CC BY
35
Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
РайковськаГ.О., Соловйов А.В., Мельник О.Л. ПарадигмаЫдготовки бакалавр'!взмехашчноУ/'нженерИ'при наскр'^ному моделюванш у сучасних машинобуд'вних САПР // Ф'!зико-математична осв'та : науковий журнал. - 2017. -Випуск 4(14). - С. 78-81.
Raikovska H., Solovyov A., Melnyk O. The Paradigm Of Training Bachelors In Mechanical Engineering Using Plm-Technologies Of Cad Software // Physical and Mathematical Education : scientific journal. - 2017. - Issue 4(14). - Р. 78-81.
УДК 378.147:744
Г.О. Райковська, А.В. Соловйов, О.Л. Мельник
Житомирський державный технолог1чний ун1еерситет, УкраУна [email protected], [email protected], [email protected]
ПАРАДИГМА П1ДГОТОВКИ БАКАЛАВР1В З МЕХАН1ЧНО1 ШЖЕНЕРП ПРИ НАСКР1ЗНОМУ МОДЕЛЮВАНН1 У СУЧАСНИХ МАШИНОБУД1ВНИХ САПР
Анота^я. Стаття присеячена анал1зу актуальност1 еикористання наскр1зного моделюеання -Product lifecycle management (PLM) при профес1йн1й тдготоецi бакалавре з механ1чноУ ¡нженерп, а також обфунтуеанню необхiдностi еиечення функ^ональних можлиеостей осноених систем аетоматизацУУ конструкторськоУта технологiчноУтдготоеки еиробництеа - Computer-aided design (CAD), Computer-aided manufacturing (CAM) та Computer-aided engineering (CAE). Анал'з попереднiх досл'джень наукое^е показае, що епроеадження наскрiзного моделюеання при еиробниитеi продукцн на тдприемстеах стае актуальним питанням. В таких умоеах снуе гостра необхiднiсть у фах'ецях, що можуть еиконуеати будь-як задачi, пое'язан зi стеоренням геометричних моделей продукцн, нженерними розрахунками, а також проееденням розробки технологiчного процесу еиробництеа. fyiм того, було естаноелено, що при поточнiй економ'ннш ситуацп, коли нееелик пдприемстеа не здатнi перейти на багатофункиiональнi програмнi комплекси, залишаеться необхiднiсть у роботi е незалежних системах, як потребують розпiзнаеання даних, конеертаци файлiе, а також оптим'зац'У геометричних моделей. Також було акцентоеано уеагу на тому, що для еиечення осное систем аетоматизоеаного проектуеання (САПР) немае необхiдностi у роботi з десятками програмних засоб'е, адже сучасн засоби комп'ютерного моделюеання мають досить схожi iнтерфейси, а також подiбний функ^онал.
Ключовi слова: профеайна пiдготоека, САПР, механiчна iнженерiя, PLM, нас^зне моделюеання.
Постановка проблеми. Комп'ютерний шжишринг поступово стае основою шдготовки бакалаврiв i3 мехашчноТ шженерп, тому icHye нагальна необхщшсть у постшному вдосконаленш пiдходiв та методик викладання дисциплш, пов'язаних з використанням машинобyдiвних САПР. Актуальним напрямком комп'ютерного шжишрингу е використання технологи нас^зного моделювання - процесу створення виробу в межах единого програмного комплексу, що об'еднуе в ^6i фунцюнал систем CAD, CAM та CAE.
Аналiз актуальних дослщжень. Проблеми впровадження, а також використання PLM-технологш у промисловост розглядають С. Вергунов та О. Стенш [1; 6]. Важливою складовою методик викладання САПР рiзних рiвнiв е пщходи до вивчення CAD-систем, розробкою яких займаються Г. Райковська та В. Головня [2; 4], а також iншi вчеш. Заключним етапом нас^зного моделювання е розробка технолопчноТ подготовки виробництва, що забезпечуеться за рахунок CAM-систем, вcебiчний аналiз яких проводили А. Сазонова, А. Цейко [5; 7] та iншi науковцк
Мета статтк Встановлення актуальности використання PLM-технологш при пщготовц бакалаврiв з мехашчноТ шженери, а також необхщносл роботи з незалежними системами комп'ютерного моделювання у рамках життевого циклу виробництва продукцп.
Виклад основного матерiалу. Розвиток сучасних машинобyдiвних САПР досяг того рiвня, коли програмш пакети, як складаються з багатьох модyлiв, можуть стати самостшним i практично единим засобом для моделювання на тому чи шшому шдприемствк Мова йде про забезпечення технологи життевого циклу
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
виробництва продукцп, що мае немало переваг, серед яких [1; 6]:
- прискорення випуску нових продумчв;
- посилення контролю за яшстю;
- скорочення витрат замшою фiзичних макетiв вiртуальними;
- економiя за рахунок багаторазового використання проектних даних;
- розширення можливостей оптимiзaцiï виробiв;
- економiя завдяки скороченню вiдходiв виробництва;
- зниження витрат за допомогою повноУ штеграцп iнженерного документообку.
Загалом машинобудiвнi пiдприемства у свош роботi вiдштовхуються вiд наступних кромв при створеннi продукцп:
1) проектування виробу;
2) моделювання виробу i iнженернi розрахунки;
3) розробка i випуск конструкторськоУ документацп;
4)технолопчне планування;
5) розробка технологiчного процесу виготовлення, проектування i виготовлення засобiв технологiчного оснащення;
6) розробка управляючих програм;
7)виробництво i контроль виробу.
На нашу думку, фахiвець з мехашчноУ шженерп, який в майбутньому працюватиме на пiдприемствi з нас^зним процесом виробництва продукцп, повинен вмп"и вирiшувати будь-якi питання з представленого перелту, що пов'язанi з використанням САПР. Тобто, варто враховувати необхщшсть у досвiдi роботи не ттьки в CAD-системах, але й в програмних засобах, що вщповщають можливостям проведення iнженерних розрахункiв та розробки технолопчного процесу виробництва - CAM- та CAE-системах. Саме цим i характеризуеться комп'ютерний шжишринг [2; 3; 4].
Ушверсальшсть фахiвця з мехашчноУ шженерп, в першу чергу, мае бути забезпечена знаннями трьох основних систем моделювання. Це дозволить пщприемству за необхщшстю робити швидк кадровi змiни, проводити об'еднання вщд^в та розподiляти обов'язки в залежност вiд складностi проекту.
Безпосередньо пщготовка фахiвцiв iз мехашчноУ шженерп повинна бути комплексною. Ми вважаемо, що при вивченш САПР бтьш^ь зусиль мае бути придтено CAE-системам через Ух широт функцюнальш можливостi та загальну складшсть у вирiшеннi тих чи шших iнженерних задач. В свою чергу, CAD-системи - це основа САПР, адже для використання систем CAM та CAE кнуе необхщшсть у створенш геометричноУ модель
Головна складнiсть при пiдготовцi бакалаврiв з мехашчноУ шженерп засобами САПР полягае у вщокремленш систем рiзними програмними пакетами. Наприклад, програма ANSYS, що широко використовуеться для кшцево-елементного аналiзу, нажаль, може використовуватись лише у межах CAE-функцiоналу. В свою чергу, програма AutoCAD може бути використана лише для двох- та тривимiрного моделювання. Така обмежешсть окремих САПР негативно впливае на ефектившсть впровадження нас^зного моделювання на пщприемствах, адже створюванi проекти в тих чи шших програмних пакетах можуть мати рiзнi розширення файлiв, параметри вщображення шформацп i таке шше. В цей же час додатково можуть використовуватися спецiальнi конвертори даних, але це знову створюе додатковi кроки до отримання необхщного результату роботи у САПР.
Однак на сьогодш розробники САПР розумшть цю ситуацiю та намагаються виршити проблеми, що пов'язанi iз впровадженням нас^зного моделювання. Великий крок уперед зробила компашя Dassault Systèmes, яка е розробником програмного пакету SolidWorks. Цей програмний комплекс на протязi довгих ротв являе собою ушверсальний засiб для проектування та шженерного аналiзу. Однак з кожною новою вераею до функцiонaлу додаються новi можливостi.
У версГ| SolidWorks 2018 було додано CAM-модуль, функцiонaльнi можливосп якого досить широкi та можуть скласти конкурен^ю iншим програм продуктам, в першу чергу тим, що орiентуються виключно на розробку технолопчного процесу виготовлення продукцп. Вщповщно, разом з новим CAM-модулем система вже мае модуль геометричного моделювання, а також 2 основы модулi типу CAE - SOLIDWORKS Simulation та SOLIDWORKS Motion. Тобто, можна зробити висновок, що це ушверсальний програмний пакет для нас^зного виробничого процесу. Пщ час створення продукцп не витрачаеться час на конверта^ю або розтзнавання мaсивiв шформацп. ^м того, единий штерфейс та взаемозв'язок модулiв системи суттево спрощують роботу користувача, що дозволяе вирiшувaти зaдaчi рiзних нaпрямкiв [5; 7].
Безпосередньо для шдприемств, якi використовують мaшинобудiвнi САПР, ситуа^я е неоднозначною, адже перехщ до технологГ| життевого циклу виробництва продукцп у багатьох випадках залежить не лише вщ бажання керiвництвa структури, але й вщ грошового питання, а також вщ рiвня пiдготовки фaхiвцiв, якi мають орiентувaтися в питаннях нaскрiзного моделювання.
На нашу думку, якщо мова йде про вивчення САПР, пщготовка бaкaлaврiв з мехашчноУ iнженерiï мае ^рунтуватися саме на принципах нaскрiзного моделювання. Тобто фaхiвець, що вже завершив навчання, мае
розум^и парадигму PLM-технологш. Якщо ми говоримо про використання единого програмного комплексу для виршення уах задач комп'ютерного моделювання, то все починаеться з вивчення основ створення двох-та тривимiрних моделей, продовжуеться об'емним курсом з ¡нженерних дослщжень, в тому числГ мае бути придшена увага aнaлiзу на основi методу скiнченних елементiв та iмiтaцiйному моделюванню. Завершення курсу САПР при шдготовц бaкaлaврiв мае базуватися на вивченш технологи створення керуючих програм для версталв з ЧПК. Разом з вивченням теоретично! складовоУ професшноУ пiдготовки це дозволить створити конкуренцш на ринку прaцi, який на сьогодшшнш день вимагае бiльше фaхiвцiв, що орiентуються саме в шновацшних технологiях, до яких i вщносяться САПР та PLM-технологи.
В той же час склады економiчнi умови змушують пщприемства, що використовують рiзнi прогрaмнi пакети, переходити у режим жорсткоУ економи грошових ресурсiв, тому нерщко можливiсть впровадження PLM-технологiй не розглядаеться. Загалом виробництва намагаються використовувати безкоштовш прогрaмнi пакети, або виключно лише л модулГ програмних комплекав, що необхiднi для конкретних задач. Враховуючи високу вартГсть широко використовуваних САПР, невелик оргашзацп намагаються обштися мГнГмумом ресурсiв для конкретних умов, розраховуючи на професюналГзм фaхiвцiв, що будуть працювати з наявними системами.
Саме тому при тдготовц бaкaлaврiв з мехашчноУ ¡нженерп ми вважаемо за доцтьне акцентувати увагу не лише на шновацшних пщходах, пов'язаних з технолопею нaскрiзного моделювання, але й на традицшному використaннi рГзних САПР або модулГв. ВГдповГдно, сучасному фaхiвцю потрГ6но не лише втьно орiентувaтися серед систем, що використовуються для виршення усГх необхiдних задач при створенш продукци, але й мати змогу ефективно переходити з одного програмного комплексу в ¡нший, орiентуючись у принципах розтзнавання мaсивiв фaйлiв, а також за необхщшстю використовувати конвертори та ¡ншГ засоби переносу даних.
Також ми вважаемо, що для засвоення принцитв роботи у рГзних САПР немае необхщносл в ознaйомленнi з десятками програмних зaсобiв, адже принципи геометричного, ¡нженерного та технологiчного моделювання у бтьшосл програмних зaсобiв подГбш. Для ознайомлення з основами наскрГзного моделювання достатньо одного програмного пакету, i по одному для ознайомлення з кожною з незалежних систем. КрГм того, на сьогодш розробники САПР намагаються зробити все можливе, аби спростити ¡нтерфейси своУх продумчв, тим самим зробити використання програм максимально комфортним.
Важливо зауважити, що поступово украшсьт пщприемства починають запроваджувати технологи наскрГзного моделювання на основ! сучасних мaшинобудiвних САПР, тому якщо знання, пов'язаш з PLM-пiдходaми, на сьогодш не е конче необхщними, то вже через невеликий промГжок часу з'явиться суттева необхiднiсть у кадрах, що володГють технологiями нaскрiзного моделювання. На нашу думку, саме ушверсальний фaхiвець, що може зайняти будь-яку позищю в ланцюгу нaскрiзного моделювання на виробництва i е сучасним фaхiвцем з мехaнiчноï iнженерiï. Звичайно, важливою рисою такого iнженерa е i постшне поповнення своУх знань, адже САПР поступово вдосконалюються, тим самим вщкриваючи для користувачТв нов! можливосл для вирiшення iнженерних задач.
Висновки. За результатами проведеного дослщження можна зробити наступш висновки.
1. Пщготовка бaкaлaврiв з мехaнiчноï шженерп мае базуватися, в першу чергу, на aнaлiзi нaскрiзного моделювання, тобто на вшьному використaннi трьох основних систем автоматизацп конструкторськоУ та технолопчноУ пГдготовки виробництва, що об'еднaнi в комплекс - CAD, CAM та CAE, адже пщприемства розвинутих краш рухаються у напрямку оптимiзaцiï робочого процесу. Це стосуеться комп'ютерного ¡нжишрингу, документаци i технологiй виробництва.
2. У сучасних реалТях украУнськоУ промисловосл використання нaскрiзного моделювання не завжди е актуальним, тому фaхiвцi з мехашчноУ iнженерiï також повиннГ втьно орiентувaтися i у питаннях, пов'язаних з роботою у незалежних системах проектування, конвертацп даних та оптимiзaцiï виро6Гв.
3. При вивченнi систем автоматизованого проектування, незалежно вщ того, чи це програмний комплекс, чи невеликий пакет з обмеженим функцюналом, необхщно акцентувати увагу безпосередньо на принципах роботи модулГв, взаемодп мГж ними та специфiкою iнтерфейсу, щоб майбутш фaхiвцi вГльно орiентувaлися серед десятмв аналогГчних програмних продуктГв.
Подальше нашГ дослГдження, що пов'язанГ з пщготовкою бакалаврГв ¡з механГчноУ ¡нженерп, мають стосуватися бГльш детального аналГзу взаемодГ| модулГв програмних комплексГв, а також оптимГзаци та конвертацГ| даних мГж незалежними системами.
Список використаних джерел
1. Вергунов С. В. Современные тенденции и перспективы развития cad/cam/cae-систем. Часть 2. Перспективы / С. В. Вергунов, Н. С. Вергунова // Вкник ХармвськоУ державноУ академп дизайну i мистецтв. Мистецтвознавство. Архитектура. - 2011. - № 3. - С. 8-10. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/had_2011_3_5
2. Головня В. Д. Розвиток конструкторсько-технолопчних здГбностей студенев у процеа навчання
комп'ютерного конструювання та моделювання у вищих технiчних навчальних закладах : дис. ... к-та пед. наук : 13.00.04 / Головня Вячеслав Дмитрович. - Рiвне, 2015. - 298 с.
3. Райковська Г. О. Комп'ютерний шжишринг у графiчнiй пщготовц фахiвцiв ВТНЗ / Г. Райковська // Науковий вкник МиколаТвського нацюнального yнiверcитетy iменi В. О. Сухомлинського. Серiя : Педагогiчнi науки. -2016. - № 3. - С. 71-75. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Znpkhist_2016_3_15
4. Райковська Г. О. Теоретико-методичн засади графiчноТ пщготовки майбутшх фахiвцiв технiчних спещальностей засобами шформацшних технологш : дис. ... д-ра пед. наук : 13.00.04 / Галина Олекспвна Райковська. - К., 2011. - 433 с.
5. Сазонова А. О. Классификация и место CAM-систем в системах автоматизированного проектирования /А. О. Сазонова, А. А. Дроздов // Пермский национальный исследовательский политехнический университет. - 2014. - C. 34-42.
6. Стенш О. А. Використання сучасних CAD/CAM/CAE/PLM-систем при ^зному паралельному ци^ подготовки виробництва / О.А. Стенш, С.В. Лапковський, М.О. Солдатова // "АСАУ" - 17 (37) 2010. - С. 109117.
7. Цейко А. В. Аналiз кнуючих CAD/CAM/CAE - систем, Тх потенцшш можливост при постанову експерименту / А. В. Цейко // Нау^ нотатки. - 2013. Вип. 41(2). - С. 244-250.
References
1. Vergunov S. V. Sovremennye tendencii i perspektivy razvitija cad/cam/cae-sistem. Chast' 2. Perspektivy / S. V. Vergunov, N. S. Vergunov // Visnyk Kharkivsjkoji derzhavnoji akademiji dyzajnu i mystectv. Mystectvoznavstvo. Arkhytektura. - 2011. - # 3. - S. 8-10. - Rezhym dostupu: http://nbuv.gov.ua/UJRN/had_2011_3_5
2. Gholovnja V. D. Rozvytok konstruktorsjko-tekhnologhichnykh zdibnostej studentiv u procesi navchannja komp'juternogho konstrujuvannja ta modeljuvannja u vyshhykh tekhnichnykh navchaljnykh zakladakh : dys. ... k-ta ped. nauk : 13.00.04 / Gholovnja Vjacheslav Dmytrovych. - Rivne, 2015. - 298 s.
3. Rajkovsjka Gh. O. Komp'juternyj inzhyniryngh u ghrafichnij pidghotovci fakhivciv VTNZ / Gh. Rajkovsjka // Naukovyj visnyk Mykolajivsjkogho nacionaljnogho universytetu imeni V. O. Sukhomlynsjkogho. Serija : Pedaghoghichni nauky. - 2016. - # 3. - S. 71-75. - Rezhym dostupu: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Znpkhist_2016_3_15
4. Rajkovsjka Gh. O. Teoretyko-metodychni zasady ghrafichnoji pidghotovky majbutnikh fakhivciv tekhnichnykh specialjnostej zasobamy informacijnykh tekhnologhij : dys. ... d-ra ped. nauk : 13.00.04 / Ghalyna Oleksijivna Rajkovsjka. - K., 2011. - 433 s.
5. Sazonova A. O. Klassifikacija i mesto CAM-sistem v sistemah avtomatizirovannogo proektirovanija / A.O.Sazonova, A. A. Drozdov // Permskij nacional'nyj issledovatel'skij politehnicheskij universitet. - 2014. - C. 3442.
6. Stenin O. A. Vykorystannja suchasnykh CAD/CAM/CAE/PLM-system pry kriznomu paraleljnomu cykli pidghotovky vyrobnyctva / O.A. Stenin, S.V. Lapkovsjkyj, M.O. Soldatova // "ASAU" - 17 (37) 2010. - S. 109-117.
7. Cejko A. V. Analiz isnujuchykh CAD/CAM/CAE - system, jikh potencijni mozhlyvosti pry postanovci eksperymentu / A. V. Cejko // Naukovi notatky. - 2013. - Vyp. 41(2). - S. 244-250.
THE PARADIGM OF TRAINING BACHELORS IN MECHANICAL ENGINEERING USING PLM-TECHNOLOGIES OF CAD SOFTWARE Halyna Raikovska, Andriy Solovyov, Oleksandr Melnyk
Zhytomyr State Technological University, Ukraine Abstract. This article analyzes the relevance of the use of end-to-end simulation Product lifecycle management (PLM) in the professional training of bachelors in mechanical engineering, as well as the necessity to study the functionality of the basic systems of automation of design and technological preparation of production -Computer-aided design (CAD), Computer-aided manufacturing (CAM) and Computer-aided engineering (CAE). The analysis of the previous research scientists showed that the introduction of end-to-end simulation in the production process at the enterprises becomes a pressing issue. In such circumstances there is an urgent need for professionals who can perform any task related to the creation of geometric product models, engineering calculations and conducting process development production. In addition, it was found that in the current economic climate, when small businesses were not able to go on the multifunction software, you will still want to work in the independent systems that require data recognition, conversion, and optimization of geometric models. Also, there was emphasis on the fact that for learning the basics of computer aided design (CAD) there is no need to work with dozens of software, because modern means of computer simulation have very similar interfaces and similar functions. Key words: professional training, CAD, mechanical engineering, PLM, computer engineering.
