CC BY
5из стали 70. Перед азотированием все втулки были подвергнуты предварительной термообработке, включающей закалку ТВЧ внутренней поверхности на глубину 5-6мм. Обработку проводили последовательно при температуре 500 °С в течении 3 часов и дополнительно при температуре 530-550 °С в течении 7часов. Давление рабочего газа составляет ~500Па. Для обеспечения стабильных значений свойств покры-тия на внутренних поверхностях были применены дополнительные аноды, расположенные внутри втулок по центру. В результате по высоте втулки толщина нитридного слоя была получена достаточно равномерной и составила ~0,55-0,6мм. На рис.1б представлено распределение твердости по глубине азотированного слоя по центру сечения детали. По структуре покрытие состоит из у|- фазы толщиной 8-12 мкм и расположенной под ней диффузионной зоны.
Проведенные промышленные испытания упрочненных втулок и штоков в составе изделия показали определенное увеличение его долговечности, однако для существенного повышения срока службы деталей в условиях гидроабразивного износа было рекомендовано использовать при изготовлении подобных деталей стали, легированные нитридообразующими элементами.
Список использованной литературы
1. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.-480с.
2. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986.-360с.
3. Гузанов Б.Н., Косицин С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. Екатеринбург : УрО РАН, 2003.-240с.
4. Арзамасов Б.Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов /Б.Н.Арзамасов, А.Г.Братухин, Ю.С.Елисеев, Т.А.Понайоти. - М.: Изд.МГТУ им.Н.Э.Баума-на,1999.-400с.
5. А.с.1096765 СССР, МКИ Н06В7/16.Источник питания установки тлеющего разряда/ Фаерман Л.И., Житов С.В., Гузанов Б.Н.(СССР). №3555187/24-07. Приоритет 18.02.83, зарегистрировано 07.06.84.
6. А.с.1767024 СССР, МКИ С 23С8/22. Способ обработки стальных изделий / Калинин А.В., Кеткин В.Н., Гузанов Б.Н., Заславская Е.Я., Палеев В.С.(СССР).№ 4813600/02. Приоритет 12.04.90, зарегистрировано 07.10.92.
7. А.с.1799928 СССР, МКИ С 23С8/36. Устройство для ионного азотирования полых стальных изделий/ Калинин А.В., Кеткин В.Н., Лепская В.М.(СССР).№ 4900571/02. Приоритет 12.11.90, зарегистрировано 07.03.93.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
БАКАЛАВРОВ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ
Emeljanova I. V.,
Cand.Tech.Sci., the senior lecturer, Chair «Engineering drawing», Zubenko V. L, Cand.Tech.Sci., the senior lecturer, Chair. «Automized machine tools and toolhouse systems»,
Emeljanov N. V.
Chair «Engineering drawing», the senior teacher The Samara state technical university. Russia
INFORMATION TECHNOLOGY IN THE ORGANISATION OF EDUCATIONAL PROCESS OF BACHELORS IN TECHNICAL COLLEGE
АННОТАЦИЯ
Статья посвящена рассмотрению особенностей системы современного образования как объекта комплексной графической подготовки бакалавров в течение срока обучения. Анализируются основные направления применения инновационных CAD/CAM/CAE технологий образовательного процесса и научных исследований при формировании профессиональных компетенций, являющихся составной частью под-готовки инженерно-технических специалистов.
ABSTRACT
Article is devoted consideration of features of system мodern formations as ob-ject of complex graphical preparation of bachelors during training term. The basic direc-tions of application innovative CAD/CAM/CAE technologies of educational process and scientific researches at forming professional компетенций, being a component of preparation of technical specialists are analyzed.
Ключевые слова: Инновационные технологии, обучение, компьютерная графика и моделирование, компетенции, образовательный процесс
Key words: Innovative technologies, training, computer graphics and modelling, the compe-tence, educational process
Современное развитие инновационных технологий характеризуются широким внедрением ЭВМ не только в различные сферы производства, но и в учебный процесс.
Машиностроение является основой российской промышленности. Инновационное развитие производства напрямую связано с компетентностями молодых специа-
листов - выпускников ВУЗов страны.
Одним из важнейших положений повышения качества подготовки современных специалистов является компе-тентностный подход, согласно которому у выпускника должны быть сформированы необходимые общекультурные ОК, обще профессиональные ОПК, профессиональ-
ные ПК или профессионально-прикладные компетенции ППК.
Приобретение будущим специалистом указанных компетенций, необхо-димы для осуществления собственной профессиональной деятельности. Осно-вой этой направленности становится не только знания, умение и навыки, но и способность молодого специалиста решать вопросы конкретной жизненной или производственной ситуации, его деловые качества, характеризующие профессиональную компетентность.
В педагогической науке вопросам внедрения в учебный процесс компе-тентностного подхода уделяется большое внимание. Вопросу формирования профессиональных компетенций при изучении геометро - графических дис-ци-плин посвящены работы И.Е. Жигалова, М.И. Озеровой, Д. Ф. Каревой, Ю. Ф. Катхановой, А.Б., Пузанковой и др.
Современное 2-х уровневое образование, базируясь на положениях ФГОС 3+, в частности, для специальности «15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» предусматривает серьезную графическую подготовку бакалавров, качество которой обеспечивают преподаваемые в вузе общетехнические и технические дисциплины: Начертательная геометрия и инженерная графика; Основы компьютерной графики; Геометрическое моделирование и основы автоматизированного проектирования; Информационные технологии; САПР.
На старших курсах дисциплины специализации (Компьютерное моделирование МКЭ; (3 курс) Компьютерная инженерия; (3 курс) Системы компьютерной поддержки инженерных решений; (3 курс) Программирование автоматизированного оборудования; (4 курс) Моделирование и САПР станков; (4 курс) Инновационные технологии в машиностроении; (4 курс)) окончательно формируют систему компетенций, способствуют развитию пространственного воображения, творческого потен-циала и конструктивного мышления.
В настоящее время обучение осуществляется по новым стандартам (ФГОС-3+), которые формируют инновационный подход в приобретении знаний, навыков и умений, соответствующих международному уровню образования. При этом за период обучения молодой специалист должен выработать необходимые качества и обладать способностью к самостоятельной организации и дальнейшему самостоятельному образованию с целью изучения новейших производственных технологий и тенденций их развития (ОК-5);
уметь использовать современные инновационные технологии, приклад-ное программное обеспечение для решения поставленных целей и задач производственной деятельности (ОПК-3);
выработать способность к обновлению полученных знаний, пользуясь поиском и изучением научно-технической информации, оперативно отображающей достижения отечественного и зарубежного опыта по данному направлению исследования (в области перспективных разработок конструкций, эксплуатации оборудования , механизации и автоматизации и реорганизации произ-
водства (ПК-10);
развивать и совершенствовать способности выполнения работ по моделированию изделий машиностроения с использованием стандартного программного обеспечения (CAD технологии автоматизированного проектирования), применяя соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение (ПК-11);
способность приобретения новых знаний с использованием инновационных технологий.
Особенностью технических специальностей является необходимость работы с большим объемом графического материала в виде машиностроительных чертежей, необходимостью оценки многовариантных проектных и конструкторских решений машин и механизмов, широкого использования расчетных численных и оптимизационных методов. В связи с этим реализация процесса обучения по данным специальностям требует постоянного использования ЭВМ и планомерной работы в рамках непрерывной компьютерной подготовки, изучая и применяя на практике инновационные технологии [1,2,3]:
средства проектирования CAD (Computer Aided Design) ;( AutoCAD; КОМПАС 3D, ArchiCAD, Solid Edge, CADdy и др);
средства инженерного анализа CAE (Computer Aided Engineering) ^M WIN Marine, NSC/NasTRAN и NSC/ Working Model для Solid Works, Cos-mos, ANSYS);
средства подготовки автоматизированного производства САМ (Computer Aided Manufacturing); (PowerMILL, ArtCAM, EdgeCAM);
средства планирования технологических процессов САРР (Computer Aided Process Planning);TCS;
средства управления документооборотом PDM (Product Document Man-agement);( EDL, Windchill, iMan, Temcanter, Enovia, Smarteam, PartyPlus, PDM STEP Suite).
Многообразие программных средств для формирования жизненного цикла изделия представляет сложную задачу выбора, освоения и практического применения за период обучения с 1-го по 4 курс. Кроме того, при применении разных программ и передачи данных возможны неточности, искажения и затруднения, преодоление которых требует углубленных знаний программирования.
С учетом вышеизложенного на кафедре АСИС внедряется в учебный процесс система T-FLEX, которая в интегрированной программной среде позволяет решать данные задачи.
Комплекс объединяет системы:
для конструкторского (T-FLEX CAD 3D (трехмерное параметрическое твердотельное моделирование); T-FLEX CAD 2D (параметрическое черче-ние и моделирование); T-FLEX CAD LT (автоматизация черчения); T-FLEX CAD 3D SE (подготовка чертежей по 3D-моделям) )
и технологического (ТехноПро: Система технологического проектирования является эталоном программных средств автоматизации технологического проектирования, T-FLEX Технология (проектирование технологических процессов); T-FLEX Нормирование (техническое нормирование); ) проектирования,
модули подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (T-FLEX ЧПУ (подготовка управляющих про-
грамм для станков с ЧПУ); T-FLEX NC Tracer (имитация процесса обработки деталей на станке с ЧПУ) )
и инженерных (T-FLEX Анализ (конечно-элементный анализ); T-FLEX Динамика (динамический анализ механических систем), T-FLEX/ Эйлер - динамический расчет многокомпонентных механических систем.
Прикладные системы: (T-FLEX ИС (инженерный справочник); T-FLEX Раскрой (оптимизация раскроя листового материала; предназначена для расчета и построения эскизов оптимальных схем раскроя листового материала); T-FLEX Штампы (проектирование оснастки штампов для листовой штамповки); T-FLEX Пресс-формы (проектирование оснастки пресс-форм для литья термопластов под давлением).
Все программы комплекса функционируют на единой информационной платформе системы технического документооборота (T-FLEX DOCs (управление проектами и документооборотом) ) и ведения состава изделий.
При выполнении самостоятельной работы студента СМС, курсовых работ и проектов, а также при решении практических и научных задач повышения точности обработки оборудования, работающего по «гибкой» технологии, на этапах анализа и синтеза конструкции, технологической подготовки производства и научных исследованиях используют инновационные технологии [1,2,3].
Элементами технологической системы являются ее функциональные элементы, которые могут быть представлены алгебраическими, топологическими, теоретико-множественными и 2D, 3D моделями.
Задача исследования и проектирования - является задачей синтеза сложной системы, заключающаяся в построении математической модели, физическая реализация которой обеспечивает изготовление системы с заданными свойствами.
Одним из распространенных методов проектирования является метод косвенного синтеза, основанный на использовании методов теоретического и экспериментального исследования.
Теоретическое исследование, заключающееся в составлении и решении математической модели, может существенно упроститься при соответствую-щем выборе ее описания: во временном, частотном или операторном представлении протекающих процессов и явлений в системе.
Так, например, при исследовании системы привода на переходных режимах используют временное представление протекающих процессов с помощью систем дифференциальных или интегральных уравнений.
На установившихся режимах применяют частотное представление, свя-занное с разложением периодической функции времени g{t} с периодом Т в ряд Фурье и получением частотного спектра и значениями амплитуд каждой гармоники. Если функция g{t} непериодическая, тогда разложение заменяют интегрированием согласно обратному преобразованию Фурье, используя спектральную плотность g{ ® }. Операторное представление функции g{t} связано с обратным преобразованием Лапласа {L-1} соотношением g{t} = L-1 [g{p}].
Переход от операторного к частотному представлению
осуществляется подстановкой p = j ® .
В этом случае преобразование Лапласа и Фурье совпадают.
Первоначальное представление системы на основании положения ТАР и ТАУ в виде структурной блок-схемы с дальнейшей детализацией при пере-ходе от высшего уровня иерархии к низшему, требует разработки структурных схем или топологических моделей, или представление системы матричными методами. Общим недостатком указанных методов для описания многосвязных систем большой размерности является их чрезвычайная сложность, громоздкость и трудная обозримость, являющаяся одним из основных затруднений при проектировании.
Поиски новых более эффективных методов представления и комплексного изучения сложных станочных систем, рассматриваемых как замкнутые динамические системы различной физической природы, с учетом многообразия связей, внешних и внутренних силовых факторов и воздействий на элементы системы, привели к методу, излагаемому ниже.
Сущность данного метода заключается в изображении системы в виде графо-блочно-матричной модели, имеющей различную степень детализа-ции при переходе от верхнего иерархического уровня к низшему.
Данный метод сочетает преимущества расчетов на основании теории графов, эффективных методов декомпозиции, обладает наглядностью, присущей как топологическим моделям, так и структурным матрицам системы и вооружен мощным аппаратом линейной алгебры - матричного метода исследования, сравнительно легко поддается алгоритмизации и расчету на ЭВМ.
физический смысл топологического анализа, состоящего в изучении структуры системы и выявлении роли составляющих ее элементов (узлов, звеньев, подсистем) на свойства системы, заключается в том, что топологиче-ские понятия (путь, контур, передача, определитель и др.) и свойства графа позволяют сделать вывод об устойчивости системы, выявить влияние на динамические характеристики системы отдельных ее элементов.
При этом условием устойчивости системы является неравенство нулю определителя графа (А = О ), определяемого по формуле
д=И-ИН
[100.. .0" "K100.. .0 " b11b12. bin
010. .0 0K2... 0 b21b22 An
001 0
00 1 0 .Kn b41..... ..brn
(1)
где - единичная матрица размерности п;
ВД - диагональная матрица управляемых коэффициентов;
ВД - матрица соединительных звеньев.
Производственная погрешность при механической обработке является функцией ряда составляющих погрешностей, обусловленных погрешностями технологической системы и системой ЧПУ.
Рис. 1 Граф металлорежущего станка с ЧПУ
Математическая модель системы, являющаяся описанием наиболее су-щественных свойств физической системы с помощью математических объектов и соотношений между ними, связанных правилами соответствия с элементами данной системы, позволяет на данном этапе осуществить теоретическую часть исследования.
Например, для решения задачи динамики формообразования сложного профиля возникает необходимость построения математической модели, адек-ватно отображающей существенные черты реального технологического про-цесса и, количественно связывающей характеристики поверхности обработки с конструктивными и технологическими факторами.
Процесс формирования поверхности обработки при точении можно представить в виде ГБМ модели ( рис. 2 ), отображающей динамическое взаимодействие упругой системы УС , процесса резания ПР , системы программного управления ПУ и системы управляющего контроля СУК .
Взаимодействие системы между звеньями системы находятся на основе анализа схемы обработки и конструкции станка [1,3].
Инструментами дальнейшего исследования являются программы инже-нерного анализа САБ/САМ/САБ технологии такие как:
X, h х* i$V ti
<i
н ßpei, т
4
ш и- w
fin
У m
4 j>
Рис. 2 Топологическая модель процесса формирования поверхности при точении
• универсальные конечно-элементные программы: ANSYS , ALGOR, NASTRAN, COSMOS;
• специализированные программы нелинейного анализа ABAQUS, LS-DYNA3D;
• программа анализа гидро-, газодинамических процессов FLOTRAN;
• программа кинематического структурного анализа типа ADAMS;
• препроцессор подготовки и передачи геометрических моделей из CAD систем в САЕ системы CADfix.
Это программное обеспечение предоставляет мощный математический инструментарий для решения комплексных задач анализа состояния конструкций и протекающих процессов.
В ходе выполнения научных исследований эффективно применяются следующие методики инженерного анализа:
• разработка трехмерных конечно-элементных моделей объектов слож-ной геометрической формы,
• нелинейный прочностной анализ,
• динамический анализ (амплитудно-частотные характеристики, вынужденные колебания);
• нелинейный анализ при потере устойчивости конструкции;
• тепловой и термопрочностной анализ.;
Разработка геометрических и конечно-элементных моделей — это наиболее ответственный и трудоемкий процесс в цикле работ по математическому моделированию.
Процесс проектирования и конструирования, как правило, итеративный и предполагает перебор нескольких вариантов, поэтому упрощение и автоматизация построения модели будущего изделия являются одной из важнейших задач САПЕ Одним из широко распространенных мето-
дов решения этой задачи является па-раметрическое проектирование (или просто параметризация), основанное на моделировании деталей и изделий с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время перебрать с помощью изменения параметров или геометрических отно-шений различные конструктивные схемы, выбрать оптимальные решения и избежать принципиальных ошибок.
Использование технологии параметрического конструирования позволяет, при необходимости, легко изменять форму модели, в результате чего пользователь имеет возможность быстро и эффективно получать альтернативные конструкции или пересмотреть концепцию изделия в целом (рис. 3).
В случае параметрического проектирования создается по сути математическая модель объектов с параметра-ми, при изменении которых происходят изменения конфигурации и размеров деталей, их взаимного расположения в сборках и т. п. Системы автоматизированного проектирования (CAD технологии). Самыми известными из них являются AutoCAD и его приложения; КОМПАС 3D, ArchiCAD, Solid Edge, CADdy и др.
По данной методике были проведены расчеты привода главного движе-ния и подачи токарного станка с ЧПУ, выявлена степень влияния простран-ственных деформаций систем на величину точности обработки деталей слож-но-го контура [3].
Сравнение результатов расчета величин упругих деформаций и жестко-сти приводов на ЭВМ показало удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными.
Рис. 3 Расчетная модель системы «инструмент - заго-товка» станка с ЧПУ
Таким образом, обучение компьютерным САД/САМ/ товки квалифицированных специалистов, требует приме-САЕ технологиям инженеров-механиков, с целью подго- нения принципа непрерывной подготовки в ВУЗе, начиная
с первого курса и заканчивая ВКР по данной специальности.
Новые технологии конструирования и проектирования должны базиро-ваться на современных методиках
обучения, в которых важное место занимают методы компьютерной графики - инструмента конструирования нового века.
тт
~гш■
Рис. 4 Жесткость привода продольной подачи станка мод. 1716ПФ4
Новые технологии конструирования реализованы в универсальных графических системах проектирования типа ACAD, Компас и их приложений, которые позволяют не только разрабатывать двухмерные чертежи на плоскости, но и моделировать сложные поверхности, объемные (твердотельные) конструкции.
При разработке и исследовании различных вариантов конструкции, выбор оптимального варианта, удовлетворяющего функции цели и заданным ограничениям, практически невозможен без применения ЭВМ и современных методов оптимизации.
Современное образование без использования интерактивных методов и инновационных технологий практически не возможно. Это позволяет представить учебный материал не только в традиционном, но и в более доступном восприятии для студентов визуально-вербальном виде.
Наибольший эффект для обучаемых интерактивные методы приносят при их комплексном применении в процессе освоения учебной дисциплины. И в сочетании с традиционными видами учебной работы достигается более высокая эффективность в подготовке специалистов.
Использование подобной методики позволяет значительно сократить время на освоение компьютерной техники и информационных технологий, способствует совершенствованию форм и методов обучения, интенсификации учебного процесса и научного поиска.
Применение в ВУЗе инновационных технологий в учебном процессе и научной деятельности студентов и аспирантов позволяют подготовить высококвалифицированных специалистов и молодых ученых.
Список литературы:
1. Емельянов Н. В. Компьютерная графика и моделирование технологических систем: учеб.пособ. / Т.С. Москалева, И.В. Емельянова, Н.В. Емельянов, В.Л. Зубенко. -Самара. Самар.гос.техн.ун-т, 2010. - 193 с.
2. Зубенко В.Л. Емельянов Н.В. Приводы станков с ЧПУ. Монография. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. -325 с.: ил.
3. Емельянов Н. В., Емельянова И. В., Зубенко В. Л. Геометрическое моделиро-вание и системы САПР // Сб-к трудов «Современные проблемы в технологии машиностроения». - Новосибирск: НГТУ 2009. - С. 293-295.
