Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

Бармина Нина Демидовна,

старший преподаватель кафедры инженерной графики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгород barmlna.nln@vandex.ru

Ширшова Ирина Александровна,

кандидат педагогических наук, доцент кафедры инженерной графики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгород lashlrshova@rambler.ru

Аннотация. Статья посвящена организации и содержанию курсовой работы по инженерной компьютерной графике в виде макета-стенда.

Ключевые слова: твердотельная модель, сборочный чертеж, рабочий чертеж, моделирование, графический отчет.

Раздел: (01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).

Инженерная компьютерная графика занимает одно из главенствующих мест в современном образовании и является необходимой дисциплиной в процессе технического обучения. Конструкторско-графическая подготовка формирует теоретическую и практическую базу инженерного образования, так как является основой деятельности специалистов, вовлеченных в процессы создания, производства, эксплуатации, ремонта всевозможных конструкций.

Раздел геометрического моделирования - неотъемлемая часть инженерной компьютерной графики. По роду своей деятельности каждый инженер встречается с той или иной разновидностью конструкторской документации, поэтому знание теории изображений и стандартов является необходимостью для инженера. Изучение механизмов образования и построения графических изображений на основе методов проецирования и изучение правил выполнения чертежей в соответствии с действующими стандартами позволяют студентам стать грамотными в области прочтения чертежей и представить истинную форму и размеры моделируемых реальных трёхмерных объектов. В основе двумерного моделирования лежит чертёж. Студенты первых курсов изучают начертательную геометрию, где познают основы проецирования и учатся представлять мысленно форму объектов и их взаимное расположение в пространстве, что вызывает усиленную работу пространственного воображения. Инженерная графика учит умению представить объекты трёхмерного пространства в двумерном виде (на бумаге или на экране компьютера) или по изображению на плоскости представить реальный трёхмерный объект с точки зрения его геометрических свойств. Иными словами, грамотное прочтение чертежа имеет большое значение для процесса моделирования, а следовательно, двумерное моделирование неразрывно связано с трехмерным. Оба отражают способы представления объектов с целью их проектирования, анализа и визуализации.

В основе геометрического моделирования лежат геометрические модели. Модель - это математическое представление геометрической формы, хранимое в па-

Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике

f\j ■Л f\j

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

мяти компьютера. Геометрическая модель - представление изделия с точки зрения его геометрических свойств: формы и размеров. Основные виды моделирования с точки зрения пространственного представления объектов - двумерное моделирование и трехмерное моделирование. Двумерное представлено чертежами изделия или иными проекциями. Трехмерное является наиболее совершенным видом и наиболее полно и реалистично представляет изделие. С точки зрения геометрической структуры представления объекта выделяется три основных типа трехмерных моделей: каркасные (проволочные), поверхностные (оболочечные), твердотельные (модели сплошных тел). Каркасная модель состоит из узлов и ребер. Поверхностная - из узлов, ребер и граней. Твердотельная состоит из узлов, ребер, граней и объема.

Исторически первыми появились каркасные модели. В них хранится информация только о координатах вершин (х, у, г) объекта и соединяющих их ребрах. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд ограничений, связанных с недостатком информации о гранях и невозможностью выделить внешнюю и внутреннюю область трехмерного объекта. Основным ограничением является неоднозначность интерпретации видимости и ориентации граней каркасного изображения. В отличие от твердотельной модели, в каркасной нельзя отличить «видимые грани» геометрической формы от «невидимых» (скрытых). Также существенным ограничением является невозможность распознавания криволинейных участков моделируемого объекта. Так, боковые поверхности цилиндрических форм, которыми представлены, например, отверстия объекта, реально не имеют ребер, хотя на изображении показываются силуэты неких мнимых ребер. Таким образом, на каркасной модели мы имеем некорректное представление исходной формы. Тем не менее каркасные модели занимают достойное место в моделировании, так как позволяют получить быструю визуализацию производимых изменений в процессе конструирования изделия.

Поверхностную модель можно рассматривать как модель более высокого уровня, чем каркасную, так как наличие граней дает возможность распознавать и изображать сложные криволинейные участки объекта, выполнять особые построения, такие как, например, отверстия. Метод поверхностного моделирования используется наиболее эффективно при проектировании и изготовлении сложных криволинейных поверхностей, применяемых в автомобилестроении и в авиационной промышленности. Но при этом поверхностная модель не дает полного представления о моделируемом объекте, так как не отображает его внутреннюю область, а значит, не предоставляет возможности получения разрезов и сечений изделий. Эти знания дают возможность построения студентами трёхмерных моделей изделий разного назначения, в том числе машиностроительных и изделий авиа- и кораблестроения, методами геометрического моделирования, а также изучить способы и формы представления объектов и их изображений на экране компьютера и методы манипулирования ими.

Геометрическое моделирование даёт возможность построить эти объекты в виде твердотельных моделей методами компьютерной графики и собрать их при необходимости в узлы, то есть осуществить сборку или разборку изделий. Таким образом, работа с трёхмерными моделями требует тех знаний, которые студенты приобретают при изучении курсов начертательной, инженерной и компьютерной графики, являющихся дисциплинами, составляющими основу инженерного образования.

Итог изучения дисциплины «Инженерная компьютерная графика» - курсовая работа, которая не только позволяет обобщить все знания, полученные за время обучения данным дисциплинам в области компьютерной инженерной графики, но и даёт возможность оценить эти знания.

«VI О <Х»

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

Тема курсовой работы - чтение, деталирование и моделирование сборочного чертежа. Чтением сборочного чертежа называют процесс определения конструкции, размеров и принципа работы изделия по его чертежу. Деталирование - процесс выполнения рабочих чертежей деталей по сборочному чертежу. Под моделированием следует понимать создание трехмерных моделей деталей и трехмерной сборки. Задание на курсовую работу выдается индивидуально по вариантам. В него входят: сборочный чертеж изделия, перечень составных частей и описание работы изделия. Сборочный чертеж содержит кроме самого изображения информацию, необходимую для сборки (изготовления) и контроля, а также данные о конструкции его составных частей и их взаимодействия. Такой чертеж дает возможность не только собрать изделие, но и выполнить по нему документацию, необходимую для изготовления его составных частей.

Задание курсовой работы: по предложенному чертежу необходимо выполнить рабочие чертежи указанных деталей, описать алгоритм создания модели детали типа «корпус», создать твердотельные модели всех деталей, входящих в сборку, а также саму твердотельную сборку (с присвоением материалов и выполнением необходимых разрезов), представить спецификацию на данное изделие.

Курсовая работа носит характер самостоятельной внеаудиторной работы, конечно же, основываясь на практических и лабораторных занятиях в данном направлении. В связи с тенденцией последних лет по сокращению аудиторных часов все более актуальной становится самостоятельная работа студентов. По новым стандартам доля внеаудиторной самостоятельной работы студентов составляет около 50%, то есть она достаточно весома в процессе изучения дисциплины. Следовательно, внеаудиторная самостоятельная работа студентов нуждается в такой же организации и методическом обеспечении, как и традиционная аудиторная [1]. Курсовая работа достаточно трудоёмка. Она требует большой занятости на компьютере для процесса моделирования, а также большой оформительской работы. Обязательным компонентом учебного процесса является использование средств обучения как носителя учебной информации и инструмента деятельности преподавателей и студентов. Средства обучения - это материальные объекты и предметы естественной природы, а также искусственно созданные человеком, используемые в учебно-воспитательном процессе в качестве носителей учебной информации и инструмента деятельности педагога и учащихся для достижения поставленных целей обучения, воспитания и развития [2].

Средства обучения, используемые при изучении курса «Инженерная компьютерная графика» и при выполнении курсовой работы по данной дисциплине, включают в себя следующие компоненты:

- натуральные объекты - компьютеры как учебно-производственное оборудование, на котором учащиеся отрабатывают профессиональные умения и навыки, натуральные (вещественные) модели, например технические образцы;

- условные графические изображения - чертежи, наглядные изображения;

- программно-методическое обеспечение, ориентированное на поддержку процесса преподавания курса, включающее программные средства поддержки процесса преподавания; электронные двумерные и трехмерные модели объектов, созданные учащимися;

- традиционные учебные средства - методические разработки и пособия по инженерной и компьютерной графике, совокупность практических работ, система заданий.

Все средства обучения, независимо от их дидактических функций, выполняют общие для них функции:

- наглядности, обеспечивая осознанность и осмысленность воспринимаемой

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

студентами учебной информации, формирование представлений и понятий, являющихся основой формирования конструкторско-графических умений;

- информативности, являясь непосредственными источниками знания, носителями графической информации;

- компенсаторности, облегчая процесс формирования умений, способствуя достижению цели с наименьшими затратами сил и времени обучаемого;

- адаптивности, поддерживая самостоятельность выполняемых обучающимися работ;

- интегративности, позволяя рассматривать использование компьютерных технологий в графогеометрической подготовке и как средство для формирования системы умений в области компьютерной графики, и как средство осуществления интеграции с инженерной графикой;

- инструментальности, обеспечивая умения работы с использованием различных технологий;

- мотивированности, формируя мотивацию освоения конструкторско-графических умений как компонента учебной и профессиональной деятельности.

Все они взаимосвязаны и оказывают комплексное влияние на процесс формирования конструкторско-графических умений, обеспечивая его рациональную организацию и управление. Но в большей степени используемые средства обучения направлены на формирование содержательной части выполняемой студентами курсовой работы по инженерной компьютерной графике. В то же время недостаточно внимания уделяется формированию оформительско-исполнительских умений, обеспечивающих реализацию курсовой работы в технической документации средствами автоматизированного проектирования и других программных продуктов.

Также, к сожалению, практика показывает, что в самостоятельной работе студентов встречаются существенные трудности, вызванные в первую очередь недостаточностью, а порой и отсутствием навыков работы с информацией, объем которой постоянно растет [3]. Можно добавить и отсутствие желания поиска необходимой информации с использованием учебной, справочной литературы или возможностей Интернета у некоторой части студентов. Данная ситуация предполагает гибкую систему, позволяющую приобретать знания там и тогда, где и когда это удобно студенту [4].

Поэтому на кафедре инженерной графики встал вопрос о создании, в дополнение к традиционным средствам обучения, макета-стенда представления электронной формы курсовой работы. Данный макет-стенд должен стать методическим пособием для студентов с целью более серьезного подхода к выполнению и оформлению курсовой работы, а также с целью экономии времени, затраченного на оформление курсовой работы, и снижения трудоёмкости ее проверки преподавателями. Была выработана единая форма компактного представления курсовой работы с учётом тех требований, которые предъявляются к документам такого рода, отражающая специфику направления и позволяющая оценить компетентность студентов в области полученных знаний по инженерной компьютерной графике. Такая форма представления отражает единые требования к оформлению курсовой работы, которые также приводятся в методических указаниях, выпущенных сотрудниками кафедры «Инженерная графика» [5]. Но если в методических указаниях упор делается на алгоритм создания трехмерных моделей деталей, то макет акцентирует внимание студентов на оформлении и содержании курсовой работы. Отчет о курсовой работе формируется в виде пояснительной записки, которая является текстовым конструкторским документом.

гм yj nj

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

Пояснительная записка включает:

- задание к курсовой работе;

- титульный лист;

- содержание;

- раздел «Описание сборочного чертежа»;

- раздел «Алгоритм создания твердотельной модели корпуса»;

- иллюстративный материал: трехмерные модели деталей, трехмерная сборка;

- список литературы;

- приложения (рабочие чертежи деталей);

- спецификацию.

Данный подход позволяет студентам более серьёзно отнестись к выполняемой работе и применить свои знания при работе в среде графической системы Автокад в области геометрического моделирования как в пространстве модели, так и в пространстве листа и более глубоко изучить требования, применяемые к оформлению технической и другого рода документации.

В данном макете приводится описание конкретной курсовой работы: Деталиро-вание сборочного чертежа НГТУ. ИГ0807. 030СБ «Регулятор давления». Создание твердотельных моделей.

Курсовая работа содержит раздел «Описание сборочного чертежа», где студенты должны ответить на вопросы, которые позволяют определить назначение и принцип работы моделируемого изделия, состав и конфигурацию его составных частей, а также способы соединения между собой деталей, входящих в сборочную единицу данного изделия и последовательность их сборки. Студентам рекомендована такая последовательность чтения сборочного чертежа изделия:

- по основной надписи определить наименование изделия и масштаб изображения;

- по изображениям выяснить, какие виды, разрезы, сечения, выносные элементы выполнены на чертеже и назначение каждого из них;

- по спецификации определить назначение каждой детали, положение ее на чертеже;

- установить способы соединения деталей между собой и их взаимодействия;

- последовательно для каждой детали, входящей в сборочную единицу, выяснить ее геометрические формы и размеры, т. е. определить конструкцию детали;

- мысленно представить внешние, внутренние формы изделия в целом и разобраться в его работе;

- определить порядок сборки и разборки изделия, т. е. порядок отделения одной детали от другой, как это делается при монтаже и демонтаже изделия.

Соединения деталей, используемые в изделии, рекомендуется оформить в виде таблицы, где указаны как сами соединяемые детали, так и стандартные типы соединений, такие как шпилечное, болтовое, шпоночное, винтовое и т. д., то есть способы соединений.

Таким образом, основной задачей чтения чертежа и, соответственно, данного раздела курсовой работы является изучение форм отдельных деталей с целью дальнейшего выполнения их чертежей и моделей. Поэтому, ознакомившись предварительно с чертежом изделия, студенты могут приступать к его деталированию, при котором приобретается более полное представление о нем.

В разделе «Моделирование сборочного чертежа» приводится алгоритм создания твердотельной модели детали «Корпус» и даются изображения всех деталей, входящих в сборку, и сама модель сборки. Создание твердотельных моделей явля-

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

КОНТ TF.TTT

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сен_________________________ __________________ тябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-

научно-методический электронный журнал 5ддб|Р-isSN°2304-120Xtm' ~ Г°С' Р8Г' ЭЛ №°С 7?_

ART 14242 УДК 378.147:004.9

ется основной частью курсового проекта в процессе моделирования сборки. Выбран способ именно твердотельного моделирования, так как самым совершенным методом геометрического моделирования является объемное, или твердотельное, представление тел, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы. Преимуществами таких моделей являются полное определение объемной формы с возможностью разграничения внешней и внутренней областей объекта, автоматическое построение трехмерных разрезов, что особенно важно при анализе сложных сборочных изделий, а также эффективность имитации динамики механизмов, генерации траектории движения инструмента и процесса сборки. При выполнении работы следует реализовать два подхода к конструированию: 1 - вначале выполняется двумерный чертеж детали, затем по нему создается трехмерная модель; 2 - создается трехмерная модель детали, затем пространственная модель отображается на плоскость в виде проекций детали. Иллюстративный материал, т. е. перечень моделей деталей сборочной единицы, представлен в виде таблицы. Трехмерная сборка представлена с разрезом (рис. 1, 2).

Рис. 1. Модели деталей, входящих в состав сборочной единицы «Регулятор давления»

Рис. 2. Трехмерная сборка сборочной единицы «Регулятор давления»

Рабочие чертежи выбранных деталей студенты приводят в приложении к курсовой работе. Но именно деталирование является самым сложным этапом для сту-

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

научно-методический электронный журнал

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сентябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2014/14242.htm. - Гос. per. Эл№ФС 7749965. - ISSN 2304-120Х.

ART 14242

УДК 378.147:004.9

дентов в процессе работы над курсовой работой, так как требует от них высокой подготовки по курсу инженерной графики, поскольку это не простое копирование изображений детали из сборочного чертежа, а творческая работа. Рабочий чертеж должен содержать необходимое количество изображений и размеров, определяющих форму детали. Изображения должны с наибольшей выразительностью и в удобном масштабе передавать формы наружных и внутренних поверхностей детали. Рабочий чертеж детали, независимо от ее конструктивного и технологического вида, должен удовлетворять общим требованиям, установленным стандартами ЕСКД. Основное внимание при выполнении рабочих чертежей деталей следует обратить на увязку формы, размеров и шероховатости поверхностей сопряженных деталей и на разработку конструктивных и технологических элементов деталей. Этот процесс занимает много времени не только у студентов, но и у преподавателей, поскольку чертежи доводятся до качественного уровня и подвергаются проверке неоднократно.

Работа с применением такого рода макета-проекта внедрена на кафедре «Инженерная графика» НГТУ им. Р. Е. Алексеева и успешно ведется уже несколько лет. В качестве математического обеспечения используется САПР AutoCAD 2012, который позволяет создавать как двумерные, так и трёхмерные модели. Посредством такого проекта студенты имеют возможность получения более углублённых знаний в области компьютерной инженерной геометрии и графики. А пример оформления курсового проекта позволяет представить весь проект в комплексе еще перед началом работы, что мобилизует аудиторию на активные действия в этом направлении и дает возможность оценить весь объем работы, распределить рационально время для его выполнения. Те студенты, которые хотят досрочно сдать курсовой проект, также ориентированы на форму представления и в сжатые сроки имеют возможность подготовить работу к сдаче. Поговорка «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать» здесь очень уместна. Результат таков: 98% студентов сдают работу вовремя и в надлежащем виде.

Ссылки на источники

1. Черноталова К. Л., Гончаренко Е. Е. Дистанционное обучение в самостоятельной работе студентов очной формы обучения технических вузов // Концепт. - 2013. - № 11 (ноябрь). - ART 13215. -

0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/13215.htm. - Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X. - [Дата обращения 14.04.2014].

2. Профессиональная педагогика: учеб. для студ., обучающихся по педагогическим специальностям и направлениям / под ред. С. Я. Батышева. - М.: Ассоциация «Профессиональное образование», 1997. - 512 с.

3. Черноталова К. Л. Организация самостоятельной работы студентов как фактор формирования профессиональной инициативы // Концепт. - 2012. - № 11 (ноябрь). - ART 12147. - 0,3 п. л. -URL: http://www.covenok.ru/koncept/2012/12147.htm. - Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X. - [Дата обращения 05.06.2013].

5. Кирилловых Т. В., Черноталова К. Л. Методические указания к выполнению курсовой работы по инженерной компьютерной графике. - Н. Новгород: НГТУ, 2006.

Senior lecturer at the chair of engineering graphics, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod barmina.nin@yandex.ru Irina Shirshova,

Candidate of Pedagogic Sciences, Associate Professor at the chair of engineering 9 77£ 04120142 graphics, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod iashirshova@rambler.ru

Mock-up creation for a coursework in engineering computer graphics

4. Там же.

Nina Barmina,

ISSN 2304-120X

nu -7 nu

977230412014209

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm

КОНТ TF.TTT

Бармина Н. Д., Ширшова И. А. Организация макета проекта курсовой работы по компьютерной инженерной графике // Концепт. - 2014. - №09 (сен__________________________ ____________________ тябрь).- ART 14242. - 0,5 п. л. - URL: http://e-

научно-методический электронный журнал 5ддб|Р-isSN°2304-120Xtm' ~ Г°С' Р8Г' ЭЛ №°С 7?_

ART 14242 УДК 378.147:004.9

Abstract. The article is about the creation and content of the coursework in engineering computer graphics

in the form of layout stand.

Key words: solid-state model, assembly drawing, working drawing, modeling, graphical report.

References

1. Chernotalova, K. L. & Goncharenko, E. E. (2013) “Distancionnoe obuchenie v samostojatel'noj rabote studen-tov ochnoj formy obuchenija tehnicheskih vuzov”, Koncept, № 11 (nojabr'). ART 13215. 0,4 p. l. Available at: http://e-koncept.ru/2013/13215.htm, Gos. reg. Jel № FS 77-49965, ISSN 2304-120X. [Data obrashhenija 14.04.2014] (in Russian).

2. Batyshev, S. Ja. (ed.) (1997) Professional'naja pedagogika: ucheb. dlja stud., obuchajushhihsja po ped-agogicheskim special'nostjam i napravlenijam, Associacija “Professional'noe obrazovanie”, Moscow, 512 p. (in Russian).

3. Chernotalova, K. L. (2012) “Organizacija samostojatel'noj raboty studentov kak faktor formirovanija pro-

fessional'noj iniciativy”, Koncept, № 11 (nojabr'). ART 12147. 0,3 p. l. Available at:

http://www.covenok.ru/koncept/2012/12147.htm, Gos. reg. Jel № FS 77-49965, ISSN 2304-120X, [Data obrashhenija 05.06.2013] (in Russian).

4. Ibid.

5. Kirillovyh, T. V. & Chernotalova, K. L. (2006) Metodicheskie ukazanija k vypolneniju kursovoj raboty po inzhenernojkompjuternoj grafike, NGTU, N. Novgorod (in Russian).

Рекомендовано к публикации:

Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»

http://e-koncept.ru/2014/14242.htm