Непрерывная подготовка по САПР на инженерных специальностях

ЕТОДИКА И ПРАКТИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

УДК 378.962

В.И. Малыгин, П.В. Перфильев

НЕПРЕРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ПО САПР НА ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЯХ

Рассмотрены вопросы применения современных информационных технологий при подготовке инженерных кадров.

Ключевые слова: САПР, обучение, непрерывная подготовка, информационные технологии, автоматизированное проектирование, CAD/CAM/CAE системы, учебный процесс, институт, учебный план, дисциплина.

Современное машиностроение идет по пути постепенной неуклонной автоматизации производственных процессов, сокращения сроков выпуска продукции и постоянного обновления ассортимента. В этих условиях актуальна задача автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, для решения которой современный специалист должен свободно владеть новыми информационными технологиями и уметь активно их внедрять. Жесткие требования производства диктуют минимальные сроки выпуска конструкторско-технологической документации, что немыслимо без использования CAD/CAM/CAE систем. При этом, как правило, недостаточно какой-либо одной системы проектирования.

Выпускник вуза должен уметь:

осуществлять поиск информации (нормативной, справочной, экономической и т.п.) в базах данных и Интернете;

выполнять простейшие технические и экономические расчеты на основе электронных таблиц Microsoft Excel, пакета математических вычислений MathCAD;

проводить конструкторско-технологическое проектирование на основе использования CAD/CAM систем (как отечественных, так и зарубежных);

владеть программами обработки текстовой информации;

уметь адаптировать используемые программные продукты под конкретные конструкторско-технологические разработки.

Исходя из этого одна из задач инженерного образования - подготовка кадров, владеющих как профессиональными знаниями, так и современными информационными технологиями. В связи с большой наукоемкостью учебных курсов и одновременным сокращением часов на преподавание основных базовых инженерных дисциплин решение этой задачи требует но-

вых подходов к методике преподавания. В Севмашвтузе, осуществляющем подготовку кадров для предприятий ГРЦАС, была разработана система непрерывной подготовки по САПР, содержащая следующие основные положения.

1. Постоянное использование информационных технологий в учебном процессе с первого по последний курс, обязательное применение CAD/CAM систем в курсовом и дипломном проектировании.

2. Широкое привлечение преподавателей кафедр профессиональной подготовки, которые, в отличие от чисто компьютерных кафедр, лучше знают предметную область и владеют методологией конструкторско-технологического проектирования.

3. Изучение нескольких CAD/CAM/CAE систем, выбор одной из них в качестве базовой (желательно интегрированной) системы.

4. Формирование единого информационного пространства для курсового и дипломного проектирования на базе выпускающих кафедр с дальнейшим объединением на уровне вуза.

5. В рамках единого информационного пространства создание информационных банков данных для курсового и дипломного проектирования, включающих систему нормативной, справочной документации, каталоги типовых и стандартных деталей и узлов, систему электронных методических материалов, образцы выполненных курсовых и дипломных проектов (возможно, с выделенными типовыми ошибками).

6. Использование в учебном процессе наряду с типовыми средствами автоматизации проектирования созданных собственными силами специализированных программных продуктов, обеспечивающих выполнение типовых расчетов по дисциплинам общепрофессиональной и специальной подготовки (программные комплексы для расчета деталей машин, режущего инструмента, грузоподъемных машин и др.).

7. Использование Интернета в курсовом и дипломном проектировании (поиск технической, экономической, методической, законодательной информации, аналогов и прототипов разрабатываемых конструкций и др.).

8. Создание вузовского справочно-информационного web-сайта курсового и дипломного проектирования.

9. Целевая подготовка специалистов по заявкам предприятий с ориентацией на изучение конкретных CAD/CAM/CAE систем, используемых на предприятиях, и выбором тем курсовых и дипломных проектов, связанных с конкретными техническими задачами.

10. Проведение в рамках вуза конкурса «Компьютерный инжиниринг» для последующего отбора лучших работ на общероссийский конкурс «Компьютерный инжиниринг», проводимый ежегодно при участии МАТИ, МАИ и НИЦ АСК.

Реализация системы непрерывной подготовки по САПР в Севмашвтузе ведется с 1996 г. Первой специальностью для проверки работоспособности концепции была выбрана специальность 170900 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование». Для реа-

лизации этой программы на базе кафедры проектирования подъемно-транспортного и технологического оборудования был создан специализированный учебный класс САПР и приобретено лицензионное программное обеспечение, которое на сегодняшний день включает системы автоматизации проектирования разного уровня: интегрированную CAD/CAM систему Cimatron, параметрическую систему проектирования T-Flex-CAD, чертеж-но-конструкторский редактор Компас-График и CAD систему Autocad R14. Преподаватели кафедры прошли подготовку в учебных центрах фирм «Би Питрон» и «Топ Системы».

При разработке программы непрерывной подготовки САПР были проанализированы учебные планы дисциплин специальности 170900, что подтвердило возможность реализации новой системы инженерной подготовки. В табл. 1 представлен перечень дисциплин, в которых предусмотрено использование информационных технологий и средств при выполнении лабораторных работ (ЛР), расчетно-графических работ (РГР), курсовых работ (КР) и проектов (КП), дипломных проектов (ДП).

Таблица 1

Использование СЛБ/САМ/САЕ систем в учебном процессе для специальности 170900 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

Учебная дисциплина Вид занятий Курс Используемая система

Математические и общие Информатика Программные и технические средства САПР (дисциплина по выбору) Общепрофесси Инженерная графика Сопротивление материалов Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость Детали машин Теория механизмов и машин Основы автоматизированного проектирования Технические основы создания Организация производства и менеджмента естест КР ЛР юнальт ДЗ РГР КР РГР КП КП КР РГР КР венно-I I ie диа I II II II III V III IV V научные дисциплины Знакомство с пакетом математических расчетов MathCAD иплины Компас-График, Autocad -выполнение чертежей MathCAD - расчеты MathCAD - расчеты, T-Flex -выполнение чертежей MathCAD - расчеты, T-Flex -выполнение чертежей, разработка параметрических моделей MathCAD - расчеты, T-Flex -выполнение чертежей, разработка параметрических моделей T-Flex - разработка параметрических моделей T-Flex - дизайн технологических машин MathCAD, Excel - выполнение расчетов, T-Flex - оформление графиков

Продолжение табл. 1

Учебная дисциплина Вид занятий Курс Используемая система

Специальные дисциплины и дисциплины профессиональной специализации

Подъемно- транспортные машины КР III MathCAD - расчеты, T-Flex -

КП IV выполнение чертежей, разработка параметрических моделей, Cimatron-3D - моделирование машин непрерывного транспорта

Строительная механика и металло- КР IV Мираж, Ansys, Nastran - расче-

конструкции ты, T-Flex - выполнение чертежей

Строительные и дорожные машины КП V MathCAD - расчеты, T-Flex -выполнение чертежей, разработка параметрических моделей

Технология машиностроения и про- КР IV MathCAD - расчеты, T-Flex -

изводство подъемно-транспортных, выполнение чертежей, разра-

строительных и дорожных машин ботка параметрических моделей, Cimatron - разработка управляющих программ для ЧПУ

Специальные краны КП V MathCAD - расчеты, T-Flex, Autocad - выполнение чертежей

Комплексная механизация и автома- КР V MathCAD - расчеты, T-Flex,

тизация ПРТС работ Autocad - выполнение чертежей

Подъемники КР V MathCAD - расчеты, T-Flex, Autocad - выполнение чертежей

Автоматизация инженерных расчетов РГР V Мираж, Ansys, Nastran - рас-

(дисциплина по выбору) четы конструкций подъемно-транспортных машин

Дипломный проект:

техника ДП III MathCAD - расчеты, T-Flex - выполнение чертежей

инженера ДП VI MathCAD, Мираж, Ansys, Nastran - расчеты, T-Flex, Autocad, Cimatron - 2D и 3D -моделирование, выполнение чертежей

Программа непрерывной подготовки по САПР составлена с учетом принятой в Севмашвтузе двухступенчатой системы обучения, при которой студенты в течение первых двух лет получают среднетехническое образова-

ние и в конце III курса выполняют дипломный проект техника. После этого продолжают инженерную подготовку и на VI курсе выполняют дипломный проект инженера. Аналогичный подход реализуется и при системе подготовки бакалавр -специалист (магистр). Программа построена таким образом, что к началу дипломного проектирования на III курсе студенты имеют навыки выполнения расчетов в пакете MathCAD, могут использовать офисные приложения для оформления текстовых документов и систему 2D моделирования для конструкторской документации. На последующих курсах они изучают системы 3D моделирования, выполняют расчеты конструкций методом конечных элементов, в рамках курса «Технология подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин» используют САМ системы.

За период обучения в институте студенты выполняют до 13 курсовых работ и проектов и 2 дипломных проекта. При этом они знакомятся и получают навыки работы с несколькими CAD/CAM/CAE системами разного уровня (как отечественными, так и зарубежными). Важным моментов является то, что работы выполняются под руководством преподавателей общеинженерных и специальных дисциплин. На завершающем этапе обучения -дипломном проекте инженера - студент имеет возможность выбрать CAD/CAM/CAE систему, наиболее подходящую для решения поставленной задачи. Состоялось уже два выпуска инженеров и три выпуска техников, прошедших подготовку в рамках реализуемой программы (табл. 2).

За период реализации программы непрерывной подготовки по САПР предложены и внедрены в учебный процесс ряд учебно-методических разработок, электронные версии которых представлены на сервере методических материалов Севмашвтуза. На базе системы параметрического моделирования T-Flex-CAD поставлены несколько лабораторных работ по курсам «Теория механизмов и машин» и «Подъемно-транспортные машины». Накоплен электронный архив примеров выполнения курсовых и дипломных проектов, на основе которого в настоящее время разрабатываются электронные альбомы чертежей. Созданы библиотеки типовых узлов и деталей как общего, так и специального назначения, применяемых в подъемно-транспортных машинах.

Таблица 2

Использование CAD/CAM/CAE систем в дипломном проектировании техников

Курс 1996 1997 1998 1999 2000

III

Всего проектов 0 15 6 12 -

В т. ч. с использованием

CAD/CAM/CAE систем 0 7 6 12 -

VI

Всего проектов 2 0 0 12 15

В т. ч. с использованием

CAD/CAM/CAE систем 2 0 0 8 14

Примеры работ, выполненных с использованием различных CAD/CAM/CAE систем:

1. Чертеж калибр-пробки и калибр-скобы (фрагмент КР «Метрология, взаимосвязь и технические измерения», II курс, весенний семестр) -T-Flex-CAD 2D.

2. Цилиндро-червячный редуктор (фрагмент КП «Детали машин», III курс, осенний семестр) - T-Flex-CAD 2D.

3. Синтез плоского кулачкового механизма (фрагмент КП «Теория механизмов и машин», IV курс, осенний семестр) - T-Flex-CAD 2D.

4. Пластинчатый конвейер (фрагмент КП «Машины непрерывного транспорта», V курс, осенний семестр) - Компас-График 4.6.

5. Козловой кран (фрагмент КП «Подъемно-транспортные машины», IV курс, осенний семестр) - Компас-График 4.6.

6. Плавучий кран (фрагмент КП «Специальные краны», V курс, весенний семестр) - AutoCad R14.

7. Расчет ленточного конвейера (фрагмент пояснительной записки КП «Машины непрерывного транспорта», V курс, осенний семестр) - MathCad.

8. Расчет металлоконструкции козлового крана МКЭ (фрагмент КП «Строительная механика и металлоконструкции», V курс, осенний семестр) - MSC Nastran.

В процессе реализации дидактической системы были пересмотрены некоторые методические подходы к преподаванию дисциплин, в том числе традиционных (теория машин и механизмов, детали машин, основы взаимозаменяемости и т.д.). Так, в частности, использование средств автоматизации позволяет существенно ускорить процесс оформления работ, выполнение повторяющихся расчетов. Это предполагает смещение акцентов в пользу поискового проектирования, оптимизации конструктивных решений. В дипломных проектах за этот период существенно возрос объем и повысился уровень исследовательской части: в том или ином виде такой раздел присутствует практически в каждом дипломном проекте.

Объектами дипломных проектов по специальности 170900 являются весьма ответственные крупногабаритные машины - гурзоподъемные и транспортные механизмы со сложной кинематикой. Создание компьютерных моделей разрабатываемых устройств позволяет существенно сократить количество проектных ошибок, повысить надежность и качество как конструктивных, так и технологических (технология сборки, монтажа, транспортировки грузов повышенной опасности) проектных решений. Это, в частности, неоднократно отмечено Государственной аттестационной комиссией по результатам защиты дипломных проектов, которые практически все выполняются по заказам базовых предприятий ГРЦАС, значительная их часть внедряется на производстве.

Предложенная нами система, реализованная на практике, получила достаточно хорошие оценки специалистов. В 2000-2002 гг. на ежегодном Всероссийском конкурсе «Компьютерный инжиниринг», проводимом в

рамках Международных Гагаринских чтений представленные Севмашвту-зом работы заняли призовые места:

3-е место в номинации «Курсовые проекты, выполненные с использованием CAD/CAM/CAE систем» (С.В. Максимов, 2000 г. );

2-е место в номинации «Дидактические системы инженерного образования» и 3-е место в номинации «Использование отечественных CAD/CAM/CAE систем» (П.В. Перфильев, 2001 г.);

3-е место в номинация «Дипломные проекты, выполненные с использованием CAD/CAM/CAE систем» и «Использование отечественных CAD/CAM/CAE систем» (А.А. Сорокин, 2002 г.);

Благодаря этим достижениям в настоящее время по оценке рейтинга высших учебных заведений по САПР Севмашвтуз находится в первой десятке вузов Российской Федерации наряду с МАТИ, МАИ, МГТУ «Стан-кин», СПбГТУ.

Таким образом, реализованная на практике непрерывная подготовка по САПР инженерных специальностей показала правильность подхода к решению этой проблемы, что позволяет нам надеяться на ее дальнейшее развитие.

Севмашвтуз Поступила 14.10.02

V.I. Malygin, P. V. Perfiljev

Continuous Training on CAD in Engineering Specialties

The questions of using modem informational technologies when training engineers are dealt with.