以赛助学的三维装配体建模及动画设计实验

时间:2022-10-12 12:00:19

以赛助学的三维装配体建模及动画设计实验

【摘要】《机械制图》是一门以空间立体图示和空间问题图解为核心的工科技术基础课,目前制图教学已经不再是空想加绘图的时代了,更加强调设计能力和创新思维的培养,将计算机绘图教学由二维平面图形绘制拓展为三维实体造型。将《机械制图》教学与三维建模设计竞赛相结合,加强学生动手能力的培养和工程实验的训练,给学生提供一个展示才华的平台,为优秀人才脱颖而出创造条件,并与职业资格证书紧密结合。

【关键词】机械制图计算机绘图实体造型技能竞赛资格证书

《机械制图》是一门工科技术基础课,它的理论严谨、实验性很强、与工程实验有着密切的联系。课程的实验性对培养学生掌握科学思维方法,增强工程和创新意识有着重要的作用。实验教学的设计思想是:支撑课程、完成课程,培养学生设计表达能力和空间思维能力的总体教学目标,同时使学生掌握现代设计的基本能力。

目前制图教学已经不再是空想加绘图的时代了,在讲授画法几何及机械制图等理论知识的基础上,强调设计能力和创新思维的培养,将计算机绘图教学由二维平面图形绘制拓展为三维实体造型(建模)。目前三维实体设计软件已经成为现在工程设计的主流软件,其使工程设计变得相对的简单、直观、方便。在教学中引入新的技术、新的方法也是我们教师的责任。为此我试图从工程教育入手,将《机械制图》教学与“CAXA杯北京市工科院校CAD技能竞赛——三维建模设计竞赛”(包括零件建模和装配体建模及动画等)相结合。其目的是加强学生动手能力的培养和工程实验的训练,给学生提供一个展示才华的平台,为优秀人才脱颖而出创造条件,目前已进行了几年并取得了良好的效果。

三维建模设计竞赛竞赛内容分为现场“根据给定的二维机械工程图进行三维数字建模”和“自由命题三维建模”两个项目。三维竞赛自由选题作品占总分值的40%,目的是检验选手的创新能力,具体要求为:

1.必须是一件具有完整、正确功能的原创作品;

2.作品范围:机械工业产品、建筑设计、园林环境、家具、玩具、乐器、兵器、室内设计等;

3.作品涉及的建模功能(造型、曲线曲面的应用、装配与分解、动画、渲染等)设计正确、功能合理、造型美观;

4.作品能演示、能分解,能现场装配,有动画表演。

竞赛与职业证书紧密结合,选手根据竞赛成绩可以获得相应奖项,另外符合要求的学生均可以获得教育部教育管理信息中心颁发的“CAxc全国计算机辅助技术应用工程师”资格证书,如图1:

图1资格证书

1.三维实体造型实验教学的创新与特点

在学生中开展以“三维建模设计”为主线的实验教学,开设多层次的实验教学,以适应“制造业信息化”发展的要求,这种实验教学具有以下的创新与特点:

1.1开设了计算机三维实体造型设计性实验。

计算机二维绘图和三维实体造型实验对学生掌握现代化设计方法起着重要作用,本着教育要适度超前的原则,我们在二维绘图的基础上,开设了三维实体造型实验。

1.2综合性、设计性实验比重较大,有利于锻炼学生的创造性和发现、分析、解决问题的能力。

计算机三维实体造型实验,把美学与机械学有机的结合,培养学生创新思维能力。三维实体造型部分允许学生自选形体,充分发挥学生的探索和创新思维能力,属于设计性实验,如图2为学生的创新设计作品:

图2 学生创新设计作品

1.3通过实验教学环节的训练,给学生一个动手、动脑和创造的空间,培养学生的空间思维能力和创造性思维能力,在逐渐培养学生的综合能力方面,取得了较好的效果。

2.三维实体造型实验教学的效果

2.1 CAXA实体设计软件是较高层次的三维参数化工程设计软件,从2008年开始已在学生中推广。目的是使学生掌握数字化绘图技术,适应现代化生产的发展。通过实验,使学生增强了现代设计的理念,掌握在计算机上绘制二维投影图和根据二维图纸生成三维实体造型的方法和技能,为从事现代化生产打下了良好的基础。图3是学生的部分作业:

图3学生作业

2.2 计算机三维零件实体造型综合训练已在学生中实验了多年,图4是他们完成的部分指定零件实体造型和装配体的装配,并进行分解动画、渲染等:

图4实体设计作品

2.3针对产品设计开展三维表达方式的“3D机械制图”教学,依托CAXA实体造型设计软件进行自主设计三维实体造型,图5是部分学生参加建模设计大赛时的作品和大赛获奖证书。图4 参赛作品及获奖证书

三维实体造型设计的引入,使学生在接受职业教育的开始阶段就接触工程设计的基本概念,了解并逐步掌握现代工程设计的有关思想和方法,较快地树立现代工程意识,为后续课程的学习,如CAD/CAM、数控加工以及毕业设计等奠定良好基础。此外三维实体造型设计进一步丰富了机械制图的教学内涵,为在开发学生创新能力的培养中确立本课程的基础地位做出积极的贡献。

3.引入三维内容带来的思考

3.1对传统工程制图课程地位与教学内容的冲击和挑战

工程制图课程的性质是以空间立体(工程技术问题)图示和空间问题图解为核心的工科技术基础课。而三维实体造型设计软件的功能和特点是参数化驱动,特征化造型联动结构设计软件,尺寸参数驱动的数字化描述,使得图形定义问题变得易于理解。

3.2特征化的结构设计与立体构思的进一步融合

特征化解析基本形体的形成过程,有利于理解“点线面体”的关系。而三维实体造型过程符合形体分析的理论体系,不同的特征组合可以开阔造型思维形成思路。

3.3对于冲击与挑战的思考

工程制图所培养的思维是面向工程表达和设计的一种创新思维,不是一般意义上的形象思维。如何处理好传统工程制图课程地位与教学内容与设计的关系、与电子化图纸的关系、思维训练的关系是一个新的挑战。

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