陳　榮，張　玄

(1.陜西廣播電視大學 學分銀行建設組，陜西　西安　710119；2.陜西廣播電視大學 資源建設與現代教育技術中心，陜西　西安　710119.)

【理工園地】

基于MBD技術機械類三維教學資源制作及應用*

陳榮1，張玄2

(1.陜西廣播電視大學 學分銀行建設組，陜西西安710119；2.陜西廣播電視大學 資源建設與現代教育技術中心，陜西西安710119.)

[摘要]通過分析MBD技術的特點，探討了MBD技術在教學資源制作中的應用，給出了基于MBD技術機械類三維教學資源制作方法。通過這種方法制作的資源彌補了傳統(tǒng)資源表現力不足、互動性差，使用不方便等問題，有助于提高學生的學習興趣、學習效率及質量。[關鍵詞] MBD；機械；教學資源;

隨著數字化設計、制造技術在機械領域深入應用，在現代制造企業(yè)中為了縮短生產周期、提高質量、降低成本，提高企業(yè)的市場核心競爭力，正在關注并大力推進第三代工程語言—MBD技術的發(fā)展。用三維MBD模型代替二維工程圖已經成為機械產品制造業(yè)發(fā)展的未來趨勢。在教育領域自覺適應這一趨勢，在工程信息傳遞手段上向企業(yè)靠攏，不但能提高教學效果、增加學生就業(yè)適應性，而且對于學校機械類專業(yè)教學質量的提升都具有重要意義。筆者結合機械類專業(yè)教學談談MBD技術在教學資源制作中的應用。

1.何謂MBD

圖1　MBD模型組成

MBD(Model Based Definition)，即基于模型的定義，有時也被稱為數字產品定義，是一種面向計算機應用的產品數字化定義技術，也是一項實現產品設計制造過程數字化、無紙化的基礎技術。MBD零件模型一般由設計模型、三維注釋以及屬性構成，如圖1所示。產品幾何形狀信息用三維圖形的方式來描述(設計模型)。三維注釋和屬性等包含在非幾何信息中。產品的尺寸與公差、幾何公差、表面粗糙度要求等約束信息用三維注釋來表達，產品的標準說明、零件說明、標注說明、原材料規(guī)范、分析數據、測試需求等產品內置信息則通過屬性表達。MBD裝配模型則是由一系列MBD零件模型組成的裝配零件加上以文字表達的非幾何信息(包括配合公差、BOM表、裝配要求等)組成。

由上可見MBD是一種三維 “所見即所得”的數字化定義技術，MBD模型不但包含幾何設計信息而且包含工藝、制造、管理信息，是一個3D數字化全信息模型。在工程信息傳遞中使用人員直接從三維模型中直觀地讀取設計信息，這種三維的數據表達方式大大減少了設計、工藝、制造人員理解偏差導致出錯的可能性。

2.MBD技術應用在教學資源中的特點

目前高校中機械專業(yè)的數字化教學資源建設已取得一定成效，但這類資源本質上還是二維方式(工程圖、圖片、視頻)，在知識傳遞上存在不直觀、不系統(tǒng)、使用不方便等缺點。而MBD技術則通過三維信息實現全面工程信息的傳遞，將其應用于教學資源制作不但有利于消除信息孤島現象而且會推進數字化資源更加深入應用，其具體特點表現在以下方面：

1.快速全面的結構展示。MBD技術是基于三維模型的，在教學中可以通過平移、縮放、旋轉、測量、動態(tài)剖面及其他 3D工具在 3D 中研究模型，表現效果更為直觀、逼真，具有很強的交互性。

2. 全面、專業(yè)信息傳遞。使用MBD技術不但可以簡單快捷地全方位三維展示零部件結構，而且可以在三維模型上設定PMI(產品和制造信息)數據，如產品模型、尺寸、形位公差、表面粗糙度、焊接符號、材料明細表 (BOM)、標注、表格、注釋、屬性以及其他注解。這樣學生面對的不光是一個三維幾何模型，設計制造信息的加入使學生對學習對象的理解更加全面，知識系統(tǒng)性更強，有利于提高專業(yè)知識的理解和接受。

3.增強吸引力。MBD模型可以附加材質提供實物般感覺，加上良好的互動性，使得整個教學和展示過程中的交流變得直觀、形象，將大大提高學生的學習興趣，激發(fā)學生學習的熱情和主動性，有效地提高學生參與的程度和深度。

4.實例豐富，制作成本低。由于三維建模技術的逐漸成熟，現在三維實體造型、裝配非常方便，在長期的教學實踐中教師也積累有大量的實例素材，同時在網絡上一些專業(yè)網站和企業(yè)網站也提供有大量的免費產品三維模型可供下載。選擇合適的模型，采用MBD技術，教師就可以直接在三維環(huán)境下制作資源，縮短教學資源制作周期、提高現有資源利用率。相信隨著這種數字化資源的深入使用在教學中我們就可以逐步脫離實物模型，實現無紙化教學。

5.有利于資源整合，便于使用?；贛BD模型可以發(fā)布為3D PDF文件，這種文件使用、編輯方便，相關的多媒體素材(圖片、音、視頻文件)也可以整合在一個文件中，表達方式豐富。在使用上，可以脫離了龐大的3D設計軟件環(huán)境，在電腦或移動設備上通過多種免費工具(如 Adobe? Reader)就可以查看、學習。還可以通過網絡將課件和模型發(fā)布到校園網絡平臺，供學生隨時在線學習和下載，從而解決傳統(tǒng)教學中存在的一系列時間和地域上的限制。

3.基于MBD技術在機械教學資源的制作

目前主流的三維CAD系統(tǒng)都支持MBD部分功能，如NX、CATIA、solidworks、PTC，國產的CAXA等。上述三維CAD軟件在行業(yè)和高校具有廣泛的應用基礎，下面以Solidworks軟件為例，介紹MBD技術在教學資源制作中的應用。

制作流程如圖2所示。

1.三維建模；根據教學需要利用三維軟件完成產品或零部件造型和建模，或者利用豐富的網絡資源下載零部件三維模型。建模完成后進行材料等屬性定義、外觀定義。

2.標注信息；標注信息是指在三維模型上進行3D數據的定義。利用SOLIDWORKS的DimXpert和智能尺寸在設計完成的3D模型中進行標注，實現3D信息的標注和定義。可以標注尺寸、形位公差，基準、注釋、粗糙度等。使用智能尺寸作3D標注時，其標注方式和2D圖紙的應用方式相同，故在學習和應用上易學易用。

圖2　制作流程　　　　　　　　　　圖3　SOLIDWORKS 3D標注結果

3. 組織排版；使用SOLIDWORKS標注的出來的3D標注信息在不同的平面上，不方便查看。為了使3D信息清楚、明確，我們需要創(chuàng)建不同的注解視圖，在相應的視圖上放上適合表達的3D信息。也就是在某一具體的注解視圖上進行3D標注信息的排版和組織。在SOLIDWORKS MBD進行組織和排版步驟如下：

(1)首先創(chuàng)建、定義各個注解視圖，比如注解視圖1、注解視圖2、注解視圖3(可自定義命名)等。右鍵點擊注解文件-插入注解視圖-選擇所需要的視圖方向可進行注解視圖創(chuàng)建和定義。

(2)雙擊創(chuàng)建后的注解視圖中或右鍵進行激活和重新定向。

(3)定義尺寸或形位公差等的注解視圖方向。選擇要在某注解視圖顯示的尺寸和形位公差等，可按Ctrl進行多選。確認后完成尺寸和形位公差等視圖方向定義。同樣以此方法完成其它視圖尺寸的組織和排版。

圖4　SOLIDWORKS 3D標注結果　　　　　　圖5　注解視圖方向定義

(4)視圖捕捉記錄

使用SOLIDWORKS MBD的3D視圖將排版和組織好的尺寸和形位公差等信息進行捕捉記錄。將注解視圖定向后點擊捕獲3D視圖，將創(chuàng)建一個視圖信息。

對于教學資源在這一步應該根據教學過程考慮安排合適的視圖和表達內容，使信息讀取明確，易于理解。

4.模板定制；SOLIDWORKS MBD 提供了一套包括零件、裝配體等全面的預定義模板可以直接使用。同時我們還可以利用SOLIDWORKS MBD的PDF模版編輯器方便地自定義輸出3D PDF模版。在PDF模板編輯器中可以調整、構建頁面布局，放置 3D 視口和縮略圖，插入學校LOGO，編輯文字說明，內嵌元屬性鏈接和添加表格等。其中可通過背景插入工程圖紙的背景圖像，支持圖像格式(JPEG、PNG、TIFF、BMP等)，材料明細表可鏈接SOLIDWORKS的BOM表，文字支持文字段、自定義屬性、PDF文字段等。

5.輸出至3D PDF；點擊出版到3D PDF圖標，選擇已定義好的模板，選擇輸出的視圖，然后編輯自定義屬性文本就可以生成3D PDF文件。圖7為生成的PDF文件。

圖6　3D視圖捕捉　　　　　　　　　　　　　圖7　3D PDF文件

6.文件整合；我們可以利用Adobe?Acrobat?對同一課程或者章節(jié)的3D PDF文件進行合并，加入其它教師講解的多媒體素材或者背景音樂(音、視頻文件)，這樣表達方式更豐富，更具表現力和吸引力。

4.結語

MBD技術將抽象分散的知識更加形象和集中，使三維模型完全替代了二維工程圖紙和紙質工藝指令，被譽為第三代工程語言。在專業(yè)教學領域積極探索、制作、應用這種技術必將大大改善了輔助教學環(huán)境，減少教學資源的投入，提高教師的工作效率和學生的學習興趣及質量。

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[責任編輯張宇龍]

Making and Application of 3D Teaching Resources in Mechanical Class Based on MBD Technology

Chen Rong，Zhang Xuan

(Shaanxi Radio &TV University Credit Bank Construction Group， Shaanxi， Xi'an 710119)

Abstract：Through the analysis of the characteristics of MBD technology， discusses the MBD technology in the application of Teaching resource making， given the method of making mechanical 3D teaching resources based on MBD technology. By the method of resources to make up for the traditional resource capacity， poor interaction， the problem is not convenient to use， help to improve the students' learning interest， learning efficiency and quality.

Key words：MBD; Mechanical; Teaching resources;

[收稿日期]2016-03-18

[作者簡介]陳榮(1973—)，陜西戶縣人，研究生學歷，工學碩士，陜西廣播電視大學 學分銀行建設組 副教授。張玄(1976—)，河南省西平縣人，文學碩士，陜西廣播電視大學資源建設與現代教育技術中心副教授。

*基金項目：陜西廣播電視大學2014-2015年教學改革研究課題——“基于Web3D技術遠程互動教學資源開發(fā)研究”(編號15DJ-B01)；

[中圖分類號]TH126

[文獻標識碼]A

[文章編號]1008-4649(2016)02-0093-04