裝模塊的建立，學生可以在互聯網上隨時隨地觀察，且進行與人機交互功能，帶領學習者去探尋每個零件的表達準則與要求，開始零件圖、裝配圖的學習與討論。

圖2 千斤頂的虛擬拆裝

2 模型工程圖模塊

模型工程圖模塊是對基礎模型如平面體、曲面體、組合體及視圖、剖視圖、斷面圖等，進行投影，生成工程圖的基本視圖，并進行尺寸標注、表面質量的標注、公差的標注和技術要求的填寫。幫助學習“制圖”的基本規則，而看圖、畫圖的過程，學生最難的是在零件圖、裝配圖方面不會靈活運用，出現的狀況，很多學習者會在這個環節，難而止步。模型工程圖模塊的開發針對每個機械部件的零件圖、裝配圖，展示其各種表達方式，利用鼠標與鍵盤對“機械體”進行移動、旋轉、縮放、剖切等，實現人機交互式繪圖看圖，每個機械部件及其零件圖表達二維、三維的狀態，如圖3所示，臺虎鉗裝配體工程圖與立體圖，針對學生主視圖及左視圖的裝配關系理解不透，配以主視圖的三維剖視圖及 A-A的三維剖視圖。二維、三維的交互形式幫助學生突破瓶頸上的問題，再舉一反三，準確合理地把握工程圖樣的表達方法。

圖3 臺虎鉗的裝配圖

3 模型虛擬加工模塊

數控仿真加工或微視頻零件加工模型室，把圖變成產品，激起學習者成就感，真實體會加工制造、檢驗、裝配的重要技術文件要求與指標，感受圖上的標注及其參數數值對制造的影響與要求，創造一種虛擬體驗式加工情境。使學生逐漸具備工程技術人員所需的科學嚴謹態度與素養。千斤頂螺桿的仿真加工，在互聯網上隨時播放，如圖4所示。

圖4 千斤頂螺桿的仿真加工圖

加工模型室以機械部件為單元，把它們的零件圖制作成系列的產品。把零件間的結構關系、尺寸標注、表面質量要素及其技術要求通過真實的產品展現，把抽象的二維圖及其各要素的變得具體而形象，真實體會技術的科學性與嚴謹性，杜絕工程技術易范的隨意性思維。

4 結語

機械制圖虛擬模型室是基于行業認知過程開發的，與其它的機械制圖虛擬模型不同，一般的機械制圖虛擬模型庫的開發主要針對基礎投影與組合體，以代替、擴充實物模型。本虛擬模型室以常見的機械零部件機構，利用信息化技術系統性、交互式地展開圖學的內涵，融入機械拆裝與加工生產知識，把技術技能的要素與素養滲入在學圖的過程中，為初學者的識圖、繪圖創建一個虛擬體會式的情境與環境。

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