三维软件在包装工程专业教学中应用的研究①

摘 要：随着包装系统设计的发展，对于软件教学的要求也越来越高，特别是三维设计软件。在长期的包装教学中一直以平面设计为主，设计的产品包装与现实容易出现脱节，这是一直以来困扰包装教学的一个难题。结合Pro/E的特点，对包装教学中采用该软件进行了应用探讨，结果表明增强了教学的直观性、趣味性，有效地提高了学生综合设计水平和实践能力，提高了课堂教学的教学效果。

关键词：包装工程 教学 Pro/E

中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0018-02

包装是以最合理的方式将物品从产地送到使用地点的整个过程。现代包装涉及产品的包装过程、包装产品的流通过程、包装废弃物的处理过程等[1]。包装工程是包装系统的集合，也是综合了物理学、化学、力学、光学、机械学、装潢学、艺术、美术心理学和社会学等学科于一体，并交叉各个学科的边缘技术的系统工程的总称。基于多学科交叉性，培养包装科技人才的复合型，必须加强计算机教学[2]。因此，很多高校相继开设了计算机软件课程，并作为专业基础课，应用到包装印刷设备、包装造型设计、缓冲包装结构设计、平面设计等领域，并在这些领域扮演越来越重要的角色，特别是Pro/Engineer（Pro/E）软件在包装教学中的运用显得尤为重要。

1 Pro/E在包装教学中的应用

1.1 平面设计软件的局限性

包装平面设计和编辑软件有Photosho

p、CorelDraw、Illustrator等，这些软件在图形图像处理和绘制方面的功能非常强大。它们是以二维为基础的设计理念，在三维设计功能上显得捉襟见肘，虽然也可以绘制三维图形，但都是一些简单的立体图形，其细节很难表达出来。另外，以上这些软件不具备参数化绘制的功能，设计过程中的每一个细节都需要人工严格的控制，当对某一尺寸进行修改时，其它相关的尺寸都必须进行手动修改，常常因为设计中一点变动而导致大量的重复性劳动。

1.2 Pro/E软件的特点

Pro/E软件是美国参数技术公司（PTC）旗下CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，参数化功能是Pro/E系统中的核心部分，Pro/E的参数化设计有以下特点。

（1）轮廓体现设计思想。参数化特征建模是常用的几何建模方法。它是一种用参数来定义模型的方法。轮廓指的是实体模型的几何截面形状，或沿扫描路线而形成的首尾相接的直线或曲线。

（2）尺寸驱动。尺寸驱动是参数化设计中的一个较为重要的特性。尺寸驱动就是在轮廓上加尺寸参数，并设置线段之间的约束关系，根据尺寸驱动和约束关系来控制轮廓的位置、形状和大小。当轮廓尺寸的数值大小改变时，轮廓上的其他和此约束有关的部分也将随之发生相应的变化，从而提高了设计的效率和质量。

（3）合理性检查。在参数化设计中，系统可以检查出标注过多或过少的尺寸，并给与提示，以避免出现缺失尺寸或多于尺寸之间相互矛盾的现象。

（4）单一数据库。在Pro/E设计中，一个零件或装配件的设计过程中使用的所有尺寸参数都保存在一个数据库中，每一个尺寸视为一个参数，在设计过程中修改了参数，其他零件或装配体就会根据尺寸参数的变化重新生成[4]。

1.3 Pro/E在包装领域中的应用

在包装领域，许多产品的效果图是通过三维实体模型来表达的，并在此模型的基础上进行复杂细节结构的设计，Pro/E软件在这方面具有强大的优势[5]。例如，成型-充填-封口多功能包装机械中，成形器是其关键部件，依据包装袋形状和封口方式的不同，成型器的结构形状故十分复杂，曲面设计计算之繁琐，传统的设计和加工方法会带来表面形状成型时的不确定性，其成型质量就很难得到保证。而采用Pro/E软件对成形器进行三维建模，将其中各种尺寸定义为参数，尺寸与尺寸之间设置为约束关系，设计计算由软件来完成，这样大大提高了成形器设计的质量和效率，其参数化的模型也可以直接送到数控加工中心进行生产加工。

（1）在专业教学中的应用。

包装印刷设备是包装工程专业的专业课。印刷机械可以实现包装设计作品的大批量精美复制，其结构是十分复杂的，教材中所看到的都是机构简图，没有立体感或空间感，不直观。在实际教学中，学生理解印刷设备的具体工作过程带来一定的困难。因此，我们可以利用Pro/E软件对关键部件进行参数化仿真设计，让学生在课堂上看到形象的、直观的、生动的三维结构图，如图1所示。

然后对这些部件创建组件，按照相应的连接类型和平面对应关系装配所建的部件，使之形成一个工作整体。如图2所示。

再装配图的基础上，添加适当的伺服电动机，通过它可以实现旋转及平移运动，实现了机构的动态运动过程。可以加深学生的印象，起到事半功倍的效果。

（2）Pro/E在包装课程设计中的应用。

包装结构课程设计的内容就是根据产品的特点，设计出合理的塑料或金属包装容器，广泛应用于食品、化工、医药等领域，其外形尺寸和造型日趋标准化、合理化，因此包装容器的设计最能体现Pro/E参数化设计的优势和特点，通过调整参数来修改和控制几何形状，可以自动实现产品的精确造型，优化产品质量、提高设计效率，利用其二次开发功能，也可以快速实现容器及其模具的自动化生成，大大缩短设计周期，如图3是化工产品的塑料包装容器。我们可以在此模型的基础上，使用与Pro/E集成一起的Pro/Mechanica对可靠性进行分析，模拟在流通环境下受到振动和冲击及其因素作用下，是否具有足够的强度、刚度和稳定性。利用分析的结构进一步优化相应的结构参数，即满足强度的情况下，用料最省，缩短设计和生产的周期，降低成本。

2 结语

综上所述，在现代信息社会中，要实现包装工程专业的培养目标，使学生成为高素质、复合型的包装整体设计高级专业人才。要时时紧跟现代科技发展的脚步，结合当前社会对包装人才的具体需求，对我们的教学内容进行适时更新、完善教学方法。在此基础上，我们应该加大Pro/E在众多软件课程中的比例，通过在专业教学中演示Pro/E的作品，刺激学生的学习积极性、主动性，进而提高课堂教学质量和效率。同时Pro/E是目前计算机辅助设计领域的主流软件之一，众多的知名企业都在采用其作为产品的整套解决方案。为了让包装工程专业的学生能够掌握一门先进的技术，增强他们的就业实力，提高了学生在企业中的竞争实力。我认为在包装工程专业教学中应该重视其不可磨灭的作用。

参考文献

[1] 张新昌.包装概论[M].北京：印刷工业出版社，2007.

[2] 孙诚.包装结构[M].北京：中国轻工业出版社，2008.

[3] 曹洪.关于平面设计教学的思考[J].科技创新导报，2010（32）.

[4] 张洪涛.Pro/Engineer野火版4.0/5.0机械结构分析实战[M].北京：机械工业出版社，2011.

[5] 汪小曼.三维软件在包装设计教学中的应用[J].科技资讯，2007（30）.