一种导弹发射阀教学讲解方法探讨*

唐茂华，谭 庆，楚哲宇，伍 洋

(湖南国防工业职业技术学院 武器装备技术学院，湖南 湘潭 411207)

0 引言

国内外对二维工程图向三维实体重构的研究主要面向单个零件展开。刘念[1]提出了一种通过二值化、综合形态学去躁、中值滤波、细化等方法提取轮廓曲线，基于Pro、ToolKit应用程序的轴类零件工程图纸到零件三维模型成型的方法。刘国华[2]提出了基于工程语义的特征识别和三维重构的方法。李燕[3]对二维-三维重构技术的原理和发展进行了分析。杨燕燕[4]提出了一种从工业化设计草图、效果图或者有关工业产品的外型图片出发，进行三维重构的方法，还提出了面向工业设计的基于几何和图像的混合建模方法。黄艳华[5]提出了一种用ObjectARX2002对AutoCAD进行开发的方法来实现三维重建。吕兴寿[6]对矢量化方法的工程图纸计算机处理技术进展与存在的问题进行了梳理。2013年清华大学和以色列Tel Aviv大学联合研发了一款名为3-Sweep的软件，该软件可以从2D图片中提取物体的3D信息，无需拍摄多张照片就可以建立物体的3D模型。该方法的关键之处在于将人类的认知能力和计算机的精确性结合到一起，使用者只需用鼠标描出物体轮廓，告诉软件物体的轴线在哪里，然后软件就可以自动提取物体信息，建立3D模型。目前，该软件在对烟斗、水杯、水龙头等单一零件建模上展现出了强大的外轮廓三维重构能力，但对内部装配关系的表达还无相应功能模块[7-15]。

在面向高职学生进行《发射系统构造》课程讲解时，通常采用的教学过程为：老师依托实物、三维模型、动画和挂图进行理论讲解，讲解过程中视情况对学生进行随机提问。整个教学活动主要是以教师为主体的较为落后的教学方式，未充分调动学生积极性，不是以学生作为教学主体。为提高教学质量，使学生愿学、易学、乐学，本课题提出了一种让学生依托二维原理图进行三维建模，然后教师再进行辅助讲解的授课模式。

1 传统教学流程

本文以压缩空气弹射发射阀为例，介绍传统的教学流程。传统教学流程分为以下两步：①介绍发射阀结构组成；②利用二维流程演示图对工作原理进行讲解说明。

第一步：介绍发射阀结构组成。利用如图1所示的挂图向学生介绍该装置的主要组成。发射阀是压缩空气弹射装置用于开启和密闭压缩空气的关键部件，其由压力罐、上隔板、管道Ⅰ、导气管、活塞、管道Ⅱ和往复件等组成。

1-压力罐；2-上隔板；3-管道Ⅰ；4-导气管；5-活塞；6-管道Ⅱ；7-往复件

第二步：利用二维流程演示图(如图2所示)对工作原理进行讲解说明。气体未进入管道Ⅰ之前，气体由管道Ⅱ和空腔Ⅱ到导气管的通路被活塞阻隔，气体不能由空腔Ⅱ进入导气管。

图2 发射阀发射过程

气体进入管道Ⅰ后进入空腔Ⅰ，气体将上隔板、往复件和活塞往上推，使得贮气罐内部气体压力升高，与此同时气体由空腔Ⅱ进入导气管，导气管内的气体被导入至导弹下方，完成对导弹的弹射。

导弹发射完成后，导气管内的压力迅速下降，上隔板、往复件和活塞在贮气罐内的气体压力作用下下降，活塞贴紧导气管斜面，关闭空腔Ⅱ到导气管的气体通路，完成一次发射任务。

2 结合三维快速建模的教学流程

由于《发射系统构造》课程在大二第二个学期授课。在人才培养方案中，本校“机械设计基础专业”的学生大二第一学期开设有《SolidWorks应用》课程，学生具备简单三维制图的功底。因此可以考虑在授课过程中加入短时间的三维快速建模环节，增强学生对知识的吸收效果。

结合三维快速建模的教学分为以下4步：①向学生介绍发射阀结构组成，用时10 min；②学生使用教师提供的CAD简图，依托SolidWorks三维建模软件进行快速建模，用时10 min；③教师使用学生绘制的三维模型对结构进行动作原理讲解，用时20 min；④提问和答疑，用时5 min。

第一步：向学生介绍发射阀结构组成。

第二步：学生使用教师提供的CAD简图，依托UG三维建模软件进行快速建模。建模流程如下：将挂图照片复制粘贴到二维制图软件中→教师课前对照片中的主要轮廓线描图已绘制工程图并下发给学生→学生将绘制的工程图导入UG三维建模软件，使用拉伸和旋转两个命令快速建模。建模耗时8 min左右。图3为依据发射阀二维图进行三维快速建模。

图3 依据发射阀二维图进行三维快速建模

第三步：教师使用学生绘制的三维模型对结构进行动作原理讲解。挑选一个建模比较快速细致的学生，借助其构建的三维模型，使用3/4剖视图和软件中的移动命令，对发射阀工作过程中各机构的作用和动作进行演示。

第四步：答疑。随机选择同学对发射流程进行复述，针对学生错误率较高的节点，有针对性地对相关结构动作原理进行点拨，及时解决学生的疑惑。

3 教学对比实验

为了探究新设计的教学流程能否可以大幅度提高学生学习效果，选择A、B、C、D四个前三个学期成绩相近的平行班中开展了对比实验。A、B两班共100人采用传统教学方式，C、D两班共106人采用新的教学流程。A、B、C、D四个班，随堂小测验正确率分别为76.8%、77%、80.8%和81.5%。

4 结束语

本文对比了传统导弹教学设计和结合三维快速建模的教学设计两种授课模式下的教学效果，结果表明后者的教学效果更佳，学生通过亲身实践既了解了零件的结构特点，熟悉了零件的名称，又进一步强化了其三维建模能力，且有助于提高学生的成就感和学习兴趣。