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[摘要]三维CAD技术的教学，不仅是让学生掌握绘制二维工程图纸，还要掌握计算机三维造型设计原理和方法。传统机械制图教学内容与三维CAD技术之间存在着名词术语、理论方法、空间思维过程等方面的差异。如何将CAD技术思想、方法融入到传统机械制图的教学中，为培养学生的空间想象能力、创新思维能力和工程素质奠定基础，论文就CAD教学的实践开展了相关的实践和探讨。
[关键词]三维CAD 机械制图 教学方法
一、前言
随着工业社会向信息社会的转型，围绕提高产品设计制造的创新能力，三维CAD/CAE/CAM等现代设计制造技术迅速得到推广和应用，制造业信息化的发展成为必然趋势。制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，改善产品开发、生产制造和管理等环节，提高生产效率、提升创新能力，带动产品设计方法、设计工具、制造技术的创新和企业间协作关系的创新，从而实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化，全面提升我国制造业的竞争力。
二、机械制图的现状
受计算机技术发展的制约，传统机械设计、制造都是依据二维投影视图开展。然而设计构思开始于三维构形，制造的结果又是设计构思的三维实体再现。在设计的“开始”和制造的“结果”之间，却依靠二维投影视图特定的工程语言来传递信息、表达思想、指导 “三维”实体的制造，二维图的表达信息极不完整，而且绘图、读图要经过专门训练的人来进行，这实在是一种迫不得已的“翻译”。在这样的信息传递与转换过程中，表达内容抽象不具体、非专业技术人员看不懂，传递信息不准确，可能会导致信息传递的多义性、欠缺性等差错。
三维CAD技术符合人的设计思维习惯，整个设计过程完全可以在三维模型上讨论，能够让我们在平面显示器上构造出三维立体的设计模型，直观形象。而且三维CAD技术可以保留设计过程的中间结果，便于开展优化设计，进行应力/应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、NC编程及可加工性分析、二维工程图的自动生成、外观造型效果评价等工作。因而三维CAD技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术。
三、三维CAD教学方法
《高等教育法》第五条规定人才的培养目标是：……培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。为此，在《机械制图》教学过程中引入了三维CAD技术，以“设计为指导、能力为目标”开展教学活动，不再以二维平面绘图为核心，增加特征技术、尺寸约束、参数化、变量化等三维建模的教学内容，重点培养学生的工程设计能力和创新实践能力，利于学生尽快掌握三维CAD技术。
如何将CAD技术思想和方法融入到传统机械制图的教学中，将计算机辅助设计的工具与课程教学有机结合起来，为培养学生的空间想象能力、创新能力和工程素质奠定基础，需要教师在授课过程之中，对传统机械制图教学的内容与三维CAD技术之间在名词术语、理论方法、空间思维过程等方面存在差异等问题进行联接和整合。为此，笔者在教学中进行了如下三个方面的探讨与实践：
（一）实体的二维投影平面与三维CAD坐标面的不一致
实体的二维投影视图，是根据投影规则形成的实体轮廓的平面视图。一个实体根据不同的投影方向有不同的二维视图，这些视图与实体模型的建立，并没有必然的联系。而在三维CAD技术中，将前、俯、右视面的三个投影面与X-Y-Z坐标面建立了直接的联系，该技术强调的是以这三个坐标面之一为基准面，按照实体在该面上的投影视图作为特征操作的基准轮廓，开展造型设计。因此应以坐标面引出投影面，使学生正确选择能够反映出实体特征的投影面，掌握特征建模的技术，加深对投影面的理解。
（二）传统尺寸的定义与三维尺寸约束的不一致
机械制图中的二维图形是通过确定基准、定形尺寸和定位尺寸来定义图形的，可是在三维建模的二维草图中，利用尺寸约束的概念进行尺寸标注，尺寸约束具有驱动几何图形改变的功能。
将形状和尺寸结合起来，通过变量化技术，改变尺寸约束实现对几何模型的形状控制，这是三维CAD技术的特征之一，是平面绘图工具所不具有的。但是在导出二维工程图的时候，必须按照制图规则，依据加工工艺的要求，准确定义基准尺寸、定形和定位尺寸，避免与尺寸标注的标准不一致，导致绘制的尺寸违背加工工艺的要求。
（三）形体分析与特征草图的不一致
机械制图的形体分析，是将复杂实体模型视为基本立体的叠加和挖切，而在三维建模的形体构成分析中，复杂实体模型基于特征操作完成的，比如通过拉伸、旋转、扫描、放样等特征操作，再经过布尔运算完成模型的建立。特征草图必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。
四、总结
三维CAD 技术主要包括二维计算机绘图和三维建模技术。计算机绘图不仅仅只是利用绘图软件临摹、绘制出二维工程图纸的“甩图版”的工具，还要让学生通过三维软件的学习与应用，掌握计算机三维造型设计原理和方法，培养学生的创新思维能力。
*[基金项目]安徽高等学校省级教学研究项目：面向3D技术探索机械专业毕业设计创新实践（NO.20100440）
（作者单位：安徽理工大学机械工程学院 安徽淮南）
[关键词]三维CAD 机械制图 教学方法
一、前言
随着工业社会向信息社会的转型，围绕提高产品设计制造的创新能力，三维CAD/CAE/CAM等现代设计制造技术迅速得到推广和应用，制造业信息化的发展成为必然趋势。制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，改善产品开发、生产制造和管理等环节，提高生产效率、提升创新能力，带动产品设计方法、设计工具、制造技术的创新和企业间协作关系的创新，从而实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化，全面提升我国制造业的竞争力。
二、机械制图的现状
受计算机技术发展的制约，传统机械设计、制造都是依据二维投影视图开展。然而设计构思开始于三维构形，制造的结果又是设计构思的三维实体再现。在设计的“开始”和制造的“结果”之间，却依靠二维投影视图特定的工程语言来传递信息、表达思想、指导 “三维”实体的制造，二维图的表达信息极不完整，而且绘图、读图要经过专门训练的人来进行，这实在是一种迫不得已的“翻译”。在这样的信息传递与转换过程中，表达内容抽象不具体、非专业技术人员看不懂，传递信息不准确，可能会导致信息传递的多义性、欠缺性等差错。
三维CAD技术符合人的设计思维习惯，整个设计过程完全可以在三维模型上讨论，能够让我们在平面显示器上构造出三维立体的设计模型，直观形象。而且三维CAD技术可以保留设计过程的中间结果，便于开展优化设计，进行应力/应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、NC编程及可加工性分析、二维工程图的自动生成、外观造型效果评价等工作。因而三维CAD技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术。
三、三维CAD教学方法
《高等教育法》第五条规定人才的培养目标是：……培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。为此，在《机械制图》教学过程中引入了三维CAD技术，以“设计为指导、能力为目标”开展教学活动，不再以二维平面绘图为核心，增加特征技术、尺寸约束、参数化、变量化等三维建模的教学内容，重点培养学生的工程设计能力和创新实践能力，利于学生尽快掌握三维CAD技术。
如何将CAD技术思想和方法融入到传统机械制图的教学中，将计算机辅助设计的工具与课程教学有机结合起来，为培养学生的空间想象能力、创新能力和工程素质奠定基础，需要教师在授课过程之中，对传统机械制图教学的内容与三维CAD技术之间在名词术语、理论方法、空间思维过程等方面存在差异等问题进行联接和整合。为此，笔者在教学中进行了如下三个方面的探讨与实践：
（一）实体的二维投影平面与三维CAD坐标面的不一致
实体的二维投影视图，是根据投影规则形成的实体轮廓的平面视图。一个实体根据不同的投影方向有不同的二维视图，这些视图与实体模型的建立，并没有必然的联系。而在三维CAD技术中，将前、俯、右视面的三个投影面与X-Y-Z坐标面建立了直接的联系，该技术强调的是以这三个坐标面之一为基准面，按照实体在该面上的投影视图作为特征操作的基准轮廓，开展造型设计。因此应以坐标面引出投影面，使学生正确选择能够反映出实体特征的投影面，掌握特征建模的技术，加深对投影面的理解。
（二）传统尺寸的定义与三维尺寸约束的不一致
机械制图中的二维图形是通过确定基准、定形尺寸和定位尺寸来定义图形的，可是在三维建模的二维草图中，利用尺寸约束的概念进行尺寸标注，尺寸约束具有驱动几何图形改变的功能。
将形状和尺寸结合起来，通过变量化技术，改变尺寸约束实现对几何模型的形状控制，这是三维CAD技术的特征之一，是平面绘图工具所不具有的。但是在导出二维工程图的时候，必须按照制图规则，依据加工工艺的要求，准确定义基准尺寸、定形和定位尺寸，避免与尺寸标注的标准不一致，导致绘制的尺寸违背加工工艺的要求。
（三）形体分析与特征草图的不一致
机械制图的形体分析，是将复杂实体模型视为基本立体的叠加和挖切，而在三维建模的形体构成分析中，复杂实体模型基于特征操作完成的，比如通过拉伸、旋转、扫描、放样等特征操作，再经过布尔运算完成模型的建立。特征草图必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。
四、总结
三维CAD 技术主要包括二维计算机绘图和三维建模技术。计算机绘图不仅仅只是利用绘图软件临摹、绘制出二维工程图纸的“甩图版”的工具，还要让学生通过三维软件的学习与应用，掌握计算机三维造型设计原理和方法，培养学生的创新思维能力。
*[基金项目]安徽高等学校省级教学研究项目：面向3D技术探索机械专业毕业设计创新实践（NO.20100440）
（作者单位：安徽理工大学机械工程学院 安徽淮南）