機械制圖與Inventor綜合教學改革的研究

王漢章

[摘? ? ? ? ? ?要]? 分析了機械制圖與Inventor課程的特點，討論改變傳統的機械制圖和CAD教學現狀，通過改革教學內容、教學模式、教學方法，把它們在教學中有機地結合起來，從而更好地培養學生的空間想象力、繪圖能力、識圖能力和計算機輔助設計能力。

[關? ? 鍵? ?詞]? 機械制圖;二維圖形;Inventor;三維模型

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）35-0112-02

機械制圖課程是一門工科院校機械及相關專業的重要專業基礎課，可以比作是工程界的通用“語言”。學生對這門基于空間想象的識圖和繪圖的“語言”能否使用好，對后續專業課的學習和將來實際工作能力的發展有著直接的影響。

Inventor和AutoCAD軟件都是由美國AutoDesk公司推出的CAD軟件。

AutoCAD軟件是最為流行的二維繪圖軟件，已被我國廣大院校和各行各業所廣泛推廣和應用，在我國的CAD（計算機輔助設計）技術應用和發展的道路中，由手工繪圖到“甩圖板”階段起到了相當大的作用。

現今我國CAD應用領域，已由“甩圖板”的二維計算機繪圖應用領域向三維設計領域轉移。Inventor是一套全面的三維可視化實體設計工具，擁有著強大的功能，其中也集成了AutoCAD的功能，所以Inventor在眾多3D設計軟件中也占有著相當重要的地位。

每年舉辦的世界技能大賽中的CAD機械設計項目，要求選手使用CAD（計算機輔助設計）軟件完成工業零件/產品的數字建模、圖紙生成、方案設計和三維打印等競賽內容。競賽所需的背景知識主要就是機械制圖與CAD課程所授知識。近年來CAD機械設計競賽項目的軟件也主要采用了Autodesk Inventor軟件。

在傳統的教學中，這兩門課程分開設置，未進行很好的結合，造成機械制圖中學生對于較復雜的形體結構較難理解，在CAD中又欠缺很好的識圖和繪圖能力。本課題把兩門課程在教學中互補式地結合起來，充分利用制圖和CAD各自的優勢，使學生既能容易理解形體與圖形之間的關系，又能更好地進行三維設計，達到識圖、繪圖和三維設計互相促進、共同學習的目的。

本課題結合機械制圖與Inventor課程的特點，討論改變傳統的機械制圖和CAD教學現狀，通過改革教學內容、教學模式、教學方法，把它們在教學中有機地結合起來，從而更好地培養學生的空間想象力、識圖與繪圖能力、計算機輔助設計能力，培養國際化技能人才。

一、機械制圖與Inventor的特點

機械制圖這門課程主要培養和發展學生的空間想象能力，使學生能夠根據國家標準的規定，運用所學的正投影法圖示空間物體，繪制和識讀具有一定復雜程度的零件圖和裝配圖，并能擁有一定的繪圖技能和技巧使用儀器畫圖。課程的主要內容包括制圖的國家標準和基本規定，正投影法和三視圖的基本原理和方法，點、線、面的投影，基本體、組合體、標準件與常用件、零件圖及裝配圖表達等。教學目的是要求學生掌握閱讀和繪制圖形的基本知識、方法和技能。課程難點是學生在頭腦中進行平面與空間的轉換，即建立二維平面圖形與三維立體空間的對應關系。

Inventor軟件主要有草圖繪制、特征放置、鈑金設計、曲面造型、部件裝配、視圖表達、工程圖創建、應力分析、運動仿真等功能，有著強大的數字設計、設計可視化和產品仿真分析能力，使用戶能更逼真地看到三維實體零件及零件間的關聯運動仿真效果，即“所見即所想”。但是在編輯和輸出二維工程圖時，仍需要制圖所奠定的識圖和繪圖能力。CAD課程現在大部分院校仍然普及著AutoCAD軟件。AutoCAD軟件有著廣闊的應用領域和眾多的應用者，而Inventor軟件是在AutoCAD軟件的基礎上發展起來的，可與AutoCAD無縫連接，文件之間的相互關聯可有效減少重復工作，使人們最大限度地利用原有數據。

另外，Inventor和AutoCAD擁有二次開發功能，這也是我國CAD技術快速發展的重要途徑之一。

二、機械制圖與Inventor綜合教學的實施

機械制圖與Inventor之間既相互依賴又相互促進。一方面，機械制圖講授了制圖國家標準和制圖的基本理論、投影規律和表達方法，幫助Inventor輸出正確的二維工程圖;另一方面，Inventor從部件裝配與零件造型到生成工程圖的過程也訓練了人腦中三維模型和二維圖形的對應關系，提升了學生空間想象能力。兩者可互相促進共同提高。

將機械制圖與Inventor兩門課程整合成一門課程進行教學，對原有的教學標準、教學計劃、實訓內容和教材進行相應調整和優化。

具體實施如下：

1.學習制圖的基本知識和相關的國家標準;掌握制圖工具、儀器和用品的使用;學習常見幾何圖形的繪制方法;繪制各種平面圖形。

2.學習Inventor軟件的草圖創建與編輯功能，應用幾何和尺寸約束功能生成各種所需的平面圖形。

3.學習制圖中三視圖的形成和投影關系;識讀并繪制簡單體、截切體、相貫體、組合體的投影圖。

4.學習Inventor軟件中基于特征的零件造型。應用草圖特征、放置特征和定位特征生成制圖中所學的簡單體、截切體、相貫體、組合體造型。幫助學生提高空間想象能力。

5.學習制圖中機件的表達方法;標準件與常用件的表達;零件圖的視圖、尺寸和技術要求;識讀并繪制零件圖。

6.學習Inventor軟件中應用資源中心快速生成標準件模型;應用設計加速器按照給出的參數快速生成螺栓、鍵銷、齒輪、軸承、彈簧、帶等標準件和常用件的聯接組件圖;學習Inventor軟件中工程圖的設置、創建和標注;輸出零件工程圖。

7.學習制圖中裝配圖的表達方法、標注和技術要求;識讀并繪制裝配圖;由裝配圖拆畫零件圖。

8.學習Inventor軟件中“自上而下”和“自下而上”的設計方法;約束、編輯和表達零部件;進行裝配設計。

9.綜合應用制圖中所學的各種內容，組織進行機械制圖測繪實訓。按照實訓中給出的機械部件，完整地測繪出所需的裝配圖和零件圖。

10.綜合應用Inventor軟件中的各種功能，完成實訓項目中的部件運動仿真和動態拆解、外部真實渲染和工程圖輸出。

三、結束語

在這種新的聯合模式的教學中，制圖中各種形體、零件和部件的立體結構、位置關系和內部結構，可以在Inventor軟件中靈活地進行任意位置、角度觀察，使教學更加靈活，增加了學生的學習興趣，引導學生在空間與平面中進行全方位觀察二維圖形和三維模型的交替變化，展現過程與學生思維過程一致，使教學內容得以更好的理解。這種教學方式既遵循認識規律，能加深學生對圖形的理解，有效地培養學生的空間想象能力，也充分體現了現代三維設計思想。反過來，機械制圖培養的學生空間想象能力、識圖繪圖能力，又能指導學生科學地使用Inventor軟件開展機械設計，完成部件裝配、零件設計、工程圖表達和仿真運動及拆解等。機械制圖和Inventor這兩門課程是實踐性很強的課程，在學習過程中要清楚學生對講授內容掌握情況，培養學生的學習方法、自學能力、動手能力和上機操作的能力，加強理論知識、基本方法的學習，重視理論聯系實際。通過實訓指導學生進行繪圖訓練和Inventor應用，全面培養學生技能。教學中兩門課程相互貫通、相互補充。Inventor可以加深學生對機械制圖原理和方法的理解，機械制圖原理和方法反過來又可以幫助學生提高Inventor的應用水平，起到事半功倍的效果。

綜上所述，通過對機械制圖與Inventor軟件的穿插式綜合教學改革，可以在教學中很好地完成制圖的掌握與軟件的應用，幫助學生更好地理解制圖所講授的內容，提高學生二維平面圖形和三維空間模型在頭腦中的對應關系，進一步提高識圖和繪圖水平，同時也能更深刻地理解Inventor軟件的應用，進一步提高軟件的應用水平，培養符合國際應用能力的技能型人才。

參考文獻：

[1] 陳伯雄，董仁揚，張云飛，等.Autodesk Inventor Professional機械設計實戰教程[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]顧國強，李曉林.計算機繪圖與AutoCAD項目教程[M].上海：上海交通大學出版社，2014.

◎編輯 原琳娜