计算机技术发展给工程图学教学带来的巨大变革

0 引言

工程图学作为工程交流的语言，重要性不言而喻。工程图学随着工程实践的需要及各种新技术的发展而不断发展变化。近半个世纪计算机技术的迅猛发展，给人类的生产和生活带来了翻天覆地的变化，影响了工程技术的方方面面，也影响着工程图学的核心内容，并最终改变了工程图学的教学内容和教学形式。

1 工程图学核心内容的变化

传统的加工过程中，加工工人需要二维视图精确表达形体来进行加工，因此传统的产品设计基本过程是设计人员先在头脑中设想好机件的三维实体形状，然后利用机件的表达方法把设想好的三维实体形状转换为二维视图， 形成机件的图样，接着加工工人再经过分析图样中的二维视图，想象出该机件的三维实体形状。这种常规的由三维到二维再到三维的工程图学的应用过程较为复杂，其中二维视图的重要性不言而喻，在二维视图中的剖视图、断面图、简化画法等知识点需要花大量篇幅来说明。

随着计算机行业的飞速发展，三维软件如Soidworks、Pro/E、UG等已广泛用于工程设计与制造中。先进的工程实践过程通过三维设计的模型，不经过二维出图，直接经过计算机辅助制造（CAM），在数据加工设备上进行加工，生产出产品，从此将告别图纸化年代。设计师设计的产品在屏幕上直接三维实体图像仿真出现，形象又逼真。是直接的思维过程，不用再由三维模型转二维视图再转三维等繁复的过程，表达更清晰、准确、直观。加工人员直接读取三维实体图及其对应尺寸、公差和技术要求等信息，加工出用户需求的产品。以前繁重的手工绘图已不再适应社会发展的需求， 其速度、保存、修改都严重地影响了工作效率和质量；三维图样的形成， 使人们对空间形体的把握更为直观， 三维CAD设计过程省去了三维实体形状和二维视图之间的转换过程；因此我们甩掉了图板。计算机技术的发展使得工程图学的应用发生了巨大的变化：过去，人们把工程图纸作为表达零件形状、传递零件分析和制造的各种数据的唯一方法。现在，应用高性能的计算机绘图软件生成的实体模型可以清晰而完整的描述零件的几何形状、并且可以基于特征造型的实体模型直接生成该零件的工程图或数据代码，完成零件的工程分析和制造。为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。目前，计算机辅助产品的设计绘图（CAD）、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效。随着计算机图形学、人工智能、计算机网络等基础技术的发展和计算机集成制造、并行工程、协同设计等现代设计理论和方法的研究，使得CAD系统也由单纯二维绘图向三维智能设计、物性分析、动态仿真方向发展，参数化设计向变量化和VGX（超变量化）方向发展，几何造型、曲面造型、实体造型向特征造型等方向发展都取得了巨大成绩。作为CAD技术核心的几何建模，由最初的线筐模型、表面模型发展到实体模型、特征模型经历了由几何信息模型、拓扑信息模型、到产品的发展过程，实现了设计、制造、测试一体化。

三维实体绘图软件的产生除了能得到实体转型，还能够利用设计出来的三维实体模型进行模拟装配和静态干涉检验、机构分析和动态干涉检验、动力学分析、强度分析等。因此，运用三维设计软件的真正意义不仅仅在于设计模型本身，而是设计出模型后的处理工作，对于有问题的，修改使其满足用户的需求，满足实践要求.避免重复劳动，更高效地实现设计意图。

但是由目前的现状转型到将来，仍然需要中间的过渡期，现有的技术和设备不可能由人们习惯的二维图纸时代一下子转换成三维设计、数据处理加工的时代。这一段适应期，要大量工程技术人员学习和革新来适应潮流的发展。对于在校学生则通过教学改革直接接受新的教学内容。设计者三维思维、三维设计，由软件自动生成二维图纸，以供加工工件之需，是过渡期的特点。

从工程图学内容上说，计算机技术的发展改?了工程图学课程学习的重点，三维教学课程将越来越占据重要位置，并最终取替二维视图在教学中的地位。

3 工程图学课程的教学形式的改变

计算机技术的发展，把多媒体技术引入到工程图学的教学课堂中，改变了工程图学课程的教学形式。

传统的教学是手工仪器绘图、课堂纸质挂图、实物模型、加上课堂讲授的方式，在课时以及实物模型有限的情况下，教师不可能把全部立体图形都画在黑板上，这样就存在口述一个工程实体原形的情况，学生只能凭借想象力来跟上老师的讲解过程，想象实体的形状，给初学者带来很多困难，课堂学习效率低下。 随着多媒体技术的发展，学习过程中教师每讲授一个工程实体原形就有相对应的立体图形展示给学生，甚至还有动画过程和爆炸图解过程，学生由不知所云到感同身受，由想象教学到情景教学，由枯燥的文字和挂图到动画交互方式教学模式，极大地提高和激发了学生学习工程图的学习兴趣，为后续应用于实际生产中奠定基础。例如在工程图学的装配图内容里，有机器的装配和拆卸动画演示过程，同学们了解了机器的结构，在画图时就能在理解机器各部件关系的条件之下进行绘制而不是死记硬背，提高了课堂教学效率和质量。

4 工程图学教学改革

工程图学的内容和教学形式都随着计算机技术的发展产生了巨大的变化，因此对其进行改革已是势在必行。工程图学教学内容和教学形式的新变化决定了工程图学改革的方向。目前工程图学主要包括画法几何和机械制图两部分内容。

4.1 画法几何是培养学生具备立体概念、立体感的学科，工科院校学生只靠高中的立体几何知识不足以满足工程技术人员的读图、绘图能力需求。画法几何培养空间想象、空间思维、空间解析能力和图形表达能力及计算机辅助设计能力也是下一步学习工程图学甚至进行机械设计的基础，是在练“内功”，决不可轻而视之。就这一点意义上讲，画法几何不会被削弱计划学时更不会被取消。

4.2 机械制图课却要做重大改革，由于三维实体模型越来越占据主要位置，因此二维视图的课程内容会越来越简化，如机械制图中是重点也是难点的机件表达方法，在未来的无纸化图形管理中，不再需要通过繁复的剖视、简化画法来表达机件。当然目前属于转型期间，二维图形的课程可以削弱但不能完全去除。但是，学习三维实体模型绘制软件比如Pro/E等等课程的学时一定要增加。

4.3 无论是画法几何还是机械制图课程，都可以在授课过程中，充分利用计算机的功能，如：利用ppt提高授课效率；利用网络平台找到实际的或者形象的机器加工过程或工作过程；用三维软件来表达图形，利用其中旋转等等命令，从不同角度观察对象，这些方法都能让学生更容易理解，提高学生的学习积极性。

5 结论

工程图学发展的目标即方便设计人员设计，更符合设计直接思维，又方便加工人员加工需要。随着计算机技术的迅猛发展，必将给设计者带来更大的福音，而相与之配套使用的数据处理软件与数据加工设备也必将应运而生，彻底告别图纸化时代，由三维设计到三维加工是工程图学发展的必然趋势。

[1]吴伟涛.胡建平.高职制图教学改革的探索与实践[J].工程图学学报, 2007(22).