CC BY
65
[Fundamental theoretical basics of modern system of integrated physical education]. Physical Culture: Upbringing, Education, Training, 2013, no. 2, pp. 2-6. (In Russian).
13. Teoreticheskie i prikladnye aspekty formirovaniya zdorov'e-sberegayushchego i social'no-adaptivnogo obrazovatel'nogo prostranstva. Kn. II. Kul'turologicheskie aspekty formirovaniya, sohraneniya, ukrepleniya zdorov'ya i social'nogo razvitiya obuchayushchihsya, vospitannikov [Theoretical and applied aspects of the formation of health-saving and socially-adaptive educational space. Book II. Cultural aspects of formation, preservation, health promotion and social development of students, pupils]. Ed. E. M. Kazin. Kemerovo, 2017, 495 p. (In Russian).
14. Teoreticheskie i prikladnye aspekty formirovaniya zdorov'e-sberegayushchego i social'no-adaptivnogo obrazovatel'nogo prostranstva. Kn. III. Psihologo-pedagogicheskoe i mediko-social'noe soprovozhdenie razvitiya deteji samorealizacii
obuchayushchihsya [Theoretical and applied aspects of the formation of health-saving and socially adaptive educational space. Book III. Psychological, pedagogical and medical and social support for the development of children and self-realization of students]. Ed. E. M. Kazin. Kemerovo, 2018, 571 p. (In Russian).
15. Tolstykh N. N. Tendenciya izmeneniya motivacii i vremennoj perspektivy rossijskih podrostkov [The tendency of changes in the motivation and time perspective of Russian adolescents]. Child in modern society. Collection of scientific articles. Moscow, 2007, pp. 142-150. (In Russian).
16. Chetverik O. N. Osobennosti formirovaniya psihofiziologicheskogo adaptacionnogo potenciala podrostkov pri razlichnyh rezhimah uchebnoj deyatel'nosti [Features of the formation of psychophysiological adaptive potential of adolescents in different modes of educational activity]. Abstract of Ph. D. thesis. Kemerovo, 2018, 20 p. (In Russian).
УДК/UDC 004.9 В. В. Капшунов
V. Kapshunov
МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ
В CAD-СИСТЕМЕ «КОМПАС»
METHODOLOGY FOR CREATING INTERACTIVE KINEMATIC DIAGRAMS IN THE CAD SYSTEM "KOMPAS"
Введение. В статье рассматривается методический аспект обучения путем интерактивной кинематической схемы механизма в среде CAD-системы «КОМПАС». Цель статьи - предложить методику создания такой схемы с описанием алгоритмов проектирования элементов схемы.
Методология. Методика разработки рассматривается на примере создания элементов схемы плоского рычажного механизма с учетом соблюдения требований стандарта по изображению и соединения их в вышеуказанную схему.
Результаты заключаются в созданной методике проектирования интерактивной кинематической схемы для CAD-системы «КОМПАС».
Заключение. Автором отмечается, что данная методика может быть использована и в других конструкторских САПР и для схем, более сложных, чем рассмотренная в статье.
Introduction. The article deals with the development of an interactive kinematic scheme of the mechanism in the environment of the CAD system "KOMPAS". The pur-
pose of the article is to provide a method for creating such a scheme with a description of the algorithms for designing the elements of the scheme.
Methodology. The development method is explored on the example of creating elements of a flat lever mechanism scheme, taking into account the requirements of the standard for the image of such schemes and connecting them to the above-stated scheme.
Results. The result of our work is the developed method for designing an interactive kinematic scheme for the CAD system "KOMPAS".
Conclusions. The author notes that this technique can be used in other design CAD systems and for schemes that are more complicated than the one discussed in the article.
Ключевые слова: кинематическая схема, анимация, CAD-система, методика обучения, интерактивная схема, параметрическая связь, ограничение.
Keywords: kinematic diagram, animation, CAD system, element, interactive diagram, parametric connection, restriction.
Введение
Многие современные программные среды (в частности, CAD-системы) позволяют создавать кинематические схемы механизмов, накладывая на их элементы связи [1-4]. Электронный документ, содержащий такую схему, является интерактивным, а схема приобретает свойство подвижности [5-7], тем самым облегчая задачи структурного, кинематического и динамического исследования механизма [8-10].
Имеет смысл применять интерактивные схемы в учебном процессе, например при изучении дисциплины «Теория механизмов и машин» [1; 11-13]. В этом случае обучающиеся, наблюдая механизм в движении, без существенных ошибок выполняют, в частности, такой важный этап структурного анализа механизма, как выделение и обозначение звеньев.
Создание интерактивной кинематической схемы достаточно сложного механизма может вызывать некоторые трудности даже для опытного пользователя CAD-системы, а для студента, вероятно, будет представлять почти неразрешимую задачу. Поэтому методическая поддержка (описание алгоритма разработки схемы и особенностей конструирования ее элементов) не будет излишней.
Методология
Рассмотрим методику выполнения интерактивной кинематической схемы плоского рычажного механизма (рис. 1) в CAD-системе КОМПАСА V 18.1. Предполагаем, что известны все геометрические параметры механизма: длины звеньев, расстояния между
кинематическими парами и стойками. Также задано направление движения начального звена (на рисунке 1 это угол поворота кривошипа ф). Элементы схемы необходимо оформить согласно ГОСТу 2.770.
Результаты
Этап 1. Выбор документа.
Так как подвижные звенья плоского рычажного механизма перемещаются в одной или в параллельных плоскостях, следует выбрать документ, в котором можно создавать плоские изображения. В КОМПАСА это фрагмент или чертеж. При выборе документа необходимо учесть:
1) фрагмент удобен тем, что он не имеет элементов оформления;
2) чертеж удобен тем, что в нем можно создавать изображения в разных масштабах;
3) в чертеже можно убрать оформление (фактически превратив его при этом во фрагмент);
4) если предполагается создание библиотеки параметризованных кинематических схем, лучше использовать фрагмент.
Этап 2. Задание положений стоек.
На этом этапе уже используются параметрические возможности CAD-системы [4; 14]. Положения стоек удобно задавать, добавляя соответствующие вспомогательные прямые, вставляя точки на пересечения прямых и проставляя расстояния между точками (все эти действия должны выполняться при включенном параметрическом режиме; этот режим далее должен быть включен) (рис. 2).
При этом CAD-система создаст переменные, с помощью которых можно будет управлять положением стоек.
Обратите внимание, что одна из точек на рисунке 2 является фиксированной. Если система «КОМПАС» не выполнит фиксацию нужной точки, это нужно сделать самостоятельно, так как в противном случае вся кинематическая схема получит возможность перемещаться в процессе имитации движения.
Этап3. Создание стоек.
Стойки, имеющие поступательные кинематические пары, целесообразно создавать, используя отрезки с соответствующим стилем отрисовки (например, «штриховая»). Обе точки отрезка должны располагаться на соответствующей вспомогательной прямой. При необходимости на отрезок можно наложить ограничение фиксированной длины или задать линейный размер его длины.
Стойки с вращательными кинематическими парами создаются в системе «КОМПАС» как геометрические элементы «Многоугольник» с тремя вершинами, после чего эти элементы разрушаются и на их стороны накладываются ограничения фиксированной длины и совпадения точек (элементы должны отрисовываться в соответствии с ГОСТом 2.770 стилем основной линии). Фактически получаются треугольники, только уже в параметризованном формате. Затем создаются окружности, которые будут представлять вращательные кинематические пары. В окружностях выполняется заливка, после чего их центры совмещаются с нужными вершинами треугольников. Последний шаг - совмещение центров кинематических пар (окружностей) с ранее созданными точками на схеме.
Как известно, стойки на кинематических схемах должны отмечаться штриховкой. Для этого в документе создаются прямоугольники, на их стороны накладываются соответствующие ограничения (например, можно на одну из сторон наложить ограничение фиксированной длины, на перпендикулярную сторону - ограничение вертикальности или горизонтальности). Внутри прямоугольников выполняется штриховка (при включенном параметрическом режиме), после чего прямоугольники располагаются нужным образом на стойках. При необходимости на стороны прямоугольников накладываются дополнительные ограничения. Например, на сторону, которая совпадает со стороной треугольной стойки, можно наложить ограничение равенства длины (рис. 3). Сами прямоугольники рекомендуется скрыть, переместив их на погашенный слой.
Рис. 2. Задание положений стоек
Рис. 3. Ограничения прямоугольника -контура для штриховки на стойке
По завершении данного этапа рекомендуется проверить перемещение стоек при изменении соответствующих переменных документа.
Этап 4. Создание подвижных звеньев.
Такие подвижные звенья, как кривошип, кулиса, коромысло, шатун (назовем их протяженными звеньями), в документе системы «КОМПАС» создаются с помощью отрезков, а ползун и кулисный камень -с использованием прямоугольников.
Например, для создания протяженного звена с одной вращательной кинематической парой на конце
Рис. 4. Создание протяженного звена с одной кинематической парой
достаточно добавить отрезок и задать линейный размер его длины. Затем создать окружность с заливкой, после чего совместить центр окружности с концом отрезка (рис. 4).
Обычно на втором конце такого звена вращательная кинематическая пара на создается, так как она будет находиться или на другом звене, или на стойке.
Если вращательная кинематическая пара располагается не на конце протяженного звена, она изображается в виде дуги (см. рис. 1). Для создания изображения такой пары предлагается следующий алгоритм (рис. 5):
1) на отрезке проставляется точка и задается размер, определяющий ее положение;
2) создается окружность с заданным диаметральным размером, внутри нее выполняется заливка белым цветом, затем центр окружности совмещается с точкой;
3) через точку проводится вспомогательная прямая, перпендикулярная отрезку;
4) на пересечении отрезка и окружности (любом из двух) ставится точка, точка на втором пересечении ставится как симметричная к первой (ось симметрии - перпендикулярная прямая);
5) окружность переносится на погашенный слой, строится дуга по двум точкам - тем, которые построены на предыдущем этапе;
6) проставляется диаметральный размер дуги -такой же, как и размер окружности.
При необходимости размеры и вспомогательные изображения можно перенести на погашенный слой.
Для создания изображения ползуна или кулисного камня необходимо в документ добавить прямоугольник, после чего с него снимается (при необходимости) ограничение горизонтальности. Затем, если требуется, проставляются размеры его длины и высоты, выпол-
няется заливка белым цветом внутри. Проводится диагональный отрезок, создается окружность (это будет вращательная пара звена). Внутри окружности выполняется заливка белым цветом и, при необходимости, ставится ее диаметральный размер. Центр окружности совмещается с серединой диагонального отрезка прямоугольника. Диагональный отрезок можно затем переместить на погашенный слой.
Построения подвижных звеньев рекомендуется выполнять недалеко от мест их фактического расположения в кинематической схеме. Следует помнить, что полученное нами изображение является параметризованным, и при каждом перемещении геометрических объектов система «КОМПАС» должна соблюдать наложенные на объекты связи и ограничения. Если перемещения слишком велики, то может измениться форма геометрического объекта.
Этап 5. Размещение подвижных звеньев и создание связей между ними.
Если подвижные звенья изначально располагаются недалеко от мест своего размещения в кинематической схеме, то на их элементы можно сразу накладывать соответствующие связи и ограничения. Например, совмещая начальную точку отрезка, изображающего кривошип, и центр окружности вращательной кинематической пары стойки. Чтобы задать положение кулисного камня на кулисе, следует использовать ограничение «точка на кривой» для кулисы и центра вращательной пары кулисного камня и ограничение параллельности боковой стороны прямоугольника (камня) и кулисы.
Если подвижное звено располагается достаточно далеко от нужного места, перемещать его рекомендуется на небольшие расстояния, каждый раз следует контролировать правильность его формы.
Этап 6. Проверка правильности движения звеньев механизма.
Если начальное звено имеет вращательный характер движения, то проверить движение звеньев достаточно просто - необходимо захватить курсором конечную точку кривошипа и начать его вращать [4]. Рекомендуется не оставлять кривошип в вертикальном или горизонтальном положениях, так как возможна такая ситуация, что затем он перестанет вращаться. Видимо, это связано с ограничениями системы «КОМПАС».
Если начальное звено движется поступательно, рекомендуется использовать компьютерные программы для анимации параметризованных изображений [15]. Для этого в документ нужно добавить размер, который будет определять положение начального звена. Это же потребуется сделать, если необходимо
будет анимировать кинематическую схему с вращающимся начальным звеном (например, для механизмов, изображенных на рисунке 1, нужно будет ввести переменную «ф»).
Степени свободы элементов кинематической схемы.
При наложении связей и ограничений на создаваемые изображения элементов параметризованной кинематической цепи необходимо принимать во внимание степени свободы, которые они при этом получают. В документе «КОМПАСа» для этого рекомендуется включить режим отображения степеней свободы.
При этом надо учитывать, что показываемые CAD-системой степени свободы (т. е. направления возможных перемещений) имеют некоторые ограничения:
1) показываются степени свободы только при условии ручного перемещения мышью. Например, верхняя точка отрезка, который изображает стойку с поступательной парой, имеет одну степень свободы - вертикальное движение, между тем эта точка может перемещаться и горизонтально при изменении переменной «с» (рис. 6). В этом случае передвигаться будет весь отрезок (стойка).
Однако такую степень свободы (управляемую размером) не всегда можно принимать во внимание, т. к. в данном случае расстояние «с» не будет меняться в процессе анимации движения. В то же время степень свободы отрезка (кривошипа), определяемую
\ Точка может перемещаться бберх или бниз мышью V и*
/ \ \ / 1 ? 1 ь
/ 1 * 85 г 37
' /а/ '
(с)
Рис. 6. Степени свободы верхней точки отрезка, изображающего стойку
Рис. 7. Степени свободы отрезка (кривошипа)
Рис. 8. Действительные степени свободы стойки
угловым размером и соответствующей переменной «Fi» (рис. 7), нужно считать «настоящей» степенью свободы, т. к. во время анимации отрезок (кривошип) будет вращаться.
2) Отображаются степени свободы отдельных элементов графического объекта. Так, на рисунке 8 показана треугольная стойка с вращательной кинематической парой. На ее элементы наложены ограничения: совпадения точек всех отрезков треугольника; фиксированная длина этих отрезков; совпадение центра окружности (вращательной пары) и вершины треугольника. Также задан управляющий диаметральный размер окружности. Фактически стойка представляет собой некую фигуру, которая перемещается как одно целое и имеет три степени свободы: движение по вертикали и горизонтали и вращение в плоскости изображения. Однако в документе показаны только возможные направления перемещения отдельных точек.
Заключение
Рассмотренная методика разработки в CAD-системе «КОМПАС» интерактивной кинематической схемы может являться методической основой создания подобных схем рычажных механизмов и в других конструкторских САПР [3; 13].
Описанные алгоритмы создания звеньев и кинематических пар достаточно универсальны, поэтому их можно применить для конструирования кинематических схем, сложность которых будет ограничена только аппаратными и программными возможностями компьютера.
Литература
1. Бабичев Д. Т., Лебедев С. Ю. Опыт ТИУ по использованию компьютерных методов проектирования в курсе теории механизмов и машин // Проблемы машиностроения : материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Омск, 2019. Ч. 1. С. 21-31.
2. Чупин К. А., Кобитянский А. Е. Синтез и анализ кинематики рычажных механизмов с помощью NX-системы // Электрофизические методы обработки в современной промышленности : материалы II Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2019. С. 191-193.
3. Жукова Е. В., Кеплина К. В. Решение задач кинематики плоских механизмов с применением САПР Т^1ех // Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2014. № 2. С. 20-25.
4. Капшунов В. В., Григорьева А. С., Егорова А. А. Параметризованные кинематические схемы плоских рычажных механизмов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы Седьмой междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. Т. 1. С. 345-349.
5. Вульферт Ф. Н., Кочегаров Б. Е. Компьютерное моделирование анимации механических систем // Вестник инженерной школы ДВФУ 2016. № 1 (26). С. 24-32.
6. Бабичев Д. Т., Лебедев С. Ю., Гусева К. П. Применение анимации при изучении и проектировании механизмов и передач // Профессиональное образование в России и за рубежом. 2020. № 1 (37). С. 126-132.
7. Доржиев Ц. Ц., Рабданова Н. М. Моделирование (анимация) движения механизмов // Фундаментальные основы механики. 2016. № 1. С. 15-17.
8. Киреев С. О., Кадеров Х. К., Заикин В. П. Автоматизированное построение диаграмм кинематических параметров шатунно-крейцкопфного механизма // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2018. № 3 (62). С. 41-46.
9. Тихонов Е. А., Григорьев И. В., Куницкая О. А. Параметризация механизма двигателя Стирлинга альфа-типа // Системы, методы, технологии. 2019. № 4 (44). С. 49-53.
10. Капшунов В. В., Коростелева М. В. Параметризованные планы скоростей плоских рычажных механизмов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы Девятой междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2018. Т. 1. С. 446-449.
11. Жукова Е. В., Жуков И. А., Кеплина К. В. Автоматизированные компьютерные технологии решения прикладных задач теории механизмов и машин // Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2015. № 3. С. 59-68.
12. Никифоров Н. В. Сравнение точности различных методов кинематического анализа механизмов с применением ЭВМ // Традиции и инновации в развитии АПК : материалы междунар. науч.-практ. конф. Великие Луки, 2019. С. 468-471.
13. Жуков И. А., Жукова Е. В. К вопросу о кинематической разрешимости плоских рычажных диадных механизмов // Журнал передовых исследований в области естествознания. 2019. № 6. С. 20-28.
14. Алгоритм построения кинематической схемы станка-качалки в параметрическом режиме в системе автоматизированного проектирования (САПР) КОМПАС 3-й /
И. В. Острицов, В. А. Оселедец, Х. К. Кадеров, С. О. Киреев // Наука через призму времени. 2018. № 1 (10). С. 26-29.
15. Капшунов В. В. Программная система анимации кинематических схем механизмов // Образование - наука - производство : материалы III Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2019. С. 177-181.
References
1. Babichev D. T., Lebedev S. Yu. Opyt TIU po ispol'zovaniyu komp'yuternyh metodov proektirovaniya v kurse teorii mekhanizmov i mashin [Experience of TIU on the use of computer design methods in the course of the theory of mechanisms and machines]. Problems of mechanical engineering. Proceedings of the III International Scientific and Technical Conference. Omsk, 2019, part 1, pp. 21-31. (In Russian).
2. Chupin K. A., Kobityansky A. E. Sintez i analiz kinematiki rychazhnyh mekhanizmov s pomoshch'yu NX-sistemy [Synthesis and analysis of kinematics of lever mechanisms using the NX-system]. Electrophysical processing methods in modern industry. Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference of young scientists, postgraduates and students. Perm, 2019, pp. 191-193. (In Russian).
3. Zhukova E. V., Keplina K. V. Reshenie zadach kinematiki ploskih mekhanizmov s primeneniem SAPR T-Flex [Solving problems of kinematics of flat mechanisms using CAD T-Flex]. Computer-aided design in mechanical engineering, 2014, no. 2, pp. 20-25. (In Russian).
4. Kapshunov V. V., Grigorieva A. S., Egorova A. A. Parametrizovannye kinematicheskie skhemy ploskih rychazhnyh mekhanizmov [Parametrized kinematic schemes of flat lever mechanisms]. Transport infrastructure of the Siberian region. Proceedings of the Seventh International Scientific and Practical Conference. Irkutsk, 2016, vol. 1, pp. 345-349. (In Russian).
5. Vulfert F. N, Kochegarov B. E. Komp'yuternoe modelirovanie animacii mekhanicheskih sistem [Computer modeling animation of mechanical systems]. Far Eastern Federal University: School of Engineering Bulletin, 2016, no. 1 (26), pp. 24-32.
6. Babichev D. T., Lebedev S. Yu., Guseva K. P. Primenenie animacii pri izuchenii i proektirovanii mekhanizmov i peredach [Application of animation in study and design of mechanisms and gears]. Professional Education in Russia and Abroad, 2020, no. 1 (37), pp. 126-132. (In Russian).
7. Dorzhiev TS. TS., Rabdanova N. M. Modelirovanie (animaciya) dvizheniya mekhanizmov [Modeling (animation) of movement of mechanisms]. Fundamental Principles of Mechanics, 2016, no. 1, pp. 15-17. (In Russian).
8. Kireev S. O., Kaderov Kh. K., Zaikin V. P. Avtomatizirovannoe postroenie diagramm kinematicheskih parametrov shatunno-krejckopfnogo mekhanizma [Automated construction of diagrams of the kinematic parameters of the grinding and cretskophenic mechanism]. Progressive Technologies and Systems of Mechanical Engineering, 2018, no. 3 (62), pp. 41-46. (In Russian).
9. Tikhonov E. A., Grigoriev I. V., Kunitskaya O. A. Parametrizaciya mekhanizma dvigatelya Stirlinga al'fa-tipa [Alpha-type stirling engine mechanism parameterization]. Systems. Methods. Technologies, 2019, no. 4 (44), pp. 49-53. (In Russian).
10. Kapshunov V. V., Korosteleva M. V. Parametrizovannye plany skorostej ploskih rychazhnyh mekhanizmov [Parametrized speed plans for flat lever mechanisms]. Transport infrastructure of the Siberian region. Proceedings of the Ninth International Scientific and Practical Conference. Irkutsk, 2018, vol. 1, pp. 446-449. (In Russian).
11. Zhukova E. V., Zhukov I. A., Keplina K. V. Avtomatizirovannye komp'yuternye tekhnologii resheniya prikladnyh zadach teorii mekhanizmov i mashin [Automated computer technologies for solving applied problems in the theory of mechanisms and machines]. Computer-aided design in mechanical engineering, 2015, no. 3, pp. 59-68. (In Russian).
12. Nikiforov N. V. Sravnenie tochnosti razlichnyh metodov kinematicheskogo analiza mekhanizmov s primeneniem EVM [Comparison of accuracy of various methods of kinematic analysis of mechanisms using computers]. Traditions and innovations in the development of agriculture. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. Velikie Luki, 2019, pp. 468-471. (In Russian).
13. Zhukov I. A., Zhukova E. V. K voprosu o kinematicheskoj razreshimosti ploskih rychazhnyh diadnyh mekhanizmov [To the question of kinematic resolvability of flat lever dyad mechanisms]. Journal of Advanced Research in Natural Science, 2019, no. 6, pp. 20-28. (In Russian).
14. Ostritsov I. V., Oseledets V. A., Kaderov Kh. K., Kireev S. O. Algoritm postroeniya kinematicheskoj skhemy stanka-kachalki v parametricheskom rezhime v sisteme avtomatizirovannogo proektirovaniya (SAPR) KOMPAS 3-D [Algorithm for constructing a kinematic scheme of a rocking machine in parametric mode in the computer-aided design system (CAD) KOMPAS 3-D]. Science Through the Prism of Time, 2018, no. 1 (10), pp. 26-29. (In Russian).
15. Kapshunov V. V. Programmnaya sistema animacii kinemati-cheskih skhem mekhanizmov [Program system of animation of kinematic schemes of mechanisms]. Education-Science-Production. Proceedings of the III All-Russian Scientific and Practical Conference. Irkutsk, 2019, pp. 177-181. (In Russian).
УДК/UDC 37.035.6 А. М. Козлов, В. Т. Сопегина
A. Kozlov, V. Sopegina
ФОРМИРОВАНИЕ ПАТРИОТИЗМА И ГРАЖДАНСТВЕННОСТИ У ПОДРОСТКОВ В УЧРЕЖДЕНИЯХ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
FORMATION OF PATRIOTISM AND CITIZENSHIP IN ADOLESCENTS IN FURTHER EDUCATION INSTITUTIONS
Введение. В статье представлена проблема формирования патриотизма детей и молодежи в системе учреждений дополнительного образования Российской Федерации.
Цель статьи - выявить динамику формирования норм и ценностных ориентаций детей и молодежи в ходе образовательных мероприятий патриотической направленности на примере учреждения дополни-
