基于UG的三维演示在机械制图教学中的应用研究

展靖华，连文香，黄莉莉

基于UG的三维演示在机械制图教学中的应用研究

展靖华，连文香，黄莉莉

（兰州工业学院 汽车工程学院，甘肃 兰州 730050）

针对应用型本科院校机械制图教学，将UG三维软件运用于机械制图教学中，根据讲授内容和学生作业需要，建立机械制图三维模型库，在制图教学中向学生演示空间动态模型。这种动态辅助教学方法，取代传统的平面和静态辅助的教学方法。实践证明，UG软件与机械制图的有效融合，使学生更加直观地观察到模型的形成过程以及内部结构，培养了空间理解能力，激发了学生的学习兴趣，并为他们的创新思维和创新设计能力提高奠定了坚实的基础。

UG；机械制图；三维演示；教学辅助

前言

机械制图课程是应用型本科院校机械类专业学生必修的一门专业基础课程，由于机械制图对学生的空间思维能力要求较高，致使理解和空间想象能力较差的学生感觉非常难学，产生厌学、畏学的想法。为了增强学生学习制图的兴趣，激发学习兴趣，提高绘图和读图的能力，采用有效的教学方法尤为重要[1]。本文结合机械制图与三维软件UG的教学实践，提出一种利用UG软件进行三维演示的机械制图教学方法。以往以平面图形和教具为主的演示变为空间立体和动态演示，这样一方面增加了机械制图课堂教学的直观和生动性，另一方面解决了部分学生空间想象能力差感到难学的问题，同时也提高了全班同学的学习兴趣和积极性，对于应用型本科的教学效果的改善是一种行之有效的教学方法和教学手段。

1 建立三维演示模型库

若要使用三维软件辅助制图教学，必须建立三维模型库，模型库包含的模型种类如图1所示，可将库中的模型分成五个大类:空间点线面模型、基本立体、组合体、零件和装配体。教学过程中，在库中找到所需的模型，通过对模型的任意旋转、平移、动态叠加组合以及虚拟拆装等演示立体动态效果，学生更容易理解那些难以想象的空间体。学生在做绘图练习时，可以将练习题中的三维模型上传到网络，学生通过网络查看模型，参照模型完成练习。模型库中的模型精度高、形象逼真、色彩丰富，这种教学模式多元化，学生的学习兴趣和学习效率同时提高，空间想象力也随之丰富，创造性思维得以发展[2]。

图1 三维模型库结构图

2 三维演示在制图课堂教学中的应用

在制图的课堂教学中，一般使用图片、实物教具进行展示，但是随着教学内容的变化，要不断更换教具，因为教具有不易携带、容易损坏，更新慢、不能更改等缺点[1]。而UG强大的建模功能可以做出易于观察、形象逼真的虚拟模型，学生也可以在做习题时随时查看，能快速有效帮学生理解到位且影响深刻[3]。

2.1 三维演示在空间两直线关系中的应用

如图2a所示，要判断图中两条空间直线AB、CD的位置关系，依据直线的投影规律，需做出空间四点A、B、C、D的第三面投影，来判断直线的关系，另一方面依赖于学生的空间想象能力，对于部分空间想象能力欠佳的学生来说，判断起来就比较困难，在讲解这一类题目的时候，UG可以快速绘制出两条直线，并能直观地看直线的空间位置。图2b是UG中绘制的两直线的空间关系模型，图3是UG中空间直线AB、CD的多面投影[4]。

图2 空间直线关系

图3 空间直线AB、CD的多面投影

2.2 使用三维演示辅助基本视图表达的教学

基本体的投影是学生学习制图、培养空间思维的基础，学好这个知识点，能够很好地调动学生学习机械制图的积极性，为后续内容的学习打好基础。在讲解基本体的投影时，将 UG 软件引入课堂，直接从模型库打开模型，也可以当堂展示建模过程，学生通过观看，很容易建立三维空间概念，这种教学方法直观、高效地让学生学习立体的形成过程，课堂效果事半功倍[5]。

2.2.1在基本视图中的应用

如图4所示的习题，要求根据三个视图画出其他三个基本视图，即后视图、仰视图和右视图，这主要依赖于学生的空间思维能力，如果学生在绘图时能参照它的立体图绘制投影图，就容易多了，如图5所示其UG的6个基本视图。

图4 基本体投影练习题

图5 UG中基本体的多面视图

2.2.2在剖视图中的应用

如图6所示，要获得主视图的剖视图，讲解时让学生想象将其沿着俯视图的中心面切开[6]。而UG的三维演示更加直观，如图7所示在UG中创建三维模型，观察结构，然后利用软件的编辑截面功能，看剖切面形状。

图6 剖视图习题

图7 UG中剖视图模型

如图8所示的习题，要求获得两个视图的半剖视图，学生在绘制时配合UG的三维演示和参照，就很容易理解，图9是半剖视图三维模型。

图8 半剖视图习题

图9 UG中半剖视图三维模型

2.2.3在断面图中的应用

如图10所示的轴，要获得轴各位置的断面图，通过UG先创建轴三维立体图，如图11所示。然后通过编辑截面功能按图10中各位置剖切，学生就可以直接看到断面形状。图12是UG中形成的轴的断面图。

图10 轴的断面图习题

图11 轴的三维立体模型

图12 轴的断面图

2.3 使用三维演示辅助零件图和装配图的教学

虎钳由10个零件组成，在随堂讲解虎钳的零件图和装配图时，可以直接从三维模型库中打开，使用UG中的多方向视图、旋转、截面剖切、隐藏、显示等功能向学生展示10个零件的三维结构及装配关系，图13是虎钳主要零件的立体图，图14和图15是虎钳零件的三视图及轴测图。图16是虎钳的装配立体图。在这种直观的教学方法下，学生便能较为深刻地理解装配图的作用和意义。

图13 虎钳零件三维模型

图14 虎钳底座零件图

图15 虎钳钳口零件图

4 结束语

近年来，我校逐渐将三维造型与设计引入制图教学，老师在教学中加入CATIA、UG等软件进行辅助教学，达到与教学内容的有效融合，克服了传统教学方式的缺陷，学生更加透彻地理解教学内容，空间概念更容易形成，这不但改善了教学方法，提高了教学效果，同时也带动了学生的学习兴趣。老师还鼓励学生多使用三维软件，激发他们的创新意识，提高创新能力，在这样的良好学习基础之上，学校组织学生参加了校级、省级以及全国3D大赛、三维数字化创新大赛、年度数字科技文化节等，并在每年的比赛中获得多项奖，成绩喜人，效果显著。

[1] 吴翠琴,孙聃.基于SolidWorks软件辅助机械制图教学研究[J].实验室科学.2016.04(2).

[2] 周登科.UG 软件在机械制图课程教学中的辅助应用初探[J].哈尔滨职业技术学院学报.2016(2).

[3] 郑盛梓.面向三维CAD技术的工程制图教学研究[J].东北大学学报,2005,(8):14-15.

[4] 李杰,陈华江,刘琦等.工程制图虚拟模型室建设探讨[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2006(4):135-136.

[5] 张淑艳,雷光明,成彬等.三维CAD辅助工程制图教学的方法[J].图学学报.2014,35(3) :464-468.

[6] 朱冬梅,胥北澜,何建英.画法几何及其机械制图[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

A

1671-7988(2021)02-167-04

展靖华（1983-），女，讲师，就职于兰州工业学院汽车工程学院，从事汽车三维造型设计、新能源汽车、高校教育教学等研究工作。