ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА С ОСНОВАМИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Редькин Владимир Федорович

доцент Сибирского федерального университета, г. Красноярск

E-mail:

ENGINEERING GRAPHICS WITH DESIGN BASICS

Vladimir Redkin

Associate Professor of Siberian Federal University, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена вопросам реформирования геометро-графической подготовки в высшем учебном заведении в свете нового стандарта ФГОС ВПО. Это не готовое решение, но попытка к нему приблизиться. Изложена структура рабочей программы дисциплины «Инженерная графика с основами проектирования» с краткими пояснениями отличительных особенностей.

ABSTRACT

The present article deals with the aspects of geometro-graphic univeristy education in the light of the new standard FGOS VPO. This is not a final solution, but an attempt to get close to it. The structure of the working program for the course «Engineering graphics with design basics» is presented with a brief description of distinctive features.

Ключевые слова: образовательный стандарт; геометро-графическая подготовка; инженерная графика; информационные технологии; геометрическое моделирование; проектирование; конструирование; электронные документы; чертеж.

Keywords:educational standard; geometro-graphic education; engineering graphics; information technology; geometric modeling; design; engineering; electronic documents; drawing.

Актуальность реформирования геометро-графической подготовки в вузах очевидна. Этот вопрос обсуждается уже на протяжении нескольких лет, но до сих пор конкретного решения не найдено. Это подтвердила и состоявшаяся в феврале-марте 2011 года II-Международная интернет-конференция КГП-2011 «Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях ФГОС ВПО». Большинство участников КГП – 2011 солидарны в том, что начальная геометро-графическая подготовка должна преподаваться как основы геометрического моделирования [1]. При этом делается акцент на преподавание геометрического моделирования на основе и с использованием современных САПР. Решение конференции КГП-2011 (пункт 8 итогового документа): «Рекомендовать научно-методическому совету по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике: разработать примерную программу ГП на основе ФГОС ВПО с учетом различных направлений подготовки и донести ее содержание до кафедр геометро-графических дисциплин технических вузов до начала нового учебного года» до сих пор не реализовано. Заканчивается учебный год, в котором студенты первого курса обучаются по новому стандарту ФГОС ВПО. Но вот по новому ли стандарту?

Создается впечатление, что Решения КГП-2011 не услышаны, не поняты, а может и не приняты. В отсутствии примерных программ, выстроенных в соответствии с решениями КГП-2011, кафедры формируют новые рабочие программы дисциплины «Инженерная графика» под ФГОС ВПО на основе старых представлений [2]. Геометрическое моделирование с применением CAD (САПР), являющееся сегодня основой проектно-конструкторской деятельности, упорно ставят в конец рабочей программы после разделов «начертательная геометрия» и «инженерная графика» и называют по-разному с добавлением слов «…компьютерная графика…». Выстроить новый курс дисциплины в соответствии с решениями конференции, решаются не многие [3].

Несмотря на широкое применение САПР в проектировании и конструировании, активное использование современных информационных технологий в учебном процессе, «Начертательная геометрия», как раздел дисциплины «Инженерная графика с основами проектирования» преподается в традиционном виде.

Учитывая актуальность геометро-графической подготовки, предлагается обсудить вариант структуры дисциплины «Инженерная графика с основами проектирования». Дисциплина преподается в соответствии с рабочим учебным планом направления подготовки 051000.62 в первом и втором семестрах.

На наш взгляд дисциплина может быть представлена в виде трех модулей:

Модуль 1. Основы геометрического моделирования.

Тема 1-1. Основные понятия и принципы работы в САПР. Интерфейс КОМПАС 3D. Файл фрагмента и файл чертежа. Геометрические объекты на плоскости. Редактирование.

Тема 1-2. Метод проекций. Виды и свойства проекций. Проецирование точек, отрезков и плоскостей. Прямая и обратная задачи изображения объекта.

Тема 1-3. Построение плоских кривых и сопряжений. Размеры. Измерения на плоскости.

Тема 1-4. Файл модели. Основные понятия 3Dмоделирования. Дерево модели. Объекты модели.

Тема 1-5. Построение точек и кривых в трехмерном пространстве.

Тема 1-6. Построение поверхностей. Требования к эскизам. Редактирование поверхностей.

Тема 1-7. Построение тел. Требования к эскизам. Редактирование тел.

Тема 1-8. Массивы. Вспомогательные объекты. Элементы оформления.

Тема 1-9. Получение информации о модели и ее объектах. Измерения.

Модуль 2. Инженерная графика.

Тема 2-1. ЕСКД. Общие требования. Виды изделий. Виды конструкторских документов.

Тема 2-2. Файл чертежа. Виды. Оформление чертежей. Форматы. Масштабы. Линии.

Тема 2-3. Геометрические основы форм деталей. Построение моделей деталей сложной формы.

Тема 2-4. Правила выполнения изображений. Ассоциативные виды. Построение видов. Аксонометрические проекции. Надписи и обозначения на чертеже.

Тема 2-5. Изображение и обозначение конструктивных элементов деталей.

Тема 2-6. Изображение и обозначение резьбы. Основные параметры. Технологические элементы резьбы. Условное изображение резьбы на модели.

Тема 2-7. Соединения разъемные и неразъемные. Построение и редактирование сборочной единицы. Изображение и обозначение на чертежах.

Тема 2-8. Эскизные конструкторские документы. Правила выполнения и обращения.

Тема 2-9. Электронная модель детали. Чертеж детали. Изображение размеров.

Тема 2-10. Базирование. Основы ЕСДП. Шероховатость поверхностей.

Тема 2-11. Электронная модель сборочной единицы. Электронная структура изделия. Сборочный чертеж и спецификация.

Тема 2-12. Схемы. Эксплуатационные документы.

Модуль 3. Основы проектирования и конструирования.

Тема 3-1. Информационная поддержка изделия. Роль и место проектирования в жизненном цикле изделия.

Тема 3-2. Изучение предметной области. Выбор прототипа, анализ проблемной ситуации и постановка технической задачи.

Тема 3-3. Анализ прототипа, список недостатков и перечень требований к проектируемому объекту.Стадии проектирования.

Тема 3-4. Основы конструирования. Основы расчетов при проектировании и конструировании.

Особенности построения дисциплины продиктованы следующим. Так как ее изучение начинается с первого учебного семестра, когда большинство студентов не имеют навыков работы с САПР, вся работа строится с применением САПР КОМПАС. Программа легко осваивается студентами и позволяет успешно решать все рассматриваемые в курсе задачи изображения объектов на плоскости и разработки моделей деталей и сборочных единиц в 3D. Следует отметить удобство разработки КД в соответствии со стандартами ЕСКД, что в большинстве случаев является решающим при выборе программы КОМПАС.

На начальном этапе освоения модуля 1 решается задача освоения САПР КОМПАС (тема 1-1) как аппарата, необходимого для изображения объектов при изучении последующих тем. Уже при изучении метода проекций (тема 1-2) предполагается знание команд и принципов построения объектов, наличие навыков изображения в САПР точек, вспомогательных линий и отрезков.

Изображения создаются в САПР на основе 3D модели, но грамотное решение задачи невозможно без знания метода проекций. Эти знания необходимы при формировании в чертеже представления о форме изделия, на основе получаемых в САПР изображений видов, разрезов, сечений и т. п. Метод проекций востребован также при проектировании 3Dпространства в режиме «электронного кульмана» и необходим для успешного чтения ранее разработанных чертежей.

 Знания о плоских кривых и методах их построения, навыки построения сопряжений и размеров (тема 1—3), в сочетании с полученными ранее знаниями и навыками формирует необходимую базу для создания чертежей и схем в режиме «электронного кульмана». Эти знания необходимы также для успешного изучения методов построения эскизов, как основы для моделирования поверхностей и тел.

При изучении материала темы 1—4 делается акцент на особенностях файла модели, его интерфейсе, структуре панелей и других атрибутах, необходимых при создании 3D моделей. Рассматриваются основные понятия и принципы 3D моделирования, изучаются объекты модели. Все это составляет необходимую основу для построения и редактирования точек и кривых (тема 1—5), поверхностей (тема 1—6) и тел (тема 1—7) в трехмерном пространстве.

Модуль 1 завершается изучением команд построения массивов, зеркального отображения операций, правил создания и использования вспомогательных объектов (тема 1—8). Получение информации о модели и ее объектах, а также различные измерения, проводимые непосредственно на 3D модели являются важным элементом ее исследования (тема 1—9).

Несмотря на то, что КД в бумажной форме равноценны с соответствующими электронными документами (ДЭ), и до сих пор широко используются, их разработка с применением кульмана и «ручной» технологии становится нецелесообразной. На основе ДЭ, разработанного с применением САПР, при необходимости, всегда можно получить его твердую копию.

В связи с этим в модуле 2 «Инженерная графика», в отличие от традиционного курса инженерной графики, ориентированного на «ручную» технологию, решаются задачи обучения эффективному использованию САПР для разработки ЭД. Предполагается, что проектная деятельность, на всех ее этапах, ведется с использованием САПР и ее результатом является комплект ЭД. В модуле 2 делается акцент на новые стандарты, устанавливающие общие требования по выполнению ЭД (тема 2—1). Это электронная модель детали (ЭМД), электронная модель сборочной единицы (ЭМСЕ), разрабатываемые на основе электронной геометрической модели (ЭГМ) детали или сборочной единицы соответственно, электронная структура изделия (ЭСИ). Это может быть чертеж детали, сборочный чертеж, спецификация или другие конструкторские документы, разработанные на основе ЭГМ непосредственно или путем преобразования электронной модели изделия (ЭМИ) или выполненные в 2D с использованием САПР, как «электронного кульмана».

Актуальной становится способность проектировать оптимальные модели деталей сложной формы, закладывать в процессе разработки моделей возможности их быстрого редактирования (тема 2—3). Это является необходимой базой успешного создания ЭМД, чертежа детали, нанесения размеров, надписей и технических требований, других элементов оформления (тема 2—9).

Не затрагивая некоторых важных вопросов, традиционно рассматриваемых в инженерной графике, нужно отметить необходимость изучения общих представлений о файле чертежа, формирования видов, в том числе и ассоциативно связанных с ЭГМ (темы 2—2 и 2—4). Необходимо изучение различных видов соединений и формирование сборочных единиц с применением САПР (тема 2—7), с оформлением, в дальнейшем на их основе, ЭМСЕ, ЭСИ, чертежа сборочного и спецификации (тема 2—11). При изучении эксплуатационных документов, следует обратить внимание на новые возможности создания учебно-технического плаката и электронного интерактивного технического руководства (ИЭТР), как средств обучения (тема 2—12).

В модуле 3 студенты знакомятся с понятием «жизненный цикл изделия» (ЖЦИ), связями между его процессами, вопросами информационной поддержки изделия, местом и ролью процесса проектирования и конструирования в ЖЦИ (тема 3—1). В рамках самостоятельной работы студенты выполняют проект по теме «Разработка изделия бытового назначения». Объект проектирования студенты выбирают самостоятельно, исходя из собственных предпочтений, но преподаватель должен оценить сложность проекта и возможность его разработки конкретным студентом.

На данном этапе обучения студенты еще не обладают достаточными знаниями в конкретной предметной области. Поэтому первой задачей становится изучение предметной области, связанной с объектом проектирования. При рассмотрении объектов делается акцент на изучении эволюции конструкции, для формирования цельной картины развития объекта, выбора прототипа, анализа проблемной ситуации и постановки технической задачи (тема 3—2).

Поиск решения производится с целью устранения имеющихся недостатков прототипа при сохранении других важных параметров. Для решения поставленной задачи студенты выполняют анализ прототипа, составляют список его недостатков и формируют перечень требований к проектируемому объекту и техническое задание. В рамках технического предложения студенты разрабатывают, как минимум, три варианта изделия, формируют систему критериев, и на ее основе выбирают оптимальный вариант (тема 3—3). Нужно отметить, разрабатывая варианты изделия, не все студенты могут успешно изобразить на эскизе тот образ, который они создали в своем воображении, что составляет проблему. Это касается, как изображения внешнего вида изделия, так и представления его конструкции.

При разработке конструкции изделия, студенты самостоятельно решают вопросы рациональности конструкции, подбора материалов деталей, выбора технологических вариантов изготовления, использования стандартизованных элементов, нанесения декоративных покрытий. На основе разработанной модели студенты создают в САПР комплект КД (состав КД по указанию преподавателя) и презентационный вид изделия. Расчеты конструкции рассматриваются кратко, в ознакомительных целях с применением САПР SolidWorks (приложение Simulation) (тема 3—4).

Список литературы:

1. КГП-2011. Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях ФГОС ВПО: Материалы II Междунар. науч.-практ. Интернет-конференции (Решение конференции). Пермь: Изд-во Перм. гос. тех. Ун-та, 2010. URL: http:// dgng.pstu.ru/conf2011/ news/21/
2. Кравчук Л.Е. Инженерная графика. ВГУЭС, URL: http://abc.vvsu.ru/Books/p_enggraph_vm/default.asp
3. Маркин Л.В., курс «Методы геометрического моделирования и компьютерной графики» разработан Консорциумом «Геометрическое образование в новых информационных технологиях». URL: www.cgg-journal.com