CC BY
77
УДК 378.147:515
СОВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОМЕТРО-ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ
К.О. Глазунов1, С.Н. Абросимов2
1 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А; 2 Балтийский государственный технический университет им. Д. Ф. Устинова (БГТУ), 195005, г. Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская д. 1
В статье рассмотрены пути совершенствования учебного процесса по дисциплине " Инженерная графика" в условиях слабой базовой подготовки студентов и сокращения числа учебных часов
Ключевые слова: основные этапы обучения, техническая подготовка, инженерная графика, компьютерные технологии.
MODERN FEATURES OF GEOMETRIC - GRAPHIC TRAINING IN A TECHNICAL UNIVERSITY
K.O. Glazunov, S.N.Abrosimov
St. -Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, street Kavalergardsky, 7; Baltic state technical University. J.F. Ustinov (BSTU), 195005, Saint-Petersburg, street of 1-St. Krasnoarmeyskaya, 1
The article considers the ways of improvement of educational process on the subject "Engineering graphics" in the conditions of the poor in the basic training of students and reduce the number of teaching hours Keywords: basic stages of learning, technical training, engineering graphics, computer technologies.
Как известно, «Инженерная графика» является одной из основных базовых дисциплин технической подготовки специалистов и состоит сегодня из трёх основных составляющих:
• геометрического базиса технического образования (начертательной или проективной геометрии),
• стандартов ЕСКД (т.е. законов формирования и оформления чертежной конструкторской документации),
• компьютерной графики (методов создания и визуализации электронных образов объектов и выпуска, соответствующих им конструкторских документов).
В прошлом, традиционно определенная часть геометрического базиса закладывалась в средней школе при изучении планиметрии и стереометрии, базовые стандарты ЕСКД - в школьной дисциплине черчение. Сегодня, геометрия практически не изучается, а дисциплина черчение просто ликвидирована. К тому же рабочие программы по ГОС и ФГОС высшего образования по дисциплинам «Инженерная графика» и «Инженерная и компьютерная гра-
фика» имеют серьезные сокращения времени изучения указанных разделов.
Данные обстоятельства серьезным образом (в сторону сокращения) влияют на объем знаний и навыков, входящих в структуру фундаментального образования с соответствующей внутренней перестройкой (рис.1).
Это происходит потому, что преподавателям высших учебных заведений приходится ликвидировать пробелы в геометрических и графических знаниях, заниматься привитием, хотя бы элементарных навыков и культуры работы с геометрическими данными за счет ресурсов, выделенных для проведения базовых курсов ВШ.
Другой проблемой является естественное сокращение количества профессиональных педагогических кадров, в условиях отсутствия прихода (по известным причинам) в преподавательскую среду молодых преподавателей. Даже их появление не приведет, в ближайшее время, к поднятию уровня геометро - графической подготовки в связи упрощением взглядов при условиях использования компьютерных технологий, формализующих в определенных случаях принятие инженерных решений. Сами по
себе компьютерные технологии относятся к инструментам, знание которых полезно и эффективно, но в большей степени это навыковое образование. Более того, использование компьютера - модно, эффектно, а с педагогической позиции и проще за счет наличия подсказок (help) и многочисленных электронных учебников и пособий.
N I навыковое \1 образование Базовое IV образование
*
Рисунок 1. Деформация составляющих фундаментального образования
Таким образом, в целом объем фундаментальных знаний существенно сокращается (см. рис.1), при этом значительная часть базовых и специальных знаний замещается навыками, что раньше соответствовала образованию выпускников ПТУ и техникумов.
Однако движение вперед требует отстаивания базовых позиций и обращение внимания на эффективные приемы обучения, которые должны гармонично сочетать традиционные подходы обучения с современными технологическими приемами. Анализируя огромную геометрическую базу знаний можно выделить её костяк, без освоения которого не помогут ни какие компьютерные технологии.
К наиболее востребованным разделам геометрического минимума (начертательной или проективной геометрии) относятся (рис. 2):
• метод проекций,
• геометрическая база (точки, линии, поверхности; их свойства, геометрические характеристики),
• методы формообразования поверхностей и классификация поверхностей,
• взаимное положение геометрических объектов (булевы операции),
• развёртки поверхностей и их характерные особенности.
Следует отметить, на указанных разделах базируются и методы формирования геометрических моделей в рамках геометрического моделирования, поддерживаемого компьютерными технологиями:
• выдавливание эскиза в заданном направлении (перпендикулярном плоскости эскиза или составляющем с ней угол);
• вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза;
• построение геометрической модели по нескольким сечениям-эскизам;
• создание сплайновой поверхности по набору пространственных сечений (лофтинг);
• многоконтурный лофтинг;
• создание спиралей, пружин и других, сложных в геометрическом отношении элементов произвольного сечения;
• применение булевых операций (пересечение, объединение, вычитание) над любыми телами в модели;
• построение скруглений с постоянным и переменным радиусом; изменение радиуса от начального к конечному может задаваться как линейным, так и нелинейным законом, и ряд других.
• С геометрическим минимумом связан и раздел, отвечающий за правила выполнения и оформления чертежной конструкторской документации. С одной стороны чертеж является основанием для технологической подготовки производства, с другой - документом необходимым для передачи инженерной информации средствами графики. Пользователь стандартов ЕСКД в равной степени должен уметь формировать чертежный конструкторский документ и также однозначно читать документ, созданный другим лицом.
• В настоящее, да и в ближайшее время, обойтись без чертежного конструкторского документа не удастся, хотя предпринимаются по-
пытки это сделать, в частности стандарт ГОСТ2.052 - 2006 является такой первой по-
пыткой.
Рисунок 2. Разделы и логические связи курсов «Инженерная графика» и «Инженерная и компьютерная графика»
Особое место в курсах «Инженерная графика» и «Инженерная и компьютерная графика» занимает компьютерная или машинная графика, открывающая широкие возможности повышения эффективности проектной и конструкторской деятельности. Современные программные средства позволяют не только качественно оформлять конструкторскую документацию, но и, что очень важно формировать геометрическую модель (ГМ) объекта.
Более того, такие подходы, как прямое синхронное моделирование (УБЫ) и использование истории построения модели («дерево» 3Б модели) позволяют эффективно редактировать геометрическую модель и решать целый комплекс связанных с ГМ вопросов (задачи выявления геометрических конфликтов, решение вопросов собираемости моделей, входящих в
состав сборочной единицы, поддержание ассоциативности расчетных параметров с геометрией, и др.). Также приходиться решать задачи связанные с исправлением топологических проблем, вызывающих неоднозначность, упрощать геометрию для систем инженерного анализа и технологических систем. Возникающие задачи могут решаться как в рамках одного из видов ГМ (проволочной, поверхностной, твердотельной), так и с использованием гибридного ГМ, с превращением проволочной модели в поверхностную или твердотельную, с утерянной, пропущенной или некорректной топологией.
В связи с этим традиционный курс «Инженерной графики» должен быть усилен разделом геометрического моделирования, где могут
быть рассмотрены более детально операции ГМ связанные с работой 3Б моделлеров.
Вопросы получения точных чертежей (в зависимости от своего назначения) по видам и разрезам трехмерной модели, двунаправленная ассоциативная связь между чертежом и трехмерной моделью могут быть рассмотрены при изучении стандартов ЕСКД.
Важным аспектом курса является правильный подбор исходных данных и их подготовка для последующего использования. В качестве таковых могут быть (рис.3):
• учебные изображения, при изучении проекционного черчения,
• результаты скицирования изготовленных образцов, использованных в учебном процессе,
• отсканированные чертежи, учебные и реальные,
• электронные исходные данные (эскизы, фрагменты чертежей),
• готовые электронные конструкторские документы, как учебные, так и реальные.
Рисунок З. Исходные данные для раздела «Компьютерная графика MCAD»
Опыт преподавания раздела «Компьютерная графика ЫСАБ» дисциплины «Инженерная графика» позволяет сформировать, так называемую «технологическую цепочку»
(рис.4) последовательности учебных действий, в которых выделяются определенные и очень важные (с точки зрения усвоения учебного материала) в своей последовательности этапы:
• изучение инструментальных средств системы при двухмерном рисовании геометрических объектов, при этом исходными данными могут быть геометрические примитивы, эскизы и фрагменты чертежей,
• изучение инструментальных средств 3Б моделлера, т.е. базовых операций формирова-
ния геометрических моделей с возможными их реализациями,
• изучение операций редактирования геометрических моделей с использованием библиотечных элементов,
• решение вопросов геометрической конфликтологии («собираемость», ремонтопригодность и ряд др.), технологические аспекты. На этом этапе возможно подключение информации из модулей CAE и CAM, а также «обратный» инжиниринг и фотореалистика,
• разработка комплекта конструкторской документации (ассоциативные чертежи), базирующейся на знании стандартов ЕСКД и умении оптимально их использовать. Информация,
представленная в КД может быть использована в технологической подготовке производства.
Рисунок 4. «Технологическая цепочка» изучения основ «Компьютерной графики MCAD»
Существует и другой ряд вопросов лежащих на границе геометрического моделирования и автоматизированного проектирования. Это, прежде всего, касается визуализации и представления создаваемых или уже созданных геометрических моделей:
• задание материалов, наложение текстур, установка источников света, установка "камер";
• визуализация трехмерных объектов в виде реберной модели, шейдинга, рендеринга и удаления невидимых линий;
• визуализация моделей, при которой 3D изображение динамически сечется плоскостью;
• получение фотореалистичных изображений;
• передача и получение трехмерной геометрии в стандартах DXF 3D, STL, IGES, STEP, SAT;
• импорт и экспорт моделей в формате VRML;
• трехмерная анимация с генерацией AVI-файлов.
Рассмотрение этих вопросов возможно в разделе «Компьютерная графика
ЫСАБ»,однако с дополнительным увеличением часов.
Естественно возникает вопрос об использовании компьютерных технологий и соответствующего программного обеспечения, как при чтении лекций, так и на практических занятиях.
Выбираемые для этого программные средства должны удовлетворять следующим требованиям:
• востребовательность в профессиональной деятельности,
• возможность приобретения (получения) ПО для учебного процесса,
• соответствие ГОСам и другим нормативным документам,
• педагогический потенциал учебного заведения,
• технико-экономические возможности учебного заведения.
Удовлетворение указанным требованиям является достаточно сложной задачей, усугубляющейся еще и тем, что в значительной степени неизвестно в каких организациях будут работать подготовленные специалисты. Таким
образом, из огромного массива ПО должно быть обосновано, выбраны те программные средства, которые обеспечивали бы полноценную профессиональную подготовку специалистов без доучивания или специализации по соответствующему программному обеспечению при поступлении на работу.
Поэтому возникает необходимость в разработке, так называемых профилей программного наполнения в зависимости от направления подготовки и специальности. При разработке таких профильных направлений должны принимать участие преподаватели выпускающих и общеинженерных кафедр, представители потенциальных потребителей выпускаемых специалистов (заказчики), с которыми должны быть налажены партнерские отношения. Последнее обстоятельство еще и важно с точки зрения использования конкретного программного обеспечения в учебном процессе (рис.5).
Так на базовом уровне целесообразно использовать относительно простые программные продукты (КОМПАС-3Б ЬТ, АШюСАБ ЬТ и ряд других, желательно последних версий) логически связанные с системами профессионального уровня.
А на профессиональном уровне при конструкторской подготовке, в области машиностроения, например, возможно использование в зависимости от предпочтения, таких систем как: Solid Works, Solid Edge, AutoCAD, AMD, Autodesk Inventor, на более высоком уровне: Creo Element Pro (Pro/ENGINEER), CATIA, Unigraphics.
При технологической подготовке -Mastercam, PowerMILL, PowerSHAPE, в области ювелирной и медальерной деятельности -MasterArt, фигурной деревообработки - Router.
Дизайнерская подготовка предусматривает использование систем: 3D Studio Max, CINEMA 4D, Light Ware, Rhino3D, продуктов компании Alias (Studio Tools12, Image Studio 2, Portfolio Wall 2 и др.)
При подготовке специалистов в области инжиниринга возможно использование таких систем как: ANSYS, COSMOS Works, Nastran и др.
Таким образом, возникает достаточно широкий спектр работ, связанных с гибкой модернизацией учебного процесса.
Программное обеспечение
Начальный (базовый) уровень Уровень совершенствования (профессиональный)
Конструкторское
направление
Технологическое
направление
=)
1 Autocad LT, і КОМПАС -3D LTI-n V SolidWorks; Сгео Element Pro; Solid Edge; CATIA v 5.6 Autocad, AMD, Inventor UGS NX PLM Лоцман Компас -3D v.14 (VDM)
КОМПАС-3D LT 1 1 ГеММа, ADEM Г~ Cimatron, Delcam (PowerMILL ) > MasterCAM, Mastercam Art, Router, EdgeCAM.SPRUT CAM
Инжиниринг
"7
КОМПАС-3D LT Autocad LT
а
NSYS (Structural/FLOTRAN/LS-OYNA /Mutiphysics/Emag и др) cosmos/m, Nastran
Дизайнерское
направление
w 3D StudioMAX, Л Alias StudioToolsl—w Alias(Studio Tools12, ImageStudio 2, Porfolio Wall2, Maya), CINEMA 4D. Light ware
1 □ Г . 1 _ r
Задача - дать систему знаний
Задача - обучить тонким сторонам программного продукта
Рисунок S. Программное обеспечение, используемое в учебном процессе
1 Глазунов Константин Олегович — кандидат философских наук, доцент, доцент кафедры «Техническая механика», СПбГУСЭ, моб.: +7 911 296 17 60, e-mail: [email protected] ;
2 Абросимов Сергей Николаевич — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Инженерная графика», БГТУ, тел.: (812)317 81 64, моб.: +7 921 740 14 92, e-mail: [email protected].
