基于UG的三維演示在機械制圖教學中的應用研究

展靖華，連文香，黃莉莉

基于UG的三維演示在機械制圖教學中的應用研究

展靖華，連文香，黃莉莉

（蘭州工業學院 汽車工程學院，甘肅 蘭州 730050）

針對應用型本科院校機械制圖教學，將UG三維軟件運用于機械制圖教學中，根據講授內容和學生作業需要，建立機械制圖三維模型庫，在制圖教學中向學生演示空間動態模型。這種動態輔助教學方法，取代傳統的平面和靜態輔助的教學方法。實踐證明，UG軟件與機械制圖的有效融合，使學生更加直觀地觀察到模型的形成過程以及內部結構，培養了空間理解能力，激發了學生的學習興趣，并為他們的創新思維和創新設計能力提高奠定了堅實的基礎。

UG；機械制圖；三維演示；教學輔助

前言

機械制圖課程是應用型本科院校機械類專業學生必修的一門專業基礎課程，由于機械制圖對學生的空間思維能力要求較高，致使理解和空間想象能力較差的學生感覺非常難學，產生厭學、畏學的想法。為了增強學生學習制圖的興趣，激發學習興趣，提高繪圖和讀圖的能力，采用有效的教學方法尤為重要[1]。本文結合機械制圖與三維軟件UG的教學實踐，提出一種利用UG軟件進行三維演示的機械制圖教學方法。以往以平面圖形和教具為主的演示變為空間立體和動態演示，這樣一方面增加了機械制圖課堂教學的直觀和生動性，另一方面解決了部分學生空間想象能力差感到難學的問題，同時也提高了全班同學的學習興趣和積極性，對于應用型本科的教學效果的改善是一種行之有效的教學方法和教學手段。

1 建立三維演示模型庫

若要使用三維軟件輔助制圖教學，必須建立三維模型庫，模型庫包含的模型種類如圖1所示，可將庫中的模型分成五個大類:空間點線面模型、基本立體、組合體、零件和裝配體。教學過程中，在庫中找到所需的模型，通過對模型的任意旋轉、平移、動態疊加組合以及虛擬拆裝等演示立體動態效果，學生更容易理解那些難以想象的空間體。學生在做繪圖練習時，可以將練習題中的三維模型上傳到網絡，學生通過網絡查看模型，參照模型完成練習。模型庫中的模型精度高、形象逼真、色彩豐富，這種教學模式多元化，學生的學習興趣和學習效率同時提高，空間想象力也隨之豐富，創造性思維得以發展[2]。

圖1 三維模型庫結構圖

2 三維演示在制圖課堂教學中的應用

在制圖的課堂教學中，一般使用圖片、實物教具進行展示，但是隨著教學內容的變化，要不斷更換教具，因為教具有不易攜帶、容易損壞，更新慢、不能更改等缺點[1]。而UG強大的建模功能可以做出易于觀察、形象逼真的虛擬模型，學生也可以在做習題時隨時查看，能快速有效幫學生理解到位且影響深刻[3]。

2.1 三維演示在空間兩直線關系中的應用

如圖2a所示，要判斷圖中兩條空間直線AB、CD的位置關系，依據直線的投影規律，需做出空間四點A、B、C、D的第三面投影，來判斷直線的關系，另一方面依賴于學生的空間想象能力，對于部分空間想象能力欠佳的學生來說，判斷起來就比較困難，在講解這一類題目的時候，UG可以快速繪制出兩條直線，并能直觀地看直線的空間位置。圖2b是UG中繪制的兩直線的空間關系模型，圖3是UG中空間直線AB、CD的多面投影[4]。

圖2 空間直線關系

圖3 空間直線AB、CD的多面投影

2.2 使用三維演示輔助基本視圖表達的教學

基本體的投影是學生學習制圖、培養空間思維的基礎，學好這個知識點，能夠很好地調動學生學習機械制圖的積極性，為后續內容的學習打好基礎。在講解基本體的投影時，將 UG 軟件引入課堂，直接從模型庫打開模型，也可以當堂展示建模過程，學生通過觀看，很容易建立三維空間概念，這種教學方法直觀、高效地讓學生學習立體的形成過程，課堂效果事半功倍[5]。

2.2.1在基本視圖中的應用

如圖4所示的習題，要求根據三個視圖畫出其他三個基本視圖，即后視圖、仰視圖和右視圖，這主要依賴于學生的空間思維能力，如果學生在繪圖時能參照它的立體圖繪制投影圖，就容易多了，如圖5所示其UG的6個基本視圖。

圖4 基本體投影練習題

圖5 UG中基本體的多面視圖

2.2.2在剖視圖中的應用

如圖6所示，要獲得主視圖的剖視圖，講解時讓學生想象將其沿著俯視圖的中心面切開[6]。而UG的三維演示更加直觀，如圖7所示在UG中創建三維模型，觀察結構，然后利用軟件的編輯截面功能，看剖切面形狀。

圖6 剖視圖習題

圖7 UG中剖視圖模型

如圖8所示的習題，要求獲得兩個視圖的半剖視圖，學生在繪制時配合UG的三維演示和參照，就很容易理解，圖9是半剖視圖三維模型。

圖8 半剖視圖習題

圖9 UG中半剖視圖三維模型

2.2.3在斷面圖中的應用

如圖10所示的軸，要獲得軸各位置的斷面圖，通過UG先創建軸三維立體圖，如圖11所示。然后通過編輯截面功能按圖10中各位置剖切，學生就可以直接看到斷面形狀。圖12是UG中形成的軸的斷面圖。

圖10 軸的斷面圖習題

圖11 軸的三維立體模型

圖12 軸的斷面圖

2.3 使用三維演示輔助零件圖和裝配圖的教學

虎鉗由10個零件組成，在隨堂講解虎鉗的零件圖和裝配圖時，可以直接從三維模型庫中打開，使用UG中的多方向視圖、旋轉、截面剖切、隱藏、顯示等功能向學生展示10個零件的三維結構及裝配關系，圖13是虎鉗主要零件的立體圖，圖14和圖15是虎鉗零件的三視圖及軸測圖。圖16是虎鉗的裝配立體圖。在這種直觀的教學方法下，學生便能較為深刻地理解裝配圖的作用和意義。

圖13 虎鉗零件三維模型

圖14 虎鉗底座零件圖

圖15 虎鉗鉗口零件圖

4 結束語

近年來，我校逐漸將三維造型與設計引入制圖教學，老師在教學中加入CATIA、UG等軟件進行輔助教學，達到與教學內容的有效融合，克服了傳統教學方式的缺陷，學生更加透徹地理解教學內容，空間概念更容易形成，這不但改善了教學方法，提高了教學效果，同時也帶動了學生的學習興趣。老師還鼓勵學生多使用三維軟件，激發他們的創新意識，提高創新能力，在這樣的良好學習基礎之上，學校組織學生參加了校級、省級以及全國3D大賽、三維數字化創新大賽、年度數字科技文化節等，并在每年的比賽中獲得多項獎，成績喜人，效果顯著。

[1] 吳翠琴,孫聃.基于SolidWorks軟件輔助機械制圖教學研究[J].實驗室科學.2016.04(2).

[2] 周登科.UG 軟件在機械制圖課程教學中的輔助應用初探[J].哈爾濱職業技術學院學報.2016(2).

[3] 鄭盛梓.面向三維CAD技術的工程制圖教學研究[J].東北大學學報,2005,(8):14-15.

[4] 李杰,陳華江,劉琦等.工程制圖虛擬模型室建設探討[J].重慶科技學院學報(社會科學版),2006(4):135-136.

[5] 張淑艷,雷光明,成彬等.三維CAD輔助工程制圖教學的方法[J].圖學學報.2014,35(3) :464-468.

[6] 朱冬梅,胥北瀾,何建英.畫法幾何及其機械制圖[M].北京:高等教育出版社,2010.

Application Research of 3D demonstration based on UG in Mechanical Drawing Teaching

Zhan Jinghua, Lian Wenxiang, Huang Lili

( College of Automotive Engineering, Lanzhou Institute of Technology, Gansu Lanzhou 730050 )

In view of the mechanical drawing teaching in Application-oriented Colleges and universities, the application of UG three-dimensional software in mechanical drawing teaching, according to the teaching content and students' homework needs, establishes the three-dimensional model library of mechanical drawing, and demonstrates the spatial dynamic model to the students in the drawing teaching. This dynamic auxiliary teaching method replaces the traditional plane and static auxiliary teaching methods. Practice has proved that the effective integration of UG software and mechanical drawing enables students to observe the formation process and internal structure of the model more intuitively, cultivate their ability of spatial understanding, stimulate their interest in learning, and lay a solid foundation for their innovative thinking and innovative design ability.

UG; Mechanical drawing; 3D demonstration; Teaching aid

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.054

G642

A

1671-7988(2021)02-167-04

G642

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1671-7988(2021)02-167-04

展靖華（1983-），女，講師，就職于蘭州工業學院汽車工程學院，從事汽車三維造型設計、新能源汽車、高校教育教學等研究工作。