首页 -> 2007年第7期
浅谈计算机技术在机械类专业教材建设中的应用
作者：殷小清
关键词：机械类专业教材；三维化；运动化；仿真化；现场化
机械类专业教材建设的发展趋势
随着计算机技术的发展以及各种工程软件的广泛应用，各类教材从形式到内容都悄然发生了变化。将计算机技术应用于教材建设，不仅可以扩大教材的信息量，更重要的是能使教材内容变得更加具体、形象、生动，使学习变得更加轻松、快捷，从而更好地满足当代人获取知识的要求。
传统教材为纸质教材，机械类专业教材中的大量插图多为二维平面图形，由于二维平面图形缺乏直观性，读者必须具备一定的机械识图知识方能看懂。对初学者而言，学习起来比较费力。将计算机技术应用于机械类专业教材的建设，可以极大地改变这种状况。二维图形三维化、静止机构运动化、加工过程仿真化、课堂教学现场化已经成为机械类教材建设的一个发展方向。教材形式已从传统的单一纸质教材向纸质教材配合CD光盘方向发展。
二维图形三维化
在传统的机械类专业教材中，表达零件的结构形状、机器的装配关系大多采用二维平面图形，为了使图形更加直观，有时也配上轴测图（立体图），即便如此，也只能从一个角度观察物体，难以做到多角度、全方位的观察。3D软件的出现和应用为改变这种局面创造了条件。一方面，它使立体图的创建更加容易，另一方面，可以方便地根据需要选择观察角度，运用软件的旋转功能，对其进行全方位的观察。将3D软件应用于机械类专业教材的建设，将二维图形三维化，无疑会给读图带来很大的方便。
推荐使用的三维建模软件有：Pro/Engineer、UG、SolidWorks、SolidEdge、I-DAES、CAXA、HELIX、MDT、Cimatron等。
以Pro/Engineer为例，介绍零件设计的基本流程如图1所示，机器装配的基本流程如图2所示。
静止机构运动化
用二维图形配上文字说明来表达机构（机器）的运动原理、液压系统工作原理是传统机械类专业教材通常采用的形式。要看到运动着的机构（机器），通常的做法是到现场参观（有示教板的可以用示教板进行演示）。现场教学虽然是一种很好的教学方法，但也有它的局限性，如有的教学单位不具备条件，一些特殊设备不容易见到，或由于设备结构的限制，不能够看到运动部分的全貌（如液压系统）。运用动画制作软件及仿真软件，能够模拟真实机构（机器）的运动过程，将用软件制作的运动机构的数字模型用于课堂教学，可以取得一目了然的效果。
推荐使用的动画制作软件有：Flash用于编辑制作向量图形动画；Director用于编辑制作二维动画或创建交互性影片；3D MAX用于编辑制作三维图像及动画。
推荐使用的机构仿真软件有：PRO/Engineer、UG、ADMAS、CATLA、DADS等。
将不同的软件集成使用，充分发挥各自的长处，是一种常见的做法。图3介绍了Pro/Engineer与ADMAS集成创建三维动画的基本流程。
加工过程仿真化
机械制造（加工）方面的教材是机械类专业教材的一个重要组成部分，其特点是实践性强。传统教材可称之为“纸上谈兵”，这类教材往往因为内容枯燥而影响学生的学习兴趣。如果能运用加工仿真软件对教材中每一个实例的加工过程进行模拟仿真，对提高学生的学习兴趣、提高教学效果将起到很大的作用。
推荐使用的加工仿真软件有：Mastercam、Cimatron、UG、PRO/Engineer、CATLA、CAXA、宇龙数控加工仿真系统等。
课堂教学现场化
为了提高教学效果，不少机械类专业课程需要采用现场教学方式。现场教学的局限性在于：（1）学生多，空间小，即使是分组进行，有时也会由于学生所站的位置不合适而影响观看效果。（2）对一般教学单位而言，只针对重要的、综合的知识点进行现场教学，对分散的知识点则容易忽略。（3）现场教学提供给学生的机会有限，不可能无限制地重复观看。运用数码摄像机将现场拍摄下来，就可以将现场搬进课堂，实现课堂教学现场化。如此，不仅可以克服现场教学的局限性，而且通过合理运用摄像技术，还可以提高观看效果，从而提高教学效果。
个人电脑、数码摄像机、刻录设备、多媒体教学设备、各种工程软件的广泛应用，为实现二维图形三维化、静止机构运动化、加工过程仿真化、课堂教学现场化提供了可靠保障。实现“四化”无疑对教材的编著者提出了更高的要求，但优势也是显而易见的：（1）能够将教材内容更加具体、直观、形象、生动地表达出来，从而更大限度地发挥教材的作用。（2）能够使学习变得更加轻松、快捷，节省学习时间。（3）能够为教学单位降低教学成本。虽然说其他的人也可以根据教材内容进行“四化”，但由于教材的编著者掌握着全面且丰富的第一手资料，因此，由教材编著者实现“四化”更为现实可行。
两条建议：（1）建议出版单位按“四化”要求组织出版一批机械类专业教材。（2）建议有关部门在对机械类专业教材进行评比时，将是否具备“四化”作为评优的条件之一。
参考文献：
[1]孙江宏，黄小龙，罗珅.Pro/Engineer 2001.虚拟设计与装配[M].北京：中国铁道出版社，2003.
[2]李军，邢俊文，覃文洁.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.
[3]王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M].西安：西北工业大学出版，2002.
[4]熊冠恒，杨南团.多媒体制作与Authorware[M].北京：人民邮电出版社，2005.
作者简介：
殷小清（1970—），男，讲师，主要从事CAD/CAE/CAM方面的教学和研究工作。