邢秀琴，邢秀娟，叶志忠，高春强

（1．中北大学 机械工程与自动化学院，山西 太原 030051；2．山西晋缘网络有限公司，山西 太原030000；3．太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

在工程图学的教学过程中，模型作为必不可少的教具可以辅助学生图学能力的培养［1］。传统的教学模型因其容易损坏、不便携带、不能修改、不能发挥学生的创新能力等缺点，已经不能很好地满足教学要求，教学模型软件的设计、制作已成为工程图学教学改革的重要内容。本文采用UG软件设计、制作教学模型，辅助工程图学的教学，更好地培养学生的图学能力和创新能力。

1 创新模型软件的功能

工程图学的教学中模型能辅助从三维形体到二维图形或者二维图形到三维形体的想象，有利于培养学生的空间思维能力和图学素养［2，3］。要制作模型需要掌握如下三维设计软件：AutoCAD、SolidWorks、UG、Pro／Engineer等，对于刚入学的学生来说很快掌握这些软件很不现实，如果只是将生成的模型展示在学生的面前发挥不出学生的创造力、想象力，调动不了学生的积极性。针对这些情况，为了创新人才的培养，本文的模型制作软件要达到以下要求：

（1）模型制作应有真实感、制作过程应能体现操作者的动手能力，能辅助工程制图教学。通过生成的模型使得课程中的难点变得容易理解，能有效提高操作者的空间思维能力和创造思维能力。

（2）软件应简单、容易操作。在没有掌握三维绘图软件的前提下就能经过简单的操作生成相应的模型。

（3）软件应能让学生进行较简单的构形设计，并生成相应的立体模型和三视图。

（4）应有一定数量的基本模型库及其二维视图库，供参考和学习。

三维模型软件的组成结构如图1所示。

图1 三维模型软件的组成结构图

2 UG的二次开发

模型软件的制作主要依靠三维设计软件，本文通过C＋＋语言对UG软件进行二次开发来设计模型软件。

UG软件是由美国 Unigraphics Solutions of EDS公司开发的 CAD／CAM／CAE 一体化软件［4，5］，UG／OpenAPI是Unigraphics软件中的一个重要模块，是UG的二次开发工具之一。UG／OpenAPI是UG与外部应用程序之间的接口，是UG软件为用户提供的最主要的开发工具。UG／Open API工具功能比较强大，能够实现UG的绝大部分操作，易于进行交互操作，UG软件的二次开发工具关系图如图2所示。UG／Open支持C、C＋＋、NX C＋＋、GRIP、．NET、Java六种语言，其中C＋＋既支持面向对象的程序设计也支持面向过程的程序设计，所以UG软件的二次开发常用C＋＋集成环境进行编译［6］。

图2 UG二次开发工具关系图

3 UG软件二次开发在教学模型软件制作中的应用

由于操作对象是没有掌握UG软件的学生，因此模型软件生成的模型只是借助UG软件来间接生成立体模型，而不是直接通过对UG操作来生成模型。

3．1 人机交互界面的建立

本文利用C＋＋开发工具对UG进行二次开发，建立方便快捷的人机交互界面，在UG原有功能的基础上增加了新的功能，如立体截切、基本体叠加等选项，如图3所示。通过对这些选项的操作借助UG软件生成三维模型，摆脱了只有掌握UG软件的操作才能生成三维模型的限制。由于不会涉及到UG软件的其他操作，相应界面的操作变得简单、容易。这里具体到每一个选项的功能设置应根据UG对每一功能实现的具体方法而定。

图3 模型软件的菜单制作

3．2 基于UG的三维模型制作过程

为实现生成模型不依赖于直接操作UG软件而是通过C＋＋在后台调用UG软件的方法，首先对要求制作的模型进行分类，然后设置相应的功能选项。此模型主要是为教学用，所以模型的分类应与课堂内容相结合。

以工程图学课程中立体截切部分的内容为例，来研究教学模型的建立。在脱离使用UG软件操作的前提下，先调出基本立体模型，然后直接在界面上选取截切位置点来生成相应截切操作的模型是不可能实现的。为此提出了设置约束点参数来确定截切位置，生成相应的三维模型的方法。具体操作步骤如下：①建立基本立体模型的数据库；②设置相关选项，通过程序调用基本立体；③对操作的内容以及截切的相关模式进行分析，设置约束点转换成UG上能实现的操作。设置的约束点应具有一定范围的适用性，能概括某一类或某几类截切操作。

为了更好地配合教学、提高教学质量，软件中约束点的设置应与立体截切部分的教学思路相一致。

在立体截切部分，约束点是根据截切种类来设置的，每种约束方式适应一种及以上的截切种类。由于不能直接用UG生成模型，为了能通过UG软件间接地实现相应的模型，先对截切样式进行了分析，然后通过分析选取合适的、能概括某一种或几种截切类型的约束点。图4是为了实现圆柱截切模型的界面，根据3种截切样式设置的相应约束点坐标参数。选取截切样式，并对约束点参数进行合理的赋值后，由程序控制利用UG软件生成如图5所示的立体模型和相应的三视图。

图4 约束点的设置

图5 生成的立体模型图和三视图

4 结论

本文利用C＋＋开发UG软件，主要针对工程图学的教学进行了不同于以往的功能的开发。对UG进行二次开发后的软件不仅可以使图形或三维模型的生成有直观性的操作、发挥了学生的构形设计能力，而且操作过程摆脱了须掌握UG软件的限制。此软件通过设置约束点参数在UG上成功地生成了相应的三维模型，解决了在没有掌握三维绘图软件UG的前提下生成立体模型的难题。利用此软件操作者可以自己动手操作生成相关的模型，使得课程中的难点变得容易理解，调动了学生的学习积极性，有效地提高了学生的空间思维能力和创新能力，为更好地提高教学质量提供了技术前提。

［1］ 李虹．画法几何及机械制图网CAI教学系统的研究与开发［J］．工程图学学报，2009（6）：164－169．

［2］ 赵国霞．工程图学虚拟模型库系统的开发与研究［D］．兰州：兰州理工大学，2006：1－3．

［3］ 祝锡晶．超声光整加工及表面成型技术［M］．北京：中国科学文化出版社，2005．

［4］ 童秉枢．谈工程图学教学中学生创新能力的培养［J］．工程图学学报，2008（6）：1－6．

［5］ 史丽媛．基于UG参数化设计系统的研究［J］．图学学报，2013，34（2）：108－112．

［6］ 何丽．基于UG的 Web三维零件库系统开发［J］．机床与液压，2012，40（11）：91－94．