CC BY
51
УДК 378.1: 004.9
В. д. глотов В. Ю. ИГНАТЮГИН
Сибирский государственный университет путей сообщения.
г. Новосибирск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Исследованы проблемы компьютерных технологий в преподавании технических дисциплин нэ основе программ АРМ WinMachine и Компас.
Ключевые слова: проектирование, модель, компьютерные технологии, АРМ WinMachine. Компас.
Повышение качества создаваемого механического оборудования и конструкций связывается, прежде всего, с уменьшением их веса и стоимости, повышением надежности и улучшением ряда других характеристик. Все это можно обеспечить при проведении всестороннего инженерного анализа проектируемых объектов с помощью современных программных средств и принятия па его основе грамотных конструктивных решений.
Инженерный анализ предполагает, прежде всего, исследование напряженно-деформированного состояния моделей (распределение напряжений в элементах проектируемой конструкции, а также величины перемещений отдельных ее точек) проектируемых конструкций, получение их динамических характеристик и характеристик устойчивости при постоянных и переменных режимах внешнего на-гружения.
Наиболее эффективным методом решения такого класса задач япляется метод конечных элементов (МКЭ), при котором трехмерная модель разбивается на объемные элементы различной формы, получаемые при нанесении на твёрдое тело се тки конечных элементов. Разбиение модели на сетку конечных элементов позволяет с высокой степенью точносги отразил, реальную геометрию детали или узла и обеспечивает высокую точность решений.
МКЭ реализован в таких известных и широко распространенных программных продуктах, обеспечивающих прочностной расчет моделей конструкций, как ANSYS, NASTRAN, COSMOS и некоторых других. Это весьма мощные программные средства и столь же дорогие, к тому же имеющие англоязычный интерфейс. Кроме того, редакторы моделей этих пакетов весьма сложны и требуют длительной подготовки пользователя.
Отечественный модуль конечно-элементного анализа АРМ Structure 3D, входящий в состав CAD/C AF./ CAM/PDM системы АРМ WinMachine, созданной в Научно-техническом центре «Автоматизированное проектирование машин» (НТЦ АПМ), представляет собой альтернативу укапанным программным продуктам. Более того, имеющиеся в системе АРМ WinMachine возможности позволяют проектировать механическое оборудование и его элементы [ 1).
Поэтому АРМ W'inMachine нашла широкое применение на факультете «Строительные и дорожные машины» Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) при изучении ряда технических курсов, таких как «Детали машин», «Строительная механика и металлоконструкции машин», «Строительные и дорожные машины», «Грузоподъемные машины». Система успешно используется преподавателями кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ» как при подаче лекционного материала (позволяет визуально продемонстрировать распределение напряжений по всей конструкции, а также в любом поперечном сечении, показать формы деформаций (рис. 1), так и при организации лабора торных и практических занятий.
Большинство зарубежных программных комплексов ориентировано на создание твердотельной модели конструкции, требующей громадного количества конечных элемен тов, а, соответственно, и значительного ресурса ПЭВМ. Наиболее ценным достоинством АРМ WinMachine является возможность применения к конструкции поверхностной (оболочка с нулевой толщиной), а также стержневой (длина значительно превышает размера поперечного сечения) моделей, что делает ее незаменимой в учебном процессе при выполнении курсового и дипломного проектирования [ 1 ].
Так. в рамках дисциплины «Строительная механика и металлоконструкции машин» студенты знакомятся с модулем АРМ Structure 3D. С его помощью но созданным моделям проводят инженерный анализ элементов рабочего оборудования грузоподъемных, строительных и дорожных машин (рис. 1 и 2).
В настоящее время нередко пользователи САПР основывают свою работу на двухмерных, то есть плоских технологиях. Несмотря на то, что 20-сис-темы позволяют вполне успешно решать стоящие перед пользователями задачи, но мере развития новых технологий, все отче тливее проявляются серьезные ограничения, присущие плоскому проектированию.
Основной недостаток 2П-систем заключается в том, что при создании плоского чертежа конструктору приходится мыслить не в терминах проектиру-
Расчетная схема подъемной стрелы
Распределение напряжений п стреле
Рис. I. Пример лекционного слайда
Рис. 2. Расчетные схемы несущих конструкций грузоподъемных машин: а - мостового крана; б - козлового крана
Рис 3. Трехмерные модели: а - цепного траншеекопателя, б - роторного траншеекопателя, в - скрепера
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ В1СТНИК N4 (87) 2010 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕСС!
ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ■ УЧЕЬНОМ ПРОЦЕССЕ
Рис. 4. Элементы привода ротора траншеекопателя
Рис. 5. К расчету опорной рамки
НАПРЯЖЕНИЯ У ПРОУШИНЫ
НАПРЯЖЕНИЯ В ТОЧКАХ ПРИЛОЖЕНЯЯ НАГРУЗОК
Рис. в. Результаты расчета опорной рамки
Рис. 7. К расчету рамы ротора
емой детали — основание, отверстие, ребро жесткости, а п терминах традиционного набора геометрических примитивов (отрезков, окружностей, дуг и та) • Ограничения 20-систем особенно наглядно проявляются, когда поверхность детали имеет сложную форму или необходимо построить аксонометричес-
кую проекцию. Большая трудоемкость построения сложных поверхностей и аксонометрических проекций может заставить конструктора отказаться ог их изображения или упростить форму детали. В первом случае это затрудняет понимание проекта (взаимного положения и взаимодействия деталей в сбороч-
НАПРЯЖЕНИЯ В ОПОРНОЙ РАМКЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ОПОРНОЙ РАМКЕ
30-модель рамы ротора Стержневая модель рамы ротора
Расчетная схема рамы ротора
Распределение напряжений 8 раме
Л
них единицах), во втором — снижает привлекательность изделия с точки зрения потребителя.
Значительным недостатком 2Г)-систем является невозможность передачи данных в системы инже-нерного анализа и подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
В СГУПС начальные навыки 3D-моделирования студенты получают на кафедре «Графика». В дальнейшем они углубляются при разработке машин в рамках курсового проектирования и находят применение при выполнении дипломных проектов.
Так, в рамках курсового проектирования по дисциплине «Строительные и дорожные машины» разработаны модели траншеекопателей, скрепера, авто-грейдера, фронтального погрузчика. Модели цепного, роторного траншеекопателей и скрепера представлены на рис. 3.
Учитывая, что процесс создания трехмерных моделей сложных объектов достаточно трудоемок, проектирование ведется поэтапно: на первом этапе группой студентов из нескольких человек создается общая модель машины, пключающая ходовую часть и рабочее оборудование (рис. 3), в которой степень проработки отдельных элементов и узлов не велика (на уровне внешнего подобия), на втором — другой группой студентов более подробно моделируются элементы рабочего оборудования и приводов (рис. 4).
При проектировании приводов в курсе «Детали машин и основы конструирования» студенты используют модули проектирования механического оборудован ия АРМ WinMachine (АРМ Drive - модуль расчета и проектирования привода произвольной структуры, АРМ Trans — модуль проектирования передач вращения, АРМ Shaft — модуль расчета, анализа и проектирования валов и осей, АРМ Bear — модуль расчета неидеальных подшипников качения и т.д.), что в значительной степени ускоряет процесс расчета элементов привода. Студент имеет возможность не только сравни ть полученные результаты ручного расчета и машинного, но и проанализировать влияние комбинаций основных параметров передач
на их геометрию, кинематику, работоспособность и т.д. Визуализация элементов передач в виде плоских чертежей упрощает создание их трехмерных моделей.
Учитывая, что трехмерные твердотельные модели включают в себя всю геометрическую информацию, то они могут быть переданы в модуль АРМ Structure 3D для выполнения инженерного анализа [2|. На рис. 5 представлены трехмерная модель опорной рамки механизма подъема роторного траншеекопателя и ее расчетная схема (поверхностная), на рис. б — результаты расчета.
Для инженерного анализа рамы ротора может быть как использована 3D-модель, так и создана стержневая модель, требующая гораздо меньше машинного ресурса (рис. 7).
Можно сделать вывод, что система автоматизированного проектирования АРМ WinMachine, в сочетании с графическими комплексами (KoMnac-3D, SolidWorks и т.д.) позволяет обеспечить подготовку специалистов машиностроительных специальностей на современном уровне с минимальными затратами.
Библиографический список
1. Шелофаст. В.В. Основы проектирования машин /В.В. Ше-лофаст. - М.: Изд-80 АПМ, 2000. — 472 с.
2. Замрий Л. А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде АРМ Slructure3D / А.А. Замрий. — М.: Изд-во АПМ, 2004. — 208 с.
ГЛОТОВ Виктор Анатольевич, капдидаттехнических наук, доцент кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ». ИГНАТЮГИН Валерий Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ». Адрес для переписки: e-mail: forto@ngs.ru
Статья поступила в редакцию 17.12.2009 г.
© В. А. Глотов, В. Ю. Игнатюгин
Книжная полка
Илюшечкин, В. М. Основы использования и проектирования баз данных [Текст!: учеб. пособие для вузов по направлению «Информатика и вычислительная техника» / В. М. Илюшечкин. — М.: Высшее образование, 2009. — 213с.: рис., табл. — (Основы наук). — Библиогр.: с. 212-213. — ISBN 978-5-9692-0253-5:206.47 р.
В учебном пособии содержатся теоретические и практические сведения о современных системах управления базами данных (СУБД), об использовании и проектировании баз данных. Рассматриваются языковые и программные средсгва СУБД и системы автоматизации проектирования баз данных. Приведены примеры создания инфологических и да галогических моделей, позволяющие студентам научиться проектировать базы данных.
Хорев, П. Б. Методы и средства защиты информации в компьютерных системах (Текст): учеб. пособие для вузов по направлению 230100 (654600) «Информатика и вычислительная техника» / П. Б. Хорев. — 3-є изд., стер. — М.: Академия, 2007. — 254, [Цс.: рис. — (Высшее профессиональное образование). — Библиогр.: с. 251-252. — ISBN 978-5-7695-4157-5.
Основное внимание в учебном пособии уделено программным и программно-аппаратным методам и средствам защиты информации. Рассмотрены, в частности, модели безопасности, используемые в защищенных версиях операционной системы Windows (в том числе использование функций криптографического интерфейса приложений СгурІоАРІ) и операционных системах «клона» Упіх.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК N* 1 (17) ЗОЮ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
