Опыт использования САПР в учебном процессе

Development of educaton

Семено В. А. Semeno V. A.

кандидат технических наук, доцент кафедры «Комплексный инжиниринг и компьютерная графика», ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

DOI: 10.17122/2541-8904-2019-1-27-130-136

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САПР В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

В связи с широким внедрением в науку и промышленность компьютерных технологий встает вопрос о необходимости приобретения студентами навыков в этом направлении. Одной из первых и весьма сложных для студента технических дисциплин является дисциплина с общим названием «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика». В связи с существующими в учебных кругах спорами относительно первой части этой дисциплины важно сказать, что она необходима и не только потому, что является подготовкой студента к изучению второй части, но и для общего развития интеллекта наряду с такой дисциплиной, как математика.

Однако преподаватель графических дисциплин в вузе сталкивается с очень сложной проблемой, связанной, с одной стороны, с «прокрустовым ложем» учебных программ и, с другой стороны, слабой подготовкой обучаемых — вчерашних школьников с их крайне неразвитым пространственным воображением. Кроме того факта, что учащийся плохо воспринимает пространственную компоновку геометрических задач, у него отсутствует мотивация изучения дисциплины, то есть отсутствует интерес к ее изучению. Вторая часть дисциплины «Инженерная графика», в принципе, является первой технической дисциплиной в вузе, которая тоже представляет собой для студента серьёзную проблему, поскольку кроме слабого пространственного воображения у него, как правило, нет опыта работы с техническими изделиями.

В данной работе мы делимся опытом использования компьютерных технологий в учебном процессе вуза. Компьютер является оружием, способствующим лучшему усвоению дисциплины. Что касается начертательной геометрии, должна быть разработана такая методика, чтобы с ее использованием изучение проходило без издержек, более быстро, более качественно, более оптимально, так, чтобы учащийся знал алгоритмы геометрических задач.

Огромное значение в образовательном процессе, на наш взгляд, имеет инженерная и компьютерная графика. Компьютер в современных условиях неизмеримо поднимает уровень конструкторских разработок, а, значит, уровень технического прогресса страны. И это должно быть приоритетным направлением учебного процесса. Некоторые аспекты работы по внедрению компьютерных технологий и САПР в учебный процесс в нашем вузе приведены в статье.

Ключевые слова: учебный процесс, начертательная геометрия, инженерная графика, компьютерные технологии, САПР, конструирование.

EXPERIENCE OF USING CAD IN THE EDUCATIONAL PROCESS

In connection with the widespread introduction of computer technology in science and industry, the question arises of the need for students to acquire skills in this direction. One of the first and very difficult for the student technical disciplines is the discipline with the general title «Descriptive

УДК 665.662.3

Развитие образования

geometry. Engineering and computer graphics». In connection with the disputes existing in educational circles regarding the first part of this discipline, it is important to say that it is necessary not only because it is preparing the student for studying the second part, but also for the general development of intelligence along with such a discipline as mathematics.

However, a teacher of graphic disciplines at a higher education institution faces a very complex problem, connected, on the one hand, with the «pro-crust bed» of curricula and, on the other hand, weak preparation of trainees — yesterday's schoolchildren with their extremely underdeveloped spatial imagination. In addition to the fact that the student perceives poorly the spatial arrangement of geometric problems, he lacks the motivation to study the discipline, that is, there is no interest in studying it. The second part of the Engineering Graphics course is, in principle, the first technical discipline at the university, which also represents a serious problem for the student, since apart from his weak spatial imagination, he usually has no experience with technical products.

In this paper we share the experience of using computer technology in the educational process of the university. The computer is a weapon that promotes better learning discipline. As for descriptive geometry, such a technique should be developed so that with its use the study proceeds without costs, more quickly, more qualitatively, more optimally, so that the student knows the algorithms of geometric problems.

Of great importance in the educational process, in our opinion, is engineering and computer graphics. The computer in modern conditions immeasurably raises the level of design development, and, therefore, the level of technical progress of the country. And this should be a priority for the educational process. Some aspects of the work on the introduction of computer technology and CAD in the educational process in our university are given in the article.

Key words: educational process, descriptive geometry, engineering graphics, computer technology, CAD, design.

Нынешнее время является принципиально новой эпохой в проектировании и конструировании изделий. Вместо традиционной технологии создания проектно-конструкторской документации пришла технология компьютерная. В связи с этим встает вопрос о необходимости приобретения студентами навыков в этом направлении. Тем более, что инженерная графика это первая общетехническая дисциплина, которая играет весьма важную роль в становлении будущего инженера.

Существует много систем автоматического проектирования (САПР), используемых для разработки конструкторской документации. Наиболее известные среди них и широко используемые это АВТОКАД и КОМПАС. Система КОМПАС-График используется для плоских геометрических построений. Она обладает очень гибким, удобным для пользователя интерфейсом, обеспечивает полную поддержку ЕСКД и весьма проста для освоения [1].

КОМПАС-График можно использовать для решения задач начертательной геоме-

трии, следуя традиционным алгоритмам, т.е. используя компьютер в качестве бумаги и карандаша. Это позволяет с высокой точностью выполнять геометрические построения, при этом за студентом остается право выбора решения [2].

На смену плоским чертежам приходят чертежи, основанные на трехмерном моделировании. Мощным аппаратом для создания 3D-моделей и 3D-сборок является система КОМПАС-3Б. Система позволяет создавать трехмерные модели самых сложных деталей и сборок. При проектировании деталей конструктор, используя наглядные методы создания объемных элементов, оперирует простыми и естественными понятиями: основание, ребро жесткости, отверстие, фаска и т.д. При этом процесс проектирования часто воспроизводит технологический процесс изготовления детали. При проектировании сборочных единиц конструктор работает с деталями, подсборками и стандартными изделиями.

Вестник УГНТУ. Наука, образование, экономика. Серия экономика. № 1 (27), 2019

Development of education

Для формирования базы конструкторской документации на основе трехмерных моделей создаются плоские чертежи. При внесении конструктором каких-либо изменений в модель детали или сборки система автоматически перестраивает плоские чертежи. Это дает возможность при конструировании изделия рассмотреть множество вариантов без большого увеличения времени, что в разы повышает производительность труда конструктора. Этому же способствует и визуализация результатов его труда.

Система обеспечивает полную поддержку ЕСКД и обладает очень гибким, удобным для пользователя интерфейсом и для создания плоских чертежей, и для создания трехмерных моделей. Она обладает наличием прилагаемых библиотек, которые можно использовать для быстрого создания типовых элементов: канавок, проточек, различного рода отверстий, шпоночных пазов и т.д., для вставки пружин, крепежных деталей и других типовых элементов.

Впрочем, KOMnAC-3D можно использовать и при решении задач, сугубо относящихся к начертательной геометрии. Положительным моментом этого направления является визуализация процесса и результата решения, это дает возможность студенту представить задачу в пространстве. Но есть и отрицательный момент. Он заключается в том, что процесс решения остается за кадром. Он заключен внутри программы. При этом обучаемый лишен необходимости самостоятельно и осмысленно осуществлять алгоритм решения. Мы используем следующий выход из этой ситуации: студент разрабатывает модель пространственной задачи, по модели строит плоский чертеж, а затем вручную добавляет необходимые построения. Пример представлен на рисунке 1.

При использовании системы КОМПАС -3D, впрочем, как и любой другой системы САПР в учебном процессе вуза, мы сталкиваемся с проблемой, как нам кажется, общей для системы образования. Ведь первоосновой для пользователя любой системы САПР является его базовая подготовка по черчению: способность строить технический чер-

теж и элементарное знание стандартов. Между тем преподаватель графических дисциплин в вузе сталкивается с очень сложной проблемой, связанной, с одной стороны, с «прокрустовым ложем» учебных программ с их ограниченным объемом по времени и значительным объемом по содержанию, регламентируемому государственными образовательными стандартами, и, с другой стороны, слабой подготовкой обучаемых — вчерашних школьников с их неразвитым пространственным воображением. Все свое время преподаватель вынужден отдавать ликбезу студентов в области инженерной графики. Времени для освоения работы на компьютере не остается.

Рисунок 1. Изометрия фигуры с добавленными построениями

На наш взгляд, идеальным выходом из этой ситуации было бы включение в учебные планы специальностей отдельной дисциплины, связанной с компьютерной графикой. В УГНТУ в учебный план для бакалавров специальности «Теплоэнергетика» включена дисциплина «Основы конструирования и САПР», которую студенты проходят в течение третьего семестра после того, как они в течение предыдущих двух семестров освоили начертательную геометрию и инженерную графику.

В курсе ОК и САПР студент осваивает работу в системе КОМПАС-график для построения плоского чертежа, а затем — принципы разработки трехмерных моделей деталей и сборок в системе КОМПАС-ЭБ и построение по ним документации на изделие: рабочих чертежей деталей, чертежей сборочных и спецификаций. Студент выполняет в течение семестра два задания. При выполнении первого задания он осваивает работу в системе КОМПАС-график и КОМПАС-3Б и разрабатывает модели выданных ему по варианту трех резьбовых деталей, модель сборки условной сборочной единицы, состоящей из этих деталей. По этим моделям он строит рабочие чертежи деталей, чертеж сборочный и специфика-

Развитие образования

цию. Последний документ выполняется системой в автоматическом режиме.

В результате выполнения задания не только приобретается и совершенствуется умение работать в системе КОМПАС, но и закрепляется знание стандартов ЕСКД, умение работать со справочной литературой.

Для выполнения задания издано учебно-методическое пособие [3], в котором даются варианты задания, принципы разработки моделей деталей, сборок и спецификаций, необходимый справочный материал, приведен пример выполнения задания. Пример сборочного чертежа по заданию (чертежи деталей не приводятся) представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Чертеж условной сборочной единицы

-133

Вестник УГНТУ. Наука, образование, экономика. Серия экономика. № 1 (27), 2019

Development of education

Целью второго задания кроме совершенствования работы в системе KOMnAC-3D является знакомство с принципами конструирования изделия, умение работать со справочной литературой, с прикладными библиотеками KOMnAC-3D. Студенту предлагаются принципиальная схема изделия, размер присоединительной резьбы, некоторые другие параметры. Он должен разработать чертежи деталей, чертеж сборочный и спецификацию. При этом студент знакомится с такими понятиями, как предельные отклонения размеров, посадка, шероховатость поверхности и отражает их в этих документах. Для выполнения задания разработано и издано учебно-методическое пособие [4].

Пример исходных данных для второго задания представлен на рисунке 3. Приведены

принципиальная схема устройства (перепускного клапана), его состав, а также чертеж детали «Клапан», в котором по размеру 0 33 принята посадка с зазором Н9М9. По этому размеру конструктор подбирает размеры сопрягаемых деталей, принимая во внимание нормы на толщину стенок литейных деталей, значения стандартных размеров резьб, размеров «под ключ» и т.д.

Задание не предусматривает расчет пружины на нагрузку. Принимаются и даются в исходных данных такие параметры пружины, как ее наружный диаметр, ее длина и толщина проволоки.

Чертеж сборочный по приведенным исходным данным приведен на рисунке 4.

1. Корпус

2. Крышка 3 Клапан

4. Пружина

5. Тарелка

в. Винт регулирующий

7. Контргайка

8. Прокладка

Исходный параметр Значение

Присоединительный размер М56хЗ

Длина пружины 6 свободном состоянии мм 74

Наружный диаметр пружины, мм 32

Диаметр проложи пружины, мм 2,0

Число рабочих Зиткод 6

Рисунок 3. Пример исходных данных для задания

Развитие образования

6

Рисунок 4. Чертеж сборочный по заданному варианту

Выводы

Компьютерные технологии в настоящее время становятся важнейшим средством образовательной деятельности. Огромное значение они приобрели в таких дисциплинах, как «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Основы конструирования и САПР». Особую роль использование компьютера в учебном процессе приобретает у студентов первого курса, вчерашних школьников с их весьма слабым пространственным представлением. 3^ технологии позволяют развивать его вполне эффективно. Нельзя исключить при этом и такой фактор, как рост интереса к дисциплине, без которого, в принципе, невозможен процесс образования. Всё это подтверждается результатами нашей работы в этом направлении.

Необходимо также отметить, что при использовании компьютерных технологий в учебном процессе реализуются компетенции, предписанные рабочими программами:

— способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением коммуникационных технологий (ОПК-2);

— способность использовать современные информационные технологии, технику, прикладные программные средства при решении задач профессиональной деятельности (ОПК-3);

— способность участвовать в разработке технической документации, связанной с профессиональной деятельностью (ОПК-5).

Вестник УГНТУ. Наука, образование, экономика. Серия экономика. № 1 (27), 2019

Development of education

Список литературы

1. Орехов В.Б. Методология и программное обеспечение компьютерного обучения инженерной графике // Проблемы методологии и методики применения компьютерных технологий в графических дисциплинах: тез. докл. 3 Российской конференции. М., 1995. С. 37-39.

2. Савельев В.К. Выполнение геометрических построений начертательной геометрии в системе Компас-График // Актуальные проблемы теории и методики графических дисциплин: матер. семинара-совещания заведующих графическими кафедрами вузов России. Пенза, 1999. С. 15-21.

3. Семено В.А., Головкина Н.Н. КОМ-ПАC-3D в разработке чертежей деталей и сборочных единиц. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015.

4. Семено В.А., Головкина Н.Н. Разработка документации на изделие по его схеме. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008.

References

1. Orekhov V.B. Metodologiya i program-mnoe obespechenie komp'yuternogo obu-cheniya inzhenernoi grafike [Methodology and Software for Computer-Aided Training in Engineering Graphics]. Tezisy dokladov 3-ei Rossiiskoi konferentsii «Problemy metodologii i metodiki primeneniya komp'yuternykh

tekhnologii v graficheskikh distsiplinakh» [Proceedings of The 3rd Russian Conference «Problems of Methodology and Methods of Application of Computer Technologies in Graphic Disciplines»]. Moscow, 1995. pp. 37-39. [in Russian].

2. Savel'ev V.K. Vypolnenie geome-tricheskikh postroenii nachertatel'noi geometrii v sisteme Kompas-Grafik [Execution of Geometric Constructions of Descriptive Geometry in The Compass-Graph System]. Materialy seminara-soveshchaniya zave-duyushchikh graficheskikh kafedr vuzov Rossii «Aktual'nye problemy teorii i metodiki graficheskikh distsiplin» [Materials of the Seminar-Meeting of Heads of Graphic Departments of Russian Universities «Actual Problems of Theory and Methodology of Graphic Disciplines»]. Penza, 1999. pp. 15-21. [in Russian].

3. Semeno V.A., Golovkina N.N. KOM-PAS-3D v razrabotke chertezhei detalei i sborochnykh edinits [COMPASS-3D in The Development of Drawings of Parts and Assembly Units]. Ufa, USPTU Publ., 2015. [in Russian].

4. Semeno V.A., Golovkina N.N. Razrabotka dokumentatsii na izdelie po ego scheme [Development of Documentation for The Product According to Its Scheme]. Ufa, USPTU Publ., 2008. [in Russian].