CC BY
35
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ ГРАФИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ
© Москалева Т.С.*, Севостьянова О.М.
Самарский государственный технический университет, г. Самара
В работе представлена технология обучения студентов интегрированному курсу «Инженерная и компьютерная графика» в K^Mm^D и Solid Works. Интеграция способствует высокому уровню систематизации знаний, их уплотненности и экономичности, а также необходимостью усиления профессиональной направленности графических дисциплин.
В период научно-технической революции, когда наблюдается быстрый рост научных знаний и их широкое внедрение в производство, все большую актуальность получает проблема повышения качества профессиональной подготовки в вузе. Выпускник технического вуза должен усвоить общетехнические, специальные предметы, овладеть навыками и умениями в области избранной профессии, в объеме необходимом для успешного решения производственных задач в будущей профессиональной деятельности.
Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика являются важными компонентами базовой общеинженерной подготовки, закладывающей фундамент профессионального образования специалиста. В условиях глобальной информатизации и компьютеризации требуется усовершенствовать процесс обучения студентов графическим дисциплинам внедрением информационных технологий.
В качестве наиболее перспективного направления использования информационных технологий является внедрение CAD/CAM систем для создания конструкторской документации и 3D моделирования. Трехмерная модель дает возможность увидеть структуру будущего изделия в полном соответствии с кинематикой и динамикой всех входящих в нее элементов. Требованиям учебного процесса отвечает достаточно большое количество современных CAD/CAM систем, но наиболее оптимальным сочетанием положительных факторов обладают программы Компас-SD и SolidWorks. Передовой интерфейс этих систем позволяет осуществлять моделирование с высокой эффективностью.
На кафедре «Инженерная графика» Самарского государственного технического университета разработан интегрированный курс начертательной геометрии и компьютерной графики. Содержание курса построено на изучении традиционной начертательной геометрии и элементов трехмер-
* Заведующий кафедрой «Инженерная графика», кандидат технических наук, доцент.
ного компьютерного моделирования в Компас-3Б. Решая задачи классическими методами в Компас-График, студенты осуществляют проверку решения с помощью твердотельного моделирования в Компас-3Б. Такая интеграция способствует формированию у студентов представлений о соотношении между геометрическими объектами в пространстве и их изображениями на плоскости, а также развивает пространственное воображение и навыки логического мышления при изучении геометрических моделей.
Для проведения практических занятий по интегрированному курсу «Начертательная геометрия и компьютерная графика» разработан дидактический материал, состоящий из заданий-модулей. Система заданий обеспечивает гарантированное усвоение учебного материала определенным контингентом студентов на заданном уровне. Первый модуль заданий выполняется по алгоритму - предписанию, при выполнении которого у студентов формируются знания - «знакомства», затем знания - «копии». При выполнении второго модуля - заданий студенты самостоятельно составляют алгоритмы-описания, в которых заключена точная последовательность операций. На этом этапе преподаватель должен осуществлять пооперационный контроль действий студентов. Проверяются не только конечные, но и промежуточные результаты. Выполнение последующих модулей-заданий требует от студентов продуктивной деятельности. Последовательность выполнения модульной системы заданий способствует повышению уровня усвоения знаний по начертательной геометрии и компьютерной графике.
В интегрированном курсе «Инженерная и компьютерная графика» студенты, самостоятельно конструируя 3Б-модели изделий, сравнивают, анализируют формы, определяют оптимальный вариант изображения объекта, путем изменения параметров. Создание трехмерной модели объекта ведется поэтапно. Сначала создаются заготовки проектируемого объекта. В качестве заготовок выбирают элементы вращения, элементы выдавливания, кинематические элементы, элементы по сечениям. Если объект имеет конструктивные элементы, то для придания ему окончательной формы применяются булевы операции, выполняемые над двумя трехмерными объектами: моделью заготовки и моделью формообразующего инструмента. При этом моделируется процесс получения объекта из заготовки путем ее обработки режущим инструментом. На этой стадии может быть определена технология изготовления объекта и форма обрабатывающего инструмента.
При моделировании валов и зубчатых колес применяется КОМПАС-Shaft 3D. Средствами библиотеки могут быть построены модели цилиндрических, конических ступеней вала, а также ступеней, поперечным сечением которых является многогранник. Можно не только проектировать шестерни, но и рассчитывать их параметры. С помощью библиотеки создаются проточки, кольцевые пазы, лыски, канавки различной формы, прямобочные, треугольные и эвольвентные шлицы, шпоночные участки на ступенях валов.
Современные информационные технологии в образовательной деятельности 223
Созданная компьютерная модель изделия в любой момент времени может быть визуализирована на дисплее или представлена в виде изображения на твердом носителе. Поворачивая пространственную модель и рассматривая ее с различных сторон, студенты развивают пространственное мышление.
Созданные модели могут быть использованы для получения конструкторской или технической документации - например, рабочего чертежа. Ассоциативные изображения модели позволяют создавать стандартные основные виды, расположенные в проекционной связи, вид по стрелке, разрезы и сечения, местный вид, выносной элемент. При изменении формы или размеров модели трансформируется изображение на всех связанных с ней ассоциативных видах. Трехмерное моделирование можно использовать в качестве средства самостоятельной проверки студентами правильности выполнения изображений чертежа, выполненного в «Компас-График».
Таким образом, студенты осваивают различные способы получения рабочих чертежей деталей: «ручной» и автоматизированный. При автоматизации поискового конструирования графическая деятельность приближается к процессу реального моделирования.
Для «продвинутых» студентов предлагается трехмерное параметрическое моделирование в системе SolidWorks. Эта система предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве с возможностью проведения различных видов экспресс-анализа, а также конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД. Базовые трехмерные объекты создаются по плоскому эскизу Последовательное наращивание 3Б примитивов позволяет в итоге получить желаемый результат.
Система SolidWorks позволяет создавать сборки способом «снизу вверх», т.е. на основе уже имеющихся деталей, так и «сверху вниз». Проектирование сборки начинается с задания взаимного расположения деталей друг относительно друга, причем обеспечивается предварительный просмотр накладываемой пространственной связи. Для цилиндрических поверхностей могут быть заданы связи концентричности, для плоскостей - их совпадение, параллельность, перпендикулярность или угол взаимного расположения. Работая со сборкой, можно по мере необходимости создавать новые детали, определяя их размеры и расположение в пространстве относительно других элементов сборки. Наложенные связи позволяют автоматически перестраивать всю сборку при изменении параметров любой из деталей, входящих в узел. Каждая деталь обладает материальными свойствами, поэтому существует возможность контроля собираемости сборки. Для проектирования изделий, получаемых с помощью сварки, система позволяет выполнить объединение нескольких свариваемых деталей в одну.
С помощью программы SolidWorks можно увидеть будущее изделие со всех сторон в объеме и придать ему реалистичное отображение, применяя дополнительные источники освещения и регулируя характеристики
поверхности материала (отражение или поглощение им света, излучение и шероховатость поверхности).
В ходе выполнения творческого задания студенты самостоятельно решают проблемы, прогнозируют результаты и возможные последствия разных вариантов решения. Работая над конструкторскими заданиями, связанными с созданием параметрических моделей, студенты применяют экспресс-анализ с помощью модуля COSMOSXpress, Модуль позволяет проверить влияние сил, воздействующих на модель изделия, определить критические области и уровни прочности различных участков виртуальной модели изделия, установить в каких областях с излишним запасом прочности, следует удалить материал. Такая работа студентов приближается к реальному процессу проектирования. Это дает возможность студентам в дальнейшем проектировать реальные конструкции для промышленных предприятий.
Программа предоставляет возможности не только проек-
тирования изделий, но и увидеть работу устройств в динамике. Созданные модели сборочных узлов в дальнейшем используются как наглядные пособия для изучения конструкции и принципа действия устройств.
Самостоятельные работы данного типа одно из самых эффективных средств формирования творческой личности.
Список литературы:
1. Андреев В.И. «Педагогика»: учебный курс для творческого саморазвития. - 2-е изд. - Казань: Центр инновационных технологий, 2000.
2. Москалева Т.С., Севостьянова О.М. Основы компьютерного моделирования в Компас-3Б: учебное пособие. - Самара, 2008.
