机械制图与Inventor综合教学改革的研究

王汉章

[摘           要]  分析了机械制图与Inventor课程的特点，讨论改变传统的机械制图和CAD教学现状，通过改革教学内容、教学模式、教学方法，把它们在教学中有机地结合起来，从而更好地培养学生的空间想象力、绘图能力、识图能力和计算机辅助设计能力。

[关    键   词]  机械制图;二维图形;Inventor;三维模型

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2019）35-0112-02

机械制图课程是一门工科院校机械及相关专业的重要专业基础课，可以比作是工程界的通用“语言”。学生对这门基于空间想象的识图和绘图的“语言”能否使用好，对后续专业课的学习和将来实际工作能力的发展有着直接的影响。

Inventor和AutoCAD软件都是由美国AutoDesk公司推出的CAD软件。

AutoCAD软件是最为流行的二维绘图软件，已被我国广大院校和各行各业所广泛推广和应用，在我国的CAD（计算机辅助设计）技术应用和发展的道路中，由手工绘图到“甩图板”阶段起到了相当大的作用。

现今我国CAD应用领域，已由“甩图板”的二维计算机绘图应用领域向三维设计领域转移。Inventor是一套全面的三维可视化实体设计工具，拥有着强大的功能，其中也集成了AutoCAD的功能，所以Inventor在众多3D设计软件中也占有着相当重要的地位。

每年举办的世界技能大赛中的CAD机械设计项目，要求选手使用CAD（计算机辅助设计）软件完成工业零件/产品的数字建模、图纸生成、方案设计和三维打印等竞赛内容。竞赛所需的背景知识主要就是机械制图与CAD课程所授知识。近年来CAD机械设计竞赛项目的软件也主要采用了Autodesk Inventor软件。

在传统的教学中，这两门课程分开设置，未进行很好的结合，造成机械制图中学生对于较复杂的形体结构较难理解，在CAD中又欠缺很好的识图和绘图能力。本课题把两门课程在教学中互补式地结合起来，充分利用制图和CAD各自的优势，使学生既能容易理解形体与图形之间的关系，又能更好地进行三维设计，达到识图、绘图和三维设计互相促进、共同学习的目的。

本课题结合机械制图与Inventor课程的特点，讨论改变传统的机械制图和CAD教学现状，通过改革教学内容、教学模式、教学方法，把它们在教学中有机地结合起来，从而更好地培养学生的空间想象力、识图与绘图能力、计算机辅助设计能力，培养国际化技能人才。

一、机械制图与Inventor的特点

机械制图这门课程主要培养和发展学生的空间想象能力，使学生能够根据国家标准的规定，运用所学的正投影法图示空间物体，绘制和识读具有一定复杂程度的零件图和装配图，并能拥有一定的绘图技能和技巧使用仪器画图。课程的主要内容包括制图的国家标准和基本规定，正投影法和三视图的基本原理和方法，点、线、面的投影，基本体、组合体、标准件与常用件、零件图及装配图表达等。教学目的是要求学生掌握阅读和绘制图形的基本知识、方法和技能。课程难点是学生在头脑中进行平面与空间的转换，即建立二维平面图形与三维立体空间的对应关系。

Inventor软件主要有草图绘制、特征放置、钣金设计、曲面造型、部件装配、视图表达、工程图创建、应力分析、运动仿真等功能，有着强大的数字设计、设计可视化和产品仿真分析能力，使用户能更逼真地看到三维实体零件及零件间的关联运动仿真效果，即“所见即所想”。但是在编辑和输出二维工程图时，仍需要制图所奠定的识图和绘图能力。CAD课程现在大部分院校仍然普及着AutoCAD软件。AutoCAD软件有着广阔的应用领域和众多的应用者，而Inventor软件是在AutoCAD软件的基础上发展起来的，可与AutoCAD无缝连接，文件之间的相互关联可有效减少重复工作，使人们最大限度地利用原有数据。

另外，Inventor和AutoCAD拥有二次开发功能，这也是我国CAD技术快速发展的重要途径之一。

二、机械制图与Inventor综合教学的实施

机械制图与Inventor之间既相互依赖又相互促进。一方面，机械制图讲授了制图国家标准和制图的基本理论、投影规律和表达方法，帮助Inventor输出正确的二维工程图;另一方面，Inventor从部件装配与零件造型到生成工程图的过程也训练了人脑中三维模型和二维图形的对应关系，提升了学生空间想象能力。两者可互相促进共同提高。

将机械制图与Inventor两门课程整合成一门课程进行教学，对原有的教学标准、教学计划、实训内容和教材进行相应调整和优化。

具体实施如下：

1.学习制图的基本知识和相关的国家标准;掌握制图工具、仪器和用品的使用;学习常见几何图形的绘制方法;绘制各种平面图形。

2.学习Inventor软件的草图创建与编辑功能，应用几何和尺寸约束功能生成各种所需的平面图形。

3.学习制图中三视图的形成和投影关系;识读并绘制简单体、截切体、相贯体、组合体的投影图。

4.学习Inventor软件中基于特征的零件造型。应用草图特征、放置特征和定位特征生成制圖中所学的简单体、截切体、相贯体、组合体造型。帮助学生提高空间想象能力。

5.学习制图中机件的表达方法;标准件与常用件的表达;零件图的视图、尺寸和技术要求;识读并绘制零件图。

6.学习Inventor软件中应用资源中心快速生成标准件模型;应用设计加速器按照给出的参数快速生成螺栓、键销、齿轮、轴承、弹簧、带等标准件和常用件的联接组件图;学习Inventor软件中工程图的设置、创建和标注;输出零件工程图。

7.学习制图中装配图的表达方法、标注和技术要求;识读并绘制装配图;由装配图拆画零件图。

8.学习Inventor软件中“自上而下”和“自下而上”的设计方法;约束、编辑和表达零部件;进行装配设计。

9.综合应用制图中所学的各种内容，组织进行机械制图测绘实训。按照实训中给出的机械部件，完整地测绘出所需的装配图和零件图。

10.综合应用Inventor软件中的各种功能，完成实训项目中的部件运动仿真和动态拆解、外部真实渲染和工程图输出。

三、结束语

在这种新的联合模式的教学中，制图中各种形体、零件和部件的立体结构、位置关系和内部结构，可以在Inventor软件中灵活地进行任意位置、角度观察，使教学更加灵活，增加了学生的学习兴趣，引导学生在空间与平面中进行全方位观察二维图形和三维模型的交替变化，展现过程与学生思维过程一致，使教学内容得以更好的理解。这种教学方式既遵循认识规律，能加深学生对图形的理解，有效地培养学生的空间想象能力，也充分体现了现代三维设计思想。反过来，机械制图培养的学生空间想象能力、识图绘图能力，又能指导学生科学地使用Inventor软件开展机械设计，完成部件装配、零件设计、工程图表达和仿真运动及拆解等。机械制图和Inventor这两门课程是实践性很强的课程，在学习过程中要清楚学生对讲授内容掌握情况，培养学生的学习方法、自学能力、动手能力和上机操作的能力，加强理論知识、基本方法的学习，重视理论联系实际。通过实训指导学生进行绘图训练和Inventor应用，全面培养学生技能。教学中两门课程相互贯通、相互补充。Inventor可以加深学生对机械制图原理和方法的理解，机械制图原理和方法反过来又可以帮助学生提高Inventor的应用水平，起到事半功倍的效果。

综上所述，通过对机械制图与Inventor软件的穿插式综合教学改革，可以在教学中很好地完成制图的掌握与软件的应用，帮助学生更好地理解制图所讲授的内容，提高学生二维平面图形和三维空间模型在头脑中的对应关系，进一步提高识图和绘图水平，同时也能更深刻地理解Inventor软件的应用，进一步提高软件的应用水平，培养符合国际应用能力的技能型人才。

参考文献：

[1] 陈伯雄，董仁扬，张云飞，等.Autodesk Inventor Professional机械设计实战教程[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]顾国强，李晓林.计算机绘图与AutoCAD项目教程[M].上海：上海交通大学出版社，2014.

◎编辑 原琳娜