CC BY
14КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ОСНОВА ГЕОМЕТРО-ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
В.Н. Гузненков, П.А. Журбенко
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана) 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, vn@bmstu.ru, wln83@mail.ru
Аннотация
В статье представлено содержание информационной графической подготовки на младших курсах технического университета. Отмечена необходимость соблюдения требований современных стандартов Единой системы конструкторской документации по электронному документообороту. Определена предметная область графических дисциплин - это геометрическое формообразование и создание графической документации. Представлена стратегия построения электронных геометрических моделей деталей. Новая технология обучения получила положительную оценку работодателей. Для обеспечения программно-независимой технологии преподавания на кафедре необходимо иметь несколько систем автоматизированного проектирования.
Ключевые слова: высшее образование, информационные технологии, графические дисциплины, геометрическое моделирование.
BIM-технологии (Building Information Modeling) и PLM-технологии (Product Lifecycle Management) обеспечивают управление жизненным циклом изделия от разработки, включая изготовление и эксплуатацию, до утилизации. По сути в основе и PLM-технологии лежит модель изделия (здания, оборудования). Основу
модели изделия составляет геометрическая модель. За время техническом университете студенты
BIM-технологий информационная сооружения, информационной электронная обучения в
моделирования. обеспечивается технологий и
приобретают, в том числе, компетенции работы в CAD/CAM/CAE-системах (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing / Computer Aided Engineering), обеспечивающих BIM-технологии и PLM-технологии.
Тенденция развития высшего образования в Российской Федерации требует усвоения материала по каждой учебной дисциплине в кратчайшие сроки. Работе студентов в системе автоматизированного проектирования необходимо уделить внимание уже на первом курсе.
Традиционно геометро-графическую подготовку на младших курсах обеспечивали две дисциплины: начертательная геометрия и инженерная графика [1]. Обе дисциплины читались на одной кафедре. Инженерная графика включала в себя компьютерную графику. В дальнейшем компьютерная графика выделяется в отдельную дисциплину. Объем учебной дисциплины начертательная геометрия составлял один семестр: лекции и семинарские занятия. Объем учебной дисциплины инженерная графика (вместе с компьютерной графикой) составлял до четырех семестров.
Принятие Федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения, переход высшего образования на подготовку бакалавров и магистров, компетентностный подход в образовании заставили с новых позиций
определять предметные области учебных дисциплин. Так предметная область геометро-графических дисциплин - это геометрическое формообразование и создание графической документации [2]. Формообразование
обеспечивается теорией геометрического Графическое документирование средствами компьютерных составляет содержание учебной дисциплины - инженерная компьютерная графика. Выделение геометрического моделирования как фундамента геометрического образования обеспечивает конструктивное использование развивающихся возможностей компьютерной графики [3]. Быстрая визуализация результатов решения, возможность мгновенного исправления ошибок, выбор удобного варианта графического представления - все это повышает эффективность усвоения знаний и освоения навыков и создает положительную мотивацию к изучению дисциплины.
В Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) на кафедре «Инженерная графика» разработан и реализован учебный процесс по информационным графическим дисциплинам. Теория геометрического моделирования определяет стратегию построения электронной геометрической модели изделия. Положения стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) изучаются при выполнении электронных чертежей конкретных деталей и сборочных единиц.
Информационные и коммуникационные технологии в учебном процессе позволяют обеспечить выигрыш в качестве и во времени усвоения учебного материала. Информационными технологиями называются технологии создания, редактирования, передачи и хранения информации. Под информационными графическими
технологиями будем понимать технологии создания,
редактирования, передачи и хранения графической информации.
ГОСТ 2.052-2006 ЕСКД «Электронная модель изделия. Общие положения» определяет три вида трехмерных электронных моделей: твердотельная модель, поверхностная модель, каркасная модель. В системах автоматизированного проектирования, в основном, применяется твердотельное
моделирование.
Возможность внесения изменений на любой стадии проектирования накладывает определенные ограничения на электронные геометрические модели деталей. Модель детали должна быть редактируемой, т.е. внесение изменений в одну или несколько размерных зависимостей должно приводить к предсказуемому изменению формы модели детали.
Системы автоматизированного проектирования позволяют выполнять задачи создания электронных моделей деталей, используя различные варианты построения. При этом можно обобщить возможные варианты построения и представить их в виде структурной схемы, которая отражает стратегию построения электронных геометрических моделей деталей (рис. 1).
Определение элемента модели детали на основе у* геометрической формы и конструктивной принадлежности
Отделение : -.¡дежнтов модели tieташ
1 Определение 1 типа формообразования элемента
Определение данных расположения .цементов модели демарш
i ; операции построения по критерияи
Определение размеров для моделирования элементов модели детали ¡ Пазовая
1
Выбор
элементов .uoteui детали 1 Определение типа конструктивного элемента
последовательности построения ! элементов модели детали )
; операция выбор
¡ но типу конструктивного элемента
Использование стандартная CAD-модуля i 1
Определение контуров
Рис. 1. Стратегия построения электронных геометрических моделей деталей
Маршрут построения электронной
геометрической модели детали:
- разбиение детали на элементы, из которых может состоять модель детали;
- определение расположения элементов относительно основных рабочих плоскостей;
- определение размеров для моделирования элементов модели детали;
- выбор операций для построения элементов модели детали и определение контуров для каждого элемента;
- определение последовательности построения элементов модели детали и количества используемых тел [4].
При создании электронной графической документации в области техники и технологий необходимо руководствоваться стандартами: ГОСТ 2.051-2013 ЕСКД «Электронные документы. Общие положения»; Г0СТ2.052-2006 ЕСКД «Электронная модель изделия. Общие положения»;
ГОСТ 2.053-2013 ЕСКД «Электронная структура изделия. Общие положения»; ГОСТ 2.054-2013 ЕСКД «Электронное описание изделия. Общие положения»; ГОСТ 2.055-2014 ЕСКД «Электронная спецификация. Общие положения»; ГОСТ 2.0562014 ЕСКД «Электронная модель детали. Общие положения»; ГОСТ 2.057-2014 ЕСКД «Электронная модель сборочной единицы. Общие положения»; ГОСТ 2.511-2011 ЕСКД «Правила передачи данных электронных документов. Общие положения»; ГОСТ 2.512-2011 ЕСКД «Правила выполнения пакета данных для передачи электронных документов. Общие положения»; ГОСТ 2.611-2011 ЕСКД «Электронный каталог изделий. Общие положения»; ГОСТ 2.612-2011 ЕСКД «Электронный формуляр. Общие положения»; ГОСТ2.102-2013 ЕСКД «Виды и комплектность конструкторских документов»; ГОСТ2.104-2006 ЕСКД «Основные надписи».
Информационная графическая подготовка обеспечивает формирование у обучающихся следующих основных компетенций: знать и применять теорию геометрического моделирования для создания электронных геометрических форм объектов техники и технологий и уметь создавать электронную техническую и технологическую документацию с помощью современных графических информационных технологий [5].
Учебный процесс на кафедре «Инженерная графика» МГТУ им. Н.Э. Баумана полностью обеспечен технически, организационно и методически [6 - 9]. За основу взята система автоматизированного проектирования Autodesk Inventor. Выбор программного продукта определился опросом работодателей, проведенного руководством факультета «Машиностроительные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Необходимо также отметить открытую политику компании Autodesk - лицензионные студенческие версии программных продуктов распространяются бесплатно. За счет наличия одинаковых версий программных продуктов в университетских аудиториях и на личных студенческих компьютерах обеспечивается корректное выполнение домашних заданий. Помимо прочего обучающиеся приобретают навыки работы в системе автоматизированного проектирования.
Таким образом, в структуру геометро-графической подготовки входит теория геометрического моделирования, как научное ядро начертательной геометрии и инженерная компьютерная графика [10]. Содержание геометро-графической подготовки привязывается к специализации будущих бакалавров и специалистов. Вручную выполняются только эскизы, все остальные работы выполняются с использованием системы автоматизированного проектирования. Методический совет кафедры «Инженерная графика» разрабатывает конспекты и презентации лекций, планы семинарских занятий, методическое
обеспечение учебных дисциплин с учетом современных требований ЕСКД по электронному документообороту, новые формы подачи учебного материала.
Новая технология обучения получила положительную оценку как со стороны выпускающих кафедр МГТУ им. Н.Э. Баумана, так и со стороны представителей промышленности. По заказу специальных выпускающих кафедр МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан учебный процесс на базе системы автоматизированного проектирования SolidWorks.
Сохранение лучшего из традиций высшей школы позволяет студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана занимать призовые места, как в командном, так и в личном зачете, на Московских и Всероссийских олимпиадах по начертательной геометрии, инженерной графике и компьютерной графике.
В 2Ol6 г. кафедра «Инженерная графика» МГТУ им. Н.Э. Баумана отмечена дипломом «Золотая кафедра России» Российской академии естествознания.
Для обеспечения программно-независимой технологии преподавания планируется использовать в учебном процессе также систему автоматизированного проектирования «Компас».
Список литературы
1. Гузненков В.Н. Геометро-графическое образование в техническом университете ZZ Alma mater (Вестник высшей школы). - 2Ol4. - № lO. - С. 7l-75.
2. Горшков Г.Ф. Графические основы геометрического моделирования: учебное пособие Z Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)». - М., 2OO9. - l54 с.
3. Гузненков В.Н., Журбенко ПА. Модель как ключевое понятие геометро-графической подготовки ZZ Alma mater (Вестник высшей школы). -2Ol3.-№ 4. - С. 82-87.
4. Гузненков В.Н., Серегин В.И., Журбенко ПА. Учебная дисциплина «Компьютерная графика» ZZ Международный научно-исследовательский журнал. - 2Ol5. - № 6-4 (37).-С. l6-l8.
5. Иванов Г.С. Компетентностный подход к содержанию курса начертательной геометрии ZZ Геометрия и графика. - 2Ol3. - Т. l.-№ 2.-С. 3-5.
6. Гузненков В.Н., Демидов С.Г. Autodesk Inventor в курсе инженерной графики. - М.: Горячая линия-Телеком, 2OO9. - l44 с.
7. Гузненков В.Н., Журбенко ПА. Информационное оснащение аудиторных занятий ZZ Теория и практика общественного развития. - 2Ol3. -№ l2. - С. 249-252.
8. Гузненков В.Н., Журбенко ПА. Учебный процесс с использованием графических пакетов ZZ
Теория и практика общественного развития. - 2014. -№ 1.-С. 173-175.
9. Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Autodesk Inventor 2012. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей: учеб. пособие. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 120 с.
10. Гузненков В.Н. Формирование геометро-графического образования в техническом университете. - М., Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 226 с.
COMPUTER MODELLING AS A BASIS OF GEOMETRY AND GRAPHIC PREPARATION IN THE TECHNICAL UNIVERSITY V.N. Guznenkov, P.A. Shurbenko
Bauman Moscow State Technical University vn@bmstu.ru, wln83@mail.ru Summary
The article presents the contents of the information graphic preparation on younger courses Technical University. The necessity to meet the requirements of modern standards of the Unified system of design documentation for the electronic document. Determined subject area of graphic disciplines - a geometrical shaping and creation of graphical documentation. Presented the strategy of constructing electronic geometric models of parts. New educational technology received a positive assessment of the employers. For program-independent technologies of teaching at the department need multiple CAD systems.
Key words: higher education, information technology, graphic discipline, geometric modeling.
