Современные средства компьютерной графики в образовательном процессе высшего учебного заведения

2. Ерофеев В. Т. Теоретические предпосылки повышения биологического и химического сопротивления бетонов посредством буферных систем / В. Т. Ерофеев, А. П. Федорцов, А. Ф. Андронов // Материалы Международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве». Саранск, 2004. С. 69 — 73.

3. Кустикова Ю. О. К вопросу уточнения методов расчета железобетонных конструкций при воздействии силовых и средовых нагрузок / Ю. О. Кустикова, В. И. Римшин //II Студенческий форум «Образование, наука, производство» / БГТУ им. Щусева. Белгород, 2004. С. 160 — 161.

4. Кустикова Ю. О. Силовое сопротивление конструкций зданий, ослабленных деградационными воздействиями / Ю. О. Кустикова, В. И. Римшин // НТТМ ВВЦ-2004. М., 2004. С. 164 - 166.

5. Хаютин Ю. Г. Применение углепластиков для усиления строительных конструкций / Ю. Г. Хаютин, В. Л. Чернавский, Е. 3. Аксельрод // Бетон и железобетон. 2002. № 6. С. 17 — 20.

6. Шевченко В. Я. Исследования, разработки и инновации в области керамических и стекломате-риалов / В. Я. Шевченко, Г. Ф. Терещенко // Вестн. РАН. 2000. Т. 70, № 1. С. 50 - 56.

7. Элементы теории реконструируемого железобетона / В. М. Бондаренко, А. В. Боровских, С. В. Марков, В. И. Римшин. М. : РААСН, 2002. 190 с.

8. High Technology Ceramics, Past, Present, Future / W. Kingery Library of Congress VS. L., 1986.

9. Lorenzis L. de. Bond of Fiber — Reinforced Polymer Laminates to Concrete / L. de Lorenzis, Br* Miller, A. Nanni // ACL Materials Journal. 2001. Vol. 98, № 3. P. 256 - 264.

Поступила 22.12.04.

СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ ВЫСШЕГО УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ

С. А. ФЕДОСИН, кандидат технических наук, Г. М. ШИЛОВА, доцент

Комплексная автоматизация создания новых изделий — одно из важнейших направлений повышения производительности труда. Проблема автоматизации конструкторских и технологических работ рано или поздно встает перед всеми проектными организациями и промышленными предприятиями. Даже самые ярые консерваторы вынуждены признать, что компьютеры прочно заняли свое место на рабочих столах инженеров. Многие производства переориентируют свою продукцию на внешний рынок. Начав сотрудничество с зарубежными партнерами, предприятие сталкивается с задачей быстрого проведения многовариантного проектирования.

Важным фактором является проектирование новых моделей в короткие сроки с обеспечением высокого качества. Переход на машинное проектирование позволяет существенно сократить время подготовки конструкторской и технологической

документации и тем самым ускорить начало выпуска изделия. Реальный способ улучшения качества и скорости разработок очевиден: быстрое массовое использование компьютерных технологий проектирования и конструирования.

Последние годы характеризуются повсеместным внедрением компьютерной техники не только в различные сферы производства, но и в учебный процесс. Развитие и совершенствование содержания обучения графическим навыкам студентов с применением современных информационных технологий входит в число главных задач, стоящих перед высшей школой. Изучение компьютерных технологий лучше всего начинать с компьютерной графики, которая включается в программу как раздел инженерной графики.

Что же такое компьютерная графика в широком смысле этого слова?

Пословица «Лучше один раз увидеть,

© С. А. Федосин, Г. М. Шилова, 2005

чем сто раз услышать» отражает исключительную для человека роль зрительного восприятия, визуальной и, в частности, графической информации. Емкость и быстрота восприятия зрительных образов велики: для уяснения какого-либо процесса достаточно нескольких секунд, в течение которых мы рассматриваем график функции, диаграмму или другое наглядное изображение. На расшифровку информации, представленной в виде чисел, понадобятся десятки минут и даже часы.

Люди начали рисовать уже в те незапамятные времена, когда жили в пещерах, добывали огонь трением, т. е. задолго до того, как научились писать. С тех пор прошли многие тысячелетия, изобретены письменность и книгопечатание, человек овладел энергией атомного ядра. А что изменилось в технике рисования? Стали лучше краски, появились фломастеры, но в принципе все осталось прежним: та же цепочка «глаз — рука — инструмент — изображение». Но с созданием вычислительной техники в начале 1960-х гг. сформировалась новая область ее применения — машинная (компьютерная) графика, сфера приложения которой стремительно расширяется.

Первоначально, чтобы получить изображение с помощью компьютера, нужно было написать программу на одном из языков программирования (Фортран, Бейсик, Паскаль), затем отладить ее и запустить для выполнения. После этого компьютер действовал без дальнейшего вмешательства оператора и в конце выдавал готовый результат. Если последний не устраивал пользователя, программа дорабатывалась, и все снова повторялось. Это процесс достаточно долгий и утомительный. Такой способ решения графических задач относится к пакетной (пассивной) машинной графике. Программы пакетной графики включают пакеты прикладных программ, обеспечивающие вывод информации в графической форме. Самый известный из них — Графор (Графический Фортран), который не потерял актуальности и в настоящее время в тех случаях, когда требуются аппроксимация экспериментальных данных, описание их математической функцией с последующим построением

графиков. Многие задачи начертательной геометрии можно успешно решать, используя этот пакет. В других языках программирования (Бейсик, Паскаль) графические возможности «встраиваются» в язык в виде операторов. Изображения, полученные с помощью программ, относятся к

векторной графике.

В настоящее время предпочтение отдается интерактивным (диалоговым) системам. Примером служат графические редакторы, в которых изображение вводится, изменяется и обрабатывается при непосредственном участии пользователя и его взаимодействии с ЭВМ через средства ввода: клавиатуру, указатель, планшет, мышь, световое перо. В диалоговой машинной графике есть возможность динамически управлять изображением, его формой, цветом, размерами, т. е. вести с ЭВМ своего рода диалог. Одно из преимуществ диалогового режима — показ во времени и пространстве реальных и абстрактных объектов (в том числе самых сложных процессов).

Чтобы рисовать, нужно знать особенности инструмента: кистью рисуют не так, как фломастером. Чтобы делать это, используя компьютер, надо иметь представление о возможностях машинной графики. Все изображения, выполняемые средствами компьютерной графики, можно условно разделить на три вида: чертеж, рисунок, картину. Каждый из них отличает специфика. Для чертежей ведущим является самый простой тип изображения — штриховой, или линейчатый. В этом случае оно состоит из массы объектов: прямых и кривых линий, геометрических фигур и т. д., хотя выглядит как цельная картинка. Способ получения таких изображений называется векторным (траекторным, линейным). Под рисунком понимается контурное раскрашенное изображение. Наконец, наиболее сложное по графике изображение — цветная картина, для создания которой используется растровый способ воспроизведения: изображение раскладывается на множество точек (пикселей), каждая из которых может иметь свой цвет и яркость (фотоснимки, иллюстрации).

К программам графического рисования и редактирования относятся:

— самые простые интерактивные про-граммы-«рисовалки», работающие в векторном и растровом режимах, — графические редакторы: Paint, PBrush, Imaging и др., с помощью которых можно создавать простейшие рисунки и раскрашивать их. Программа Imaging, кроме того, применяется для просмотра любых картинок;

— пакеты, предназначенные только для растровой графики (сканированных изображений), — Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint и др. Эти программы адресованы тем, чей род занятий связан с обработкой оцифрованных изображений — дизайнеров, создателей рекламы и т. д. Неисчерпаемые возможности при манипуляциях с цветом, создание многослойных изображений, около 100 фильтров и спецэффектов и многое другое выводят данные пакеты на высшую ступень в этой группе;

— программные комплексы, которые работают как с растровой, так и с векторной графикой. Они обладают еще более солидными возможностями. Лучший из них — комплект программ для создания и редактирования изображений CorelDraw. В пакет входят программы по редактированию векторной (CorelDraw) и растровой графики (Corel PhotoPaint); программы создания трехмерных изображений (Corel Dream3D) и текстур (Corel Texture) и др.; громадная библиотека образов: шрифты, шаблоны, картинки и фотографии;

— системы автоматизированного проектирования (САПР). Самыми известными из них являются AutoCAD и его приложения, КОМПАС, ArchiCAD, Solid Edge, CADdyидp. Они занимают особое место в среде графических программ. Эти системы служат для проектирования, конструирования, подготовки технологической документации в самых разных областях производства. Их применяют конструкторы, технологи, проектировщики строительных и промышленных предприятий. Изучению этих и подобных им программ отводится время и в учебных заведениях;

— программы трехмерного моделирования и анимации: 3D Studio, 3D МАХ, Character Studio, 3D Studio VIZ, используемые в различных целях — от создания

видеоклипов до разработки компьютерных игр. Функции их моделирования ориентированы на прорисовку произвольных форм объектов (таких, как растения или животные) либо на «вылепленные» формы (например, автомобили или самолеты). Программы — прекрасное дополнение к AutoCAD, особенно в презентации и анимации. С помощью программ анимации можно усовершенствовать модели AutoCAD, сделав их за счет оживления более естественными.

Машинная графика представлена целым рядом направлений. Это и новые эффективные технические средства для проектировщиков и конструкторов, и научные и учебные дисциплины, родившиеся на базе синтеза аналитической и начертательной геометрии, информатики, приборостроения. Свои подходы к машинной графике у геодезистов и картографов, у полиграфистов и астрономов, у кинематографистов и разработчиков компьютерных игр. Желание любого чертежника — чтобы его кропотливую и нередко рутинную работу (выполнение чертежей, схем ит. п.) делал автомат. Часто создание нового проекта связано с модификацией отдельных узлов и элементов. В этом случае компьютер используется в качестве «электронного кульмана», позволяющего значительно ускорить конструирование и выполнение чертежа, а также улучшить качество оформления документации. Центральное место в данном случае занимает плоский чертеж, который представляет изделие, а также служит пособием для его изготовления.

Современные компьютерные технологии позволяют осуществить естественный для человека вариант проектирования: составление модели объекта, а затем по ней — проекции на плоскости. При этом сущность метода не меняется: на плоскости также получают проекции модели, но уже после ее создания. Пространственная геометрическая модель изделия является более наглядным способом представления оригинала и более мощным и удобным инструментом для решения геометрических задач. Инженер, проектировщик, архитектор действуют, имея перед глазами графическую или объемную модель интересу-

ющего их объекта. Компьютерная графика дает возможность достаточно просто управлять созданием трехмерных моделей и наглядно отображать их на экране. Кроме того, упрощается выполнение многих операций геометрического моделирования: построения линий пересечения, разрезов и сечений, любых проекций и др. При обычном проектировании это занимает значительное время. Для эффективного и качественного проектирования объектов разного рода служат системы автоматизированного проектирования.

В различных областях науки и техники проектирование и конструирование приобретают специфику, которая обусловливает определенные требования к САПР Сравним, например, картографию, проектирование строительных сооружений, проектирование электрических схем. Понятно, что и объекты, и конструкторская документация, и изображения на мониторе будут заметно отличаться. Поэтому основной задачей при переходе к автоматизированному проектированию становится выбор базового графического программного обеспечения.

Программное обеспечение по степени специализации можно разделить на универсальное, которое может успешно применяться в различных сферах за счет использования особых программных «надстроек», и специализированное, имеющее ярко выраженную отраслевую направленность.

С позиций пользователей САПР можно классифицировать программные продукты по сложности решаемых задач. По этому признаку разграничивают САПР «легкие», «средние» и «тяжелые». Задача «легких» — выпуск обычной конструкторской документации на базе компьютера (без трехмерного проектирования). Если требуется трехмерная машинная графика, описывающая пространственные объекты, нужны «средние» системы, сохраняющие свою универсальность, общий характер. «Тяжелые» САПР обычно представлены специализированными программами, согласованными с особенностями поставленных задач, требованиями конкретного производства. Они позволяют перейти к решению таких задач, как создание моделей сборок,

прочностные расчеты, подготовка производства и управляющих программ для станков с ЧПУ, пространственное моделирование промышленных предприятий и управление проектной информацией. По мнению аналитиков, с помощью современных «легких» и «средних» САПР можно решить 90 — 95 % всех конструкторских задач. Поэтому для большинства пользователей предпочтительным будет универсальное базовое графическое программное обеспечение, осуществляющее это на уровне «легких» и «средних» САПР

Был проведен анализ графических систем с целью определения наиболее удобного пакета для обучения студентов компьютерной графике. В качестве главных критериев были установлены следующие:

— простота освоения и эксплуатации пользователями;

— популярность продукта среди потребителей;

— перспективы развития;

— наличие учебной и методической литературы.

В качестве дополнительных были приняты:

— дружественный интерфейс;

— возможность работы на недорогой технике;

— доступная для вузов цена.

Были изучены самые востребованные

в настоящее время САПР: AutoCAD, КОМПАС, Solid Edge, CADdy и некоторые другие. Все они разработаны для платформ IBM PC и широко используются при проектировании и конструировании различных изделий.

Система CADdy (продукт германской фирмы ZIEGLER Informatics GmbH) является Windows-приложением и представляет собой профессиональное программное обеспечение, предназначенное для проектирования в различных сферах производства. К отраслям применения системы относятся автомобильная промышленность, судо-, авиа- и машиностроение, электронная промышленность и телекоммуникации, производство технологического оборудования, аппаратных средств, измерительной техники и многое другое. Система ЕЗ. CADdy — профессиональное програм-

мное обеспечение для проектирования в области электротехники, АСУТП и автоматики, а также кабельных и жгутовых соединений. В рамках одной системы реализуется вся технологическая цепочка, весь проект: на базе архитектурного макета формируется полная информационная система здания, необходимая для его функционирования, проектирования электрической части, монтажа оборудования. Программа рекомендуется для средних по размеру фирм, выполняющих полный цикл проектных и производственных работ. Из-за большого количества встроенных возможностей, библиотек функций для ее реализации необходимы мощный компьютер и профессиональные пользователи.

Программный продукт Solid Edge фирмы Intergraph Software Solution — система автоматизированного конструирования (CAD) нового поколения для машиностроения. Solid Edge является первой системой CAD, которая предлагает эффективное объектно-ориентированное параметрическое моделирование в хорошо известной среде Windows. Она ориентирована на работу со сборочными узлами и имеет встроенные средства для коллективной параллельной разработки и управления проектами, обладает расширенными возможностями твердотельного моделирования. Конструкторы могут активизировать модель в сборке и создавать новые детали непосредственно на месте сборочного узла, используя элементы соседних деталей для привязки. Особое внимание разработчиков постоянно уделяется повышению эффективности работы с большими сборками, характерными для изделий машиностроения. На сегодняшний день самые объемные сборки, созданные в Solid Edge, содержат более 100 тысяч деталей. Посредством трансляторов данных Solid Edge ведут обмен данными с другими системами CAD, в частности с системой AutoCAD. Этот продукт специализирован в основном на машиностроительном проектировании, достаточно сложен в освоении, поэтому в учебный процесс пока не привлекается.

На российском рынке компьютерных технологий набирает популярность система КОМПАС, предлагаемая компанией АСКОН (Санкт-Петербург), присутству-

ющей на российском рынке САПР с 1989 г. Компания является разработчиком систем автоматизированного проектирования КОМПАС, успешно эксплуатируемых на многих предприятиях страны и зарубежья. Программное обеспечение используется по таким направлениям, как:

— выпуск чертежно-графической документации (чертежи деталей и сборочных единиц, схемы различных типов, технические условия и т. д.);

— трехмерное моделирование в КОМ-

nAC-3D;

— разработка приложений в системе КОМПАС-Мастер;

— разработка программ для станков в

системе КОМПАС-ЧПУ

Система постоянно совершенствуется с учетом актуальных проблем отечественных промышленных предприятий и самых современных требований, предъявляемых к программному обеспечению. Созданы многие эффективные инструменты технолога, входящие в линейку программных продуктов КОМПАС: КОМ-П АС-Штамп, Переводчик технологий и Классификатор ЕСКД, Библиотека электродвигателей , Интегрированная система проектирования тел вращения КОМПАС-SHAFT Plus, САПР Фрез, Библиотека элементов электрических схем и др. Система привлекательна тем, что построена на русском языке, поддерживает российские стандарты и проста в освоении.

Пакет AutoCAD разработан в начале 1980-х гг., американской фирмой Autodesk— четвертой в мире по величине компанией, производителем программного обеспечения для ПК. Это интернациональная программа: ее используют в 153 странах, общее число пользователей достигает 3 миллионов. Несмотря на агрессивную политику конкурентов, доля AutoCAD остается ведущей среди всех базовых систем САПР. Система AutoCAD — практически мировой стандарт в области САПР для персональных компьютеров (более 60 % всех установленных систем в мире). Стандарты AutoCAD поддерживает огромное число независимых разработчиков, создавших более 5 ООО специализированных приложений для AutoCAD во всех прикладных областях, а также все известные произво-

дители технических средств. Она ориентирована на специалистов разной квалификации — конструкторов, архитекторов, строителей, инженеров, техников.

Ключевая особенность AutoCAD — неисчерпаемые возможности настройки. Менять можно пользовательские меню, систему команд, стили отображения объектов. Благодаря развитому интерфейсу программирования, поддерживающему языки AutoLISP, Visual Lisp, Visual Basic for Applications и даже С++, пользователь строит собственные системы автоматизированного проектирования, в полной мере пользуясь функционалом AutoCAD, который стал общепринятой платформой для создания САПР Формат DWG, применяемый в AutoCAD, является общим не только для всех приложений, строящихся на его основе. Сегодня любая система, так или иначе связанная с компьютерным проектированием и графикой вообще, может читать и записывать файлы в данном формате. Поэтому при применении AutoCAD никогда не возникает сложностей в обмене информацией с коллегами, смежниками, заказчиками. Спроектированную в AutoCAD модель всегда можно передать в любую существующую расчетную программу для проведения ее детального анализа.

Новые версии AutoCAD включают более 400 новых функций и усовершенствований. В систему AutoCAD 2002 впервые вошли специальные средства для контролирования стандартов предприятий, позволяющих управлять слоями, стилями и т. п. Появившийся в последних версиях механизм пространства листа и видовых экранов дал возможность разрабатывать чертежи с проекциями трехмерных объектов или сооружений, получать по одной модели несколько листов чертежного документа. В AutoCAD можно вести коллективную работу над проектом, связывать информацию, присутствующую на чертеже, с внешними базами данных. С AutoCAD 2005 осуществляется полный переход на электронный документооборот. Импорт слоев с существующих чертежей на лист ускоряет создание новых листов в чертеже. Становится иной работа с таблицами, вследствие чего управление данными де-

лается более удобным, а создание таблиц — более эффективным.

Если не нужны возможности трехмерного проектирования, целесообразна специальная версия AutoCAD LT. Этот продукт совершенно идентичен AutoCAD в части подготовки плоских чертежей, но существенно выигрывает с точки зрения цены.

На базе системы AutoCAD фирмами предлагаются локальные рабочие места по различным конструкторским, архитектурным и другим направлениям, а также новые специализированные системы.

В числе известных архитектурно-строительных приложений можно отметить AutoCAD Architectural Desktop (Autodesk), ArchiCAD (Graphisoft), Auto-Architect (Softdesk) — многофункциональные приложения AutoCAD, предназначенные для пространственного проектирования зданий, с развитыми средствами параметрического моделирования. Они содержат средства проектирования лестниц, эскалаторов, перекрытий, кровель и крыш, обширные редактируемые библиотеки строительных элементов и оборудования.

Приложения геодезии и генплана Autodesk MAP, Autodesk MapGuide адресованы специалистам в области гражданского строительства, геодезии и генплана, проектирования геоинформационных систем и включают средства сбора, ввода и обработки данных геодезической съемки, функции координатной геометрии, числового моделирования рельефа местности, работы с триангуляционными сетями. Система AutoCAD уже давно используется для обработки картографических данных. Во всем мире существуют гигабайты электронных карт в формате DWG/DXF

Фирма Autodesk создала мощный пакет для машиностроительного проектирования — Mechanical Desktop, служащий для сложного трехмерного моделирования, а также машиностроительный пакет Autodesk Inventor, который превосходит по своим возможностям Mechanical Desktop и в настоящее время является лидером продаж на российском рынке. Программный инструмент EdgeCAM английской компании Pathtrace для формирования управляющих программ станков с ЧПУ —

одна из ведущих в этой сфере. В него вошел ряд модулей для фрезерной, токарной и электроэрозионной обработки. Отличительная особенность EdgeCAM заключается в обработке параметрической твердотельной модели в среде Autodesk Mechanical Desktop, что позволяет на его основе строить системы сквозного проектирования.

Известна система CadMech Desktop для проектирования деталей и сборочных единиц в соответствии с ЕСКД в среде AutoCAD, содержащая средство генерации двух- и трехмерных деталей и сборочных единиц. Она поддерживает идеологию как «от сборочного чертежа к чертежу детали», так и «от чертежа детали к сборочному чертежу». Закончив сборочный чертеж, конструктор автоматически получает на 70 — 80 % готовые рабочие чертежи деталей. Система включает библиотеки стандартных трехмерных изделий, базу данных стандартных элементов и материалов (более 250 ГОСТов и средства работы с ними), полностью поддерживая стандарты ГОСТ и ЕСКД. Система проектирования трехмерных параметрических твердотельных деталей CadMech-3D дает возможность получения трехмерной модели на базе двумерного чертежа, выполненного в системе AutoCAD.

Компания ACCEL Technologies владеет правами на популярнейшую в России и во всем мире систему P-CAD. Современные пакеты компании позволяют построить сквозную технологию проектирования печатных плат (ПП) и обеспечивают подготовку, создание и прорисовку электрических схем, упаковку схем на платы, компоновку и размещение элементов, трассировку проводников, контроль ошибок, подготовку технологического процесса изготовления и выпуск всей необходимой технической документации на печатные платы.

Пакеты 3D Studio МАХ, 3D Studio VIZ разработаны для трехмерного моделирования, визуализации, анимации и спецэффектов и ориентированы на архитекторов, дизайнеров помещений, специалистов по освещению. Приложение Character Studio расширяет возможности 3D Studio МАХ. Оно предназначено для создания и анима-

ции движения персонажей. Эти пакеты незаменимы для разработчиков игр, худож-ников-аниматоров, специалистов по компьютерным спецэффектам и производителей видеорекламной продукции.

Приложения к системе AutoCAD (auto-ЕСКД.AutoCAD, auto.ЕСКД.Inventor, WinELSO, auto-СПДС, auto.ПРОЕКТ) ускоряют выполнение чертежей, полностью соответствующих ЕСКД.

Сравнительный анализ программных продуктов показал, что системы Solid Edge, CADdy имеют узкую направленность и требуют профессиональных знаний и наличия мощной компьютерной техники, поэтому в учебном процессе их использование целесообразно на старших спецкурсах. Системы AutoCAD и КОМПАС обладают примерно равными возможностями для обучения компьютерной графике. Достоинство AutoCad — простота работы с основными командами. Реализуется большое количество функциональных возможностей. Трехмерное проектирование разнообразнее, допускает создание сборочных чертежей. Если раньше говорили о трудностях в оформлении чертежей из-за несоответствия российским стандартам, то в настоящее время этот недостаток устранен. Программа КОМПАС привлекает низкой ценой продукта и хорошим сочетанием возможностей параметризации с простым черчением, поддержкой российских стандартов и наличием библиотек. В то же время огромное количество созданных на базе системы AutoCAD новых специализированных систем по различным конструкторским, архитектурным и другим направлениям, их пользователей во всем мире, а не только у нас в стране (в отличие от КОМПАС) делает обоснованным выбор системы AutoCAD.

Проведенный анализ пе дает права делать категорические выводы относительно того, какая программа лучше. Это зависит от пользователя и его привычки работать в той или иной графической системе. Для многих конструкторов удобнее программа КОМПАС. Но все же большинство пользователей отдают предпочтение программному продукту AutoCAD.

В некоторых школах, лицеях и колледжах изучается система КОМПАС на уро-

ках машинной графики. Поэтому в высшем учебном заведении, на наш взгляд, тем более необходимо освоение такой мощной и перспективной системы, как AutoCAD.

Учебно-методическим объединением

вузов Российской Федерации в 1998 г. утверждена программа дисциплины «Начертательная геометрия, черчение и машинная графика», включающая в качестве самостоятельного раздел «Компьютерная графика» . Она ориентирована на использование системы AutoCAD. Межвузовская конференция кафедр графических дисциплин (Нижний Новгород, 2000 г.) подтвердила тот факт, что подавляющее число вузов России (примерно 80 %) работает с системой AutoCAD. Преподаватели кафедры инженерной и компьютерной графики Мордовского университета с 1995 г. активно сотрудничают и обмениваются опытом с коллегами графических кафедр МГТУ имени Н. Э. Баумана, МИЭТ (Зеленоград), также применяющими в обучении программу AutoCAD. Для обеспечения учебного процесса на высоком уровне преподавателями кафедры совместно с учеными МГТУ разработаны: обучающая программа по AutoCAD 2002; комплекс лабораторных работ по компьютерной графике; методические пособия; учебное пособие, получившее рекомендацию УМО по образованию в области строительства «Моделирование пространственных объектов в AutoCAD 2002» (Саранск, 2003). Поэтому преподавание компьютерной графики на кафедре инженерной и компьютерной графики Мордовского университета в основном построено на использовании системы AutoCAD и ее приложений.

Дисциплину « Компьютерная графика» с 1995 г. в различных объемах и вариациях изучают студенты факультетов: электронной техники, светотехнического, строительного; институтов физики и химии, механики и энергетики. Основная цель — ознакомление с наиболее распространенными графическими пакетами, привитие навыков работы с системами автоматизированного проектирования, познание основ компьютерного моделирования пространственных объектов. При разработке курса машинной графики учитывалось, что в на-

стоящее время стоит задача перехода на новую технологию конструирования конкурентоспособных изделий, что требует современных методик обучения специалистов, в которых центральное место занимают методы компьютерной графики как

%

нового инструмента конструирования.

Учебная программа предполагает выполнение ряда лабораторных работ, в ходе которого студенты осваивают основные принципы работы в графической системе AutoCAD, принципы выполнения двумерных изображений, основы геометрического моделирования и способы компоновки изображения детали из простых геометрических объектов, а также вопросы конструирования и изучения свойств типовых поверхностей. Они выполняют изображение машиностроительной детали, а также чертеж по специальности.

На втором курсе строительного факультета студенты в рамках учебной программы по строительному черчению изучают основы моделирования архитектурно-строительных объектов с использованием графической системы ArchiCAD, созданной компанией Graphisoft (США) в 1984 г. Архитектору предлагается мощный программный продукт, разработанный с учетом его потребностей и позволяющий иметь дело не с отдельными чертежами, а с объемной моделью. На старших курсах факультета электронной техники применяется система P-CAD компании ACCEL Technologies, расширяющая возможности AutoCAD в сфере создания и редактирования схем и печатных плат. С помощью P-CAD можно построить сквозную технологию проектирования ПП, подготовки технологического процесса изготовления ПП и выпуск всей необходимой технической документации.

По мнению студентов, на создание чертежа уходит большая часть времени проектирования. Переход на компьютерные технологии уменьшает затраты времени, позволяет не задумываться о качестве чертежа. И самое важное — чертить на компьютере намного интереснее и даже приятнее.

Необходимо изучать и внедрять прогрессивные компьютерные технологии — такие, как 3D MAX Studio, Solid Edge

и др. Сделать это гораздо легче после обучения работе в системе AutoCAD. Практика показывает, что человек, начинающий «с нуля» изучать систему Solid Edge, тратит на это два года, тогда как пользователь, умеющий работать в AutoCAD, осваивает ее за б месяцев, т. е. в 4 раза быстрее.

Знания, полученные при изучении компьютерной графики, используются при выполнении курсовых и дипломных, студенческих научных работ, а также диссертационных работ аспирантами и соискателями. Планируется изучение САПР по специальности «Компьютерная графика» на факультете повышения квалификации преподавателей и специалистов производства, тем более что для этого есть все условия: компьютерный класс, методиче-

ская литература, обучающая программа по AutoCAD, преподаватели с солидным опытом работы в данной области. Это окажет помощь предприятиям в повышении квалификации специалистов производства, кафедрам графических дисциплин филиалов вуза, преподавателям средних специальных учебных заведений и школ.

Привлечение к учебному процессу компьютерной техники способствует его интенсификации, совершенствованию форм и методов обучения. В итоге глубже усваивается материал, приобретаются навыки применения вычислительной техники в решении инженерных вопросов и выполнении проектных работ, принятии обоснованных решений, активизируется самостоятельная работа студентов, стимулируется их познавательная деятельность.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Клейман Г. М. Школы будущего: компьютеры в процессе обучения / Г. М. Клейман. М. : Радио и связь, 1987. 176 с.

2. Котов Ю. В. Основы машинной графики : учеб. пособие для студ. худож.-граф. фак. пед. ин-тов / Ю. В. Котов. М. : Просвещение, 1993. 255 с.

3. 11-я Международная конференция по компьютерной графике и машинному зрению ГрафиКон' 2001 : тр. конф. / Нижегор. гос. архитектурно-строит. ун-т. Н. Новгород, 2001. 352 с.

4. Хрящев В. Г. Моделирование и создание чертежей в системе AutoCAD / В. Г. Хрящев,

Г. М. Шипова. СПб. : БХВ-Петербург, 2004. 224 с.

Поступила 11.11.04.

ПРИБЛИЖЕННЫЙ СПОСОБ РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ СТАТИКИ СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ

И. И. МЕРКУЛОВ, кандидат технических наук, C.B. ЯУШЕВА, кандидат технических наук

Как известно, решение дифференциальных уравнений теории предельного равновесия сыпучей среды с учетом объемных сил для двух семейств линий скольжения может быть получено лишь методом конечных разностей, за исключением частного случая, когда в рассматриваемой обла-

сти угол наклона главных площадок с осью координат постоянный.

Для того чтобы расширить использование теории предельного равновесия сыпучей среды в инженерной практике, в ряде исследований разрабатывались приближенные решения, основанные на неко-

© И. И. Меркулов, С. В. Яушева, 2005