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摘要：本文针对《船舶电气设备管理与工艺》课程教学中存在的新颖性、易理解性等问题，应用三维可视化软件solidworks将本门课程中难以理解的实物绘制出来，并以动画、截图等形式呈现在同学面前，使学生可以简洁明了地了解机构的组成及原理，更有利于对《船舶电气设备管理与工艺》课本知识的吸收。Solidworks软件可将设备元件进行透视、旋转、缩放等操作，使同学可以在不进行实体拆分的情况下快捷、全面地了解零件内部构造。
关键词：电气设备；三维可视化软件；Solidworks
本文引用格式：王满,等.Solidworks软件在《船舶电气设备管理与工艺》教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(86):183-185.
一引言
随着船舶自动化程度的提高，船舶电气设备的种类逐渐呈现多样化、智能化，同一种类、不同型号的电气设备之间，其内部结构也存在差异。《船舶电气设备管理与工艺》作为轮机工程专业学生的一门必修课，其授课方式和表达方法面临急需改革的挑战。本课程需向学生讲解大量的电气设备，传统的以课件和原理图为主的教学方式已经不能满足如今教学资源的需要，在授课的直观性、易理解性和生动性等方面存在一定问题[1]。
在多媒体技术发展的同时，教学资源的更新换代应与时俱进。三维可视化软件如Solidworks、AutoCAD、Inventor等以其各自的优势在科学技术研究领域被广泛采用，利用这些软件制作电气设备的3D效果图，与实物相似程度高，最重要的是可形成动态视图，将其拆装顺序和零部件的配合关系进行直观、清晰地表现，有助于学生对电器设备的内部结构充分理解，在授课的新颖性上也存在创新，可很好地调动学生学习的积极性。
在《船舶电气设备及系统》课程教学中融入Solidworks等三维可视化软件的图形效果，可以弥补传统电子课件的不足，结合学生的理解能力和思维方式生成三维动态视图，直观、生动地表现电气设备的内部结构和工作原理，使学生充分理解电气设备的基本概念、结构特点和使用方法[2]。
二《船舶电气设备管理与工艺》课程教学中存在的问题
《船舶电气设备管理与工艺》是轮机工程专业的一门必修课，轮机工程专业学生以船舶机械的结构和工作原理见长，而电气设备的结构和原理却成为他们的短板，所以对该课程的教学资源进行更新尤为重要。多年来，为了适应学生对知识的理解和接受需要，教师在学校的支持和帮助下，不断完善课程体系，更新课件内容，但依然存在一些不足之处，主要表现在以下几个方面：
（1）传统教材和课件中除实物图以外，大部分以二维简图表现设备的工作原理，学生不能清晰、直观地了解电气设备的内部结构，不利于学生的理解。
（2）如果为了使学生直观地了解电气设备的内部结构，教师在课堂将实物进行拆分讲解，势必会浪费大量的课上时间，且学生数量较多，不能保证每一位学生都能清晰地观看到每一个部件以及拆装过程。
（3）虽然本门课程的后续实践实验课程涉及大量的电气设备拆装实验，但是学生不能在课堂上接受理论知识的同时观看到设备的内部结构，如果可以同时将理论和实际结合，必然会加深学生在课堂上的理解。
三 Solidworks软件在教学中的作用
本文组选用三维可视化软件Solidworks将《船舶电气设备管理与工艺》课程中的相关内容用立体视图的形式实现。本文从隐藏和透视、局部放大及爆炸拆分三个方面为例论述Solidworks软件与《船舶电气设备管理与工艺》课程教学相结合的优势。
（一）隐藏和透视
图1为温度传感器实物图及应用Solidworks软件制作的温度传感器整体图。通过对比可以发现Solidworks软件完全可以将电器元件在电脑中进行还原。而且在Solidworks软件中整个零部件都可以进行多角度的3D展示，学生从不同的角度了解零部件的结构，在讲解原理时能更好的被学生理解，并且这种新颖的方法更容易被学生接受。
图2为在Solidworks软件中将温度传感器上盖进行隐藏后的展示图及在Solidworks软件中将温度传感器外壳材料设置成透明效果后的展示图。在Solidworks软件中，可以将部分电器元件进行隐藏，这样可以直接观察到电器元件内部的结构，达到与实际操作中打开上盖后相同的视觉效果；或者可以通过设置部分实体的外观，使实体结构透明化，这样不仅可以观察到温度传感器的整体外观，还可以观察到实际操作中无法观察到的部分（如温度传感器中与感温电阻相连的导线）。这将在学生学习过程中树立整体概念方面给予巨大的帮助。
如图3为富继ST3PA-B型号时间继电器的实物图及各零部件的3D模型配合后形成的装配体透视图。此时间继电器实物的外壳为乳白色，如果不进行拆装试验同学们很难观察到时间继电器内部的机械构造及电器元件。我们可以通过solidworks软件将其内部零件进行逐一绘制，当设备的内部结构制作完成后，可将各零部件添加到装配体中，通过不同零部件之间的配合关系，调整各零部件到准确的位置。再将乳白色壳体部分进行材料设置，即可得到如下所示效果，以达到更快捷了解时间继电器内部结构的目的。
（二）局部放大
由于Solidworks软件强大的特征建模能力，任何复杂的模型都可以全面地呈现在同学们的面前。以捷力达电源为例，该电源电源内部装有数十个电器元件及若干壳体结构。通过Solidworks软件的绘制，每一个细节都会在3D图中进行体现。如图4为捷力达电源实物图及3D图；图5为电源内部图及内部3D图。
在对同学们进行讲解的过程中，我们可以在Solidworks软件件中将局部细节进行放大，这样可以更加详细地对每一个电器元件进行介绍。避免了教师以实物模型授课时，同学们无法看清零件的现象。如图6为捷力达电源内部熔断器实物图及该熔断器3D图。此熔断器的长度只有1.5厘米，内部保险丝约0.5毫秒，若以实物教学，同学根本无法看清内部结构。通过Solidworks软件展示及教学投影仪的帮助就很轻松的解决了这一问题，从而节省同学们的时间精力，使同学们更轻松的掌握所学知识。
对电气设备内部结构进行细致地绘制后，我们可以在模型图中标注主要电路部件的名称，便于学生理解（如图7为富继ST3PA-B型号时间继电器内部时间控制电路板的实物图和3D模型图，图8为富继ST3PA-B型号时间继电器内部时间输出电路板的实物图和3D模型图）；同时对图形的细节进行了处理，如倒角、圆角、螺纹等，使模型更加形象；为了视图的清晰、简约，标注接线端位置，并没有画出相应的电线，便于直观地向学生讲解时间继电器的电子系统和接线原理。
（三）爆炸拆分
Solidworks软件可以生成实体装配过程、爆炸过程、运动过程的动画文件，同时也可生成各个过程的组合动画文件。这也是教学软件设计者广泛使用这款软件的原因，它解决了在实物教学中，不易让学生观察到的细节动作过程[3]。以变压器为例，如图9为变压器整体3D图及变压器爆炸展开图。通过Solidworks的零件绘制及装配，我们可以得到变压器的装配图。通过设置变压器零件的爆炸顺序及路径，就可以得到正确拆装的动画。这样在观看动画的同时，同学们既可以学会如何组装电器元件，又可以更直观地了解零件与零件之间的联系。本文仅以拆装步骤相对简单的变压器为例，Solidworks同样可以对零件更多拆装更复杂的元器件进行演示，如三相异步电机，发电机等。
在装配体制作完成后，生成爆炸动画过程中，可以设置各零部件的拆装顺序和移动方向，动态展示整个拆装过程和零部件的运动轨迹；在爆炸效果设置完成后，可动画爆炸和动画解除爆炸，即分别展现电气设备的拆解过程和装复过程。所生成的动画效果可以输出为AVI文件，以视频的形式拷贝到课件中，使学生在课堂上就可直观地观看到电气设备的拆装过程，深刻理解其内部结构，同时以三维动态视图的形式展现拆装过程，学生会因其形式的新颖性而激发兴趣，提高听课效率。如图10为时间继电器的爆炸视图。
（四）引导学生学习使用Solidworks三维可视化软件
传统实验报告中学生手绘设备结构图的方式已经不能满足多媒体时代对于学生的技术要求，而且在这种方式下，学生以教材上现有的电气设备结构图为模板，原封不动得画下来，不能激发学生对内部结构的思考和理解。在实验实践课后，可以引导学生使用三维可视化软件，运用Solidworks来对电气设备进行绘制，在绘制过程中，学生们会认真分析电气设备实物的结构和不同部件间的配合关系，从而加深理解各部件的作用和工作原理，采用这种方式，可以充分调动学生学习的积极性，加深学生对船舶电气设备的理解。
四 结语
本文利用三维可视化软件Solidworks绘制了《船舶电气设备管理与工艺》课程中的电气设备的整体结构，建立了与实物相似度高的3D模型，同时，形成爆炸视图，动态展示了船舶电气设备的拆装过程和内部结构，使本课程的课件富有直观性、新颖性，易于学生理解且能充分调动学生学习的积极性。将三维可视化软件推广于学生实验实践课的课程报告中，有利于学生自主分析船舶电气设备的结构特点，并锻炼学生使用Solidworks软件解决《船舶电气设备管理与工艺》课程实际问题的能力。但是在制作过程中还是发现许多问题，例如很多电气设备的尺寸较小，无法进行一比一尺寸绘制，只能粗略估计尺寸绘制，此问题我们会在以后的教学材料制作时不断进行完善，使其教学成果能够更好地为同学服务。
参考文献
[1]梁鹏帅.冯冬敬.三维可视化的研究现状和前景[J].图书情报导刊,2009,19(7):134-135.
[2]王秀珍.SolidWorks软件在《机械制图》教学中的应用[J].教育教学论坛,2013(39).
[3]黄德平.Solidworks软件在《计算机组装》教学中的应用[J].中国电子商务,2013(8):121-121.
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