CC BY
14regime of the reservoir. Data of 2018 confirmed the existence of two distinctive water masses in the Cheboksary reservoir, which were identified in 2017: the right-bank zone with predominance of Oka water, and left-bank Volga zone. These parts differ in nutrient content, and consequently the level of photosynthetic activity.
Статья поступила в редакцию 31.10.2018 г.
УДК 378.147
Е.С. Клименко, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» Л.Н. Бородина, к.п.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» А.Ю. Рыченкова, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93
ПРИКЛАДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ
Ключевые слова: Математическое и компьютерное моделирование, модель, профессионально-ориентированные задачи, проектирование, компьютерные технологии.
В статье рассматриваются вопросы разработки некоторых прикладных задач моделирования, а также психолого-педагогических проблем, разрешаемых при помощи моделирования в процессе обучения, в частности, при формировании понятий, интерпретации графических моделей и решении учебных задач конструирования при проектировании простейших элементов машин и механизмов общего назначения на морском транспорте.
В связи с необходимостью развития системы высшего образования и технологической модернизации в современных условиях происходит существенное изменение содержания и методики образовательного процесса, требующее внедрения новых подходов к обучению. Проблема совершенствования методики преподавания инженерно-графических дисциплин с использованием компьютерных средств в морском вузе является актуальной в сфере компетентностного подхода. Наиболее актуальным вопросом является разработка методологических основ теории и практики применения информационных образовательных технологий как системы эффективного формирования профессиональных компетенций. Соответственно, при подготовке специалистов морского вуза необходима нацеленность на формирование профессиональных инженерно-графических компетенций через использование инновационных технологий для решения профессиональных инженерно-графических задач на морском транспорте. В настоящее время единой утвержденной процедуры проектирования содержания профессионального образования в рамках компетентностного подхода пока не выработано. Но существует несколько вариантов соответствующих методик: 1) вариант НИИ общей педагогики; 2) вариант, разработанный в проекте «Tuning»; 3) вариант МГУ. Проведенный Н.А. Читалиным анализ этих вариантов, позволяет утверждать, что они «имеют некоторые сходства, что говорит об их совместимости и принципиальной возможности взаимодополнения и взаимозаменяемости элементов на разных этапах (уровнях) проектирования». Общим для всех представленных выше методик является отсутствие в них конструктивных подходов (рекомендаций) по оп-
ределению содержания обучения (учебных дисциплин), необходимых для формирования той или иной профессиональной компетенции [1].
Совершенствование методики обучения инженерной и компьютерной графике связано с применением современных графических программ и приемов обучения, поиском новых средств обучения, способствующих развитию воображения, творческого мышления обучаемых, формированию и развитию у них инженерно-графической культуры. Поскольку морской вуз готовит специалистов, способных адаптироваться к быстрой смене требований рынка труда, к жизни в обществе, построенном на системе рыночных отношений, им необходима основательная графическая подготовка, обеспечивающая трудовую мобильность, смену профессий и переквалификацию. Графическая деятельность позволяет реализовать такие познавательные процессы, как формирование пространственного воображения и представлений, наблюдательность, внимание, развитие графической грамотности, интеллектуальных и творческих способностей, усвоение графического языка и формирование графической компетентности.
Актуальность данной работы обусловлена важностью процесса проектирования деталей и узлов судовых механизмов, а именно - геометрическим моделированием с последующей проверкой на прочность и оценкой долговечности. Моделирование создания объекта и прочностных расчетов с помощью графических программных комплексов типа КОМПАС-3Б значительно сокращает сроки проектирования изделий и позволяет в последующем перейти непосредственно к их изготовлению.
Главной задачей обучения инженерной и компьютерной графики обычно ставилось изучение методов ортогонального проецирования на две и три плоскости проекций. В современных условиях модернизации обучения все шире используется построение двухмерных чертежей и трехмерное моделирование деталей, сборочных узлов и др. При внедрении в процесс обучения инженерно-графическим дисциплинам использования компьютерных средств реализуется принцип наглядности обучения, обеспечивающий усвоение знаний курсантами морского вуза. Графическая программа Компас-График позволяет полностью реализовать поставленные цели и задачи как сознательное выполнение учебных заданий, наглядность, доступность, последовательность, дифференциация и индивидуализация учебного процесса. Для того, чтобы курсанты морских специальностей овладели моделированием, недостаточно лишь демонстрировать им различные научные модели, включаемые в содержание обучения. Необходимо, чтобы они сами строили модели, сами изучали какие-либо объекты, явления с помощью моделирования изделий судовых механизмов. Такая возможность предоставляется на занятиях высшей математики, физики, начертательной геометрии и инженерной графики и многих других. Важно научить курсантов методам познания, а моделирование позволяет проникать не только в сущность предмета или явления, но и дает инструмент этого познания.
Процесс моделирования используется в любой науке, обладает большимэффектом визуализации: позволяет привести изучение сложного к простому, невидимого - к видимому, т.е. сделать любой сложный объект доступным для основательного всестороннего изучения. Моделирование представляет собой деятельность по построению и включает в себя следующие психические процессы: восприятие, представление, память, воображение и мышление. Моделирование - это процесс создания моделей для выполнения определенных графических задач при обучений курсантов в высшей школе. Все модели обладают наглядностью, т.к. они легко воспринимаемы и являются предметным воплощением пространственного образа объекта у обучаемого. Поскольку модель способна замещать объект исследования так, что её изучение даёт нам новую информацию об этом объекте, то отсюда ясно, что модель может быть средством интерпретации. А поскольку модель является промежуточным звеном между теорией и действительностью, то она может быть средством интерпретации в двух противоположных направлениях: в сторону конкретного и в сторону формального [2].
С применением цифровых технологий в производстве навыки традиционного черчения на ватмане давно устарели. На данный моментмы имеем возможность получить представление о системах автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют выполнять компьютерное двумерное черчение и создавать трехмерные модели [3].
В процессе изучения машинной и компьютерной графики излагаются теоретические основы устройства и работы машин и механизмов, выполняются различные практические работы по разборке, сборке и моделированию технических поверхностей, механизмов и частей машин. В качестве объектов таких работ используются узлы и механизмы станков, редукторов и другого оборудования, применяемого на морском транспорте. Проектирование и создание сборок деталей механизмов и обо-рудованияна занятиях по компьютерной графике курсантами морского вуза является творческим подходом к инженернойдеятельности. Для принятия правильных технических решений необходимо не только знание теоретической части вопроса, но также важную роль в обучении играет практическая работа с существующими конструкциями и умение в них досконально разобраться; знания технологических основ изготовления деталей; знание условий работы проектируемого механизма; умение воплощать свои идеи в конструкторскую документацию. Важно, чтобы спроектированный механизм должен быть прочным, долговечным, безопасным для обслуживающего персонала, удобным в работе. Главной целью проектирования деталей машин и оборудования является получение необходимых практических навыков проектирования механизмов и деталей общетехнического назначения.
Сборочный чертёж редуктора (рис. 1), выполненный с использованием знаний основ компоновки, даёт представление о последовательности и порядке сборки, а также устанавливает параметры габаритных, установочных, присоединительных и посадочных размеров.
Создание трехмерной сборки изделий судовых механизмов и оборудования в системе Компас-3Б проходит в несколько этапов:
1. Создание отдельных трехмерных деталей и сохранение их отдельными файлами на носителе.
2. Вставка деталей из файлов, а также стандартных изделий из библиотек, имеющихся в базе программного обеспечения Компас-3Б.
3. Размещение каждойдетали определенным образом и задание нужной ориентации в пространстве сборки, а также при необходимости фиксация детали.
4. Создание отдельных деталей при необходимости прямо в сборке, которые могут быть сохранены вместе с файлом сборки.
5. Применение завершающих операций, таких как создание отверстий, фасок и пр., которые стали доступны для выполнения в документе сборки в последних версиях Компас-3Б.
Изучение основ конструирования на занятиях по компьютерной графике курсантами морского вуза начинается с моделирования простейших деталей судовых механизмов общего назначения. На первом этапеопределяются назначение и условия, в которых находится проектируемое изделие, с учётом технологических, монтажных, эксплуатационных требований. Далее разрабатываются графические двумерные чертежи и текстовые конструкторские документы, предусмотренные техническим заданием. Следующим этапомявляется процесс трехмерного моделирования деталей, сборки и разборки механизма. После этого определяются нагрузки, действующие на звенья механизма, производятся расчёты конструкции по критериям работоспособности.
Сборка деталей механизмов, выполняемая в графической программе Компас-3Б, представляет собой трехмерную модель изделий (рис. 2), объединяющую модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также несет информацию о взаимном положении компонентов и зависимостях между параметрами их отдельных элементов [4].
Рис. 2. Пример трехмерного моделирования разнесенной сборки редуктора
После выполнения курсантами сборок изделий судовых механизмов перед ними были поставлены следующие задачи:
1) провести анализ и выполнить проверку на прочностьэлементов деталей;
2) произвести оптимизацию конструкции, используя ассоциативную связь геометрической и расчетной моделей;
3) дать оценку долговечностиданной конструкции.
С помощью приложения APM FEM, которая представляет собой в Компас-3Б инструмент для подготовки и последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки). В данном приложении можно задать-на деталь нагрузкиразличных типов, указать граничные условия, построить конечно-элементную сетку и выполнитьстатический расчет, расчет на устойчивость, расчет собственных частот и форм колебаний, тепловой расчет. Очень важно, что процедура генерации конечных элементов проводится автоматически. В результате выполнен-ныхрасчетов с использованием системы APM FEM можно получить карту распределения нагрузок, напряжений, деформаций в конструкции, коэффициент запаса устойчивости конструкции, частоты и формы собственных колебаний конструкции, карту распределения температур в конструкции, массу и момент инерции модели, координаты центра тяжести [5]. В качестве исследовательской модели мы использовали техническую поверхность «Ручка», указав совпадающие поверхности, задав закрепления и нагрузки (рис. 3).
' Граничные условия - задание Нагрузок
Прочностной Анализ
- '* Прочностной Анализ -■Нагрузки и закрепления »Закреплением "Распределённая сила:1 а Совпадающие поверхности ->КЭ сетки на деталях •'КЗ сетка -■Слои
• »Карты результатов
Рис. 3. Результат приложения нагрузок и закрепления к технической поверхности
А также выполнили генерацию конечно-элементной сетки, установили параметры и тип расчета (рис. 4).
Рис. 4. Генерация технической поверхности
При этом получили вывод цветовых карт результатов, реакции в опорах, генерацию файла-отчета (рис. 5).
Рис. 5. Пример статистического расчета технической поверхности
Данный метод дает возможность решать важные задачи - такие, как статистические расчеты деталей, расчеты прочности и устойчивости сборок, расчеты термоупругости и теплопроводности. В итоге нами была создана презентация в приложении АРМБЕМ проведения расчетов детали простой конфигурации на примере модели «Ручка», которая наглядно показывает данный процесс. По результатам нашей работы разрабатываются:
1) новые методики геометрического моделирования деталей и сборок;
2) новые методики проведения прочностного экспресс расчета деталей и сборок;
3) конкретные предложения по применению исследуемой программы в процессе геометрического моделирования и для прочностных и усталостных расчетов.
Список литературы:
[1] Читалин Н.А. Проблема оптимального соотношения фундаментального и профессионального в содержании начального, среднего и высшего профессионального образования. / Казанский
педагогический журнал. 2006. № 2. С. 18-20.
[2] Клименко Е.С., Бородина Л.Н., Рыченкова А.Ю., Аминева Е.Х. Формирование профессиональных компетенций курсантов морских вузов в процессе решения профессионально-ориентированных задач /Вестник Майкопского государственного технологического универси-тета.2015. №3. С. 105-109.
[3] Штофф В.А. Роль модели в познании/ Л.: Наука, 1973. С. 128.
[4] Клименко Е.С., Бородина Л.Н., Рыченкова А.Ю. Модернизация содержания и дидактического обеспечения геометро-графической подготовки в морском вузе с позиций геометрического моделирования /Известия Южного федерального университета. 2017. №7. С. 91-98.
[5] Клименко Е.С., Бородина Л.Н., Рыченкова А.Ю. Системно-модульная технология организации обучения курсантов при изучении общетехнических дисциплин в морском вузе. / 13-ая региональная научно - техническая конференция «Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России» г. Новороссийск РИО ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2016
APPLIED USING OF AUTOMATED DESIGN SYSTEMS FOR MODELIGN OF MECHANISMS AND MACHINES ON THE MARITIME TRANSPORT
E.S. Klimenko, L.N. Borodina, A. Y. Rychenkova
Key words: Mathematical and computer modeling, model, professionally-oriented tasks, design, computer technologies.
The article deals with the development of some applied modeling problems, as well as psychological and pedagogical problems that can be solved by modeling in the learning process, in particular, in the formation of concepts, interpretation of graphical models and solving educational design problems in designing the simplest elements of general-purpose machines and mechanisms on sea transport.
Статья поступила в редакцию 10.09.2018 г.
УДК 504.45.054: 665.6
В.С. Наумов, д.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» А.Е. Пластинин, д.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Н.И. Волкова, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
Н.С. Отделкин, д.т.н., проф., Проректор по конвенционной подготовке ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОСОБЕННОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В БАССЕЙНОВЫХ ПЛАНАХ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ И ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ
Ключевые слова: разливы нефти, прогнозирование, бассейновые планы, предупреждение и ликвидация
В статье приведены результаты исследований по определению особенностей прогнозирования в составе бассейновых планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти. Определены максимально возможные объемы разлива нефти и нефтепродуктов на реке Оке в границах Волжского и Московского бассейнов. Выполнен анализ характеристик транспортных судов, обеспечивающих грузоперевозки на реке Оке. Результаты
