CC BY
18
УДК 681.5.015:658.786+514.18
РОЗРОБЛЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕС1 В1ДЕОПОС1БНИК1В 3 БАЗОВИХ РОЗД1Л1В КОМП'ЮТЕРНО! ГРАФ1КИ
О.В. Чершков, проф., д.т.н., О.В. Apxinoe, доц., к.т.н., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Розглянут1 питания тдготовки ефектиених наечалъних заеданъ для освоения комп'ютерного моделюеання машинобуд1вних деталей. На ix 6a3i створено й апробовано eide-оуроки для наечання mpueuMipnozo моделюеання в середовищ1 Autodesk Inventor. Матер1али можутъ бути використат у вивченм курсу комп'ютерног графти.
Ключов1 слова: геометричне моделюеання, комп'ютерне моделюеання, навчалъний процес, Autodesk Inventor.
РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ВИДЕОПОСОБИЙ ПО БАЗОВЫМ РАЗДЕЛАМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
А.В. Черников, проф., д.т.н., А.В. Архипов, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Рассмотрены вопросы подготовки эффективных учебных заданий для освоения компьютерного моделирования машиностроительных деталей. На их базе созданы и апробированы видеоуроки для обучения трехмерному моделированию в среде Autodesk Inventor. Материалы могут быть использованы при изучении курса компьютерной графики.
Ключевые слова: геометрическое моделирование, компьютерное моделирование, учебный процесс, Autodesk Inventor.
DEVELOPMENT AND USE OF VIDEOTUTORIALS ON THE BASIC SECTIONS OF COMPUTER GRAPHICS IN THE EDUCATIONAL PROCESS
A. Chernikov, Prof., D. Sc. (Eng.), A. Arkhipov, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The questions of effective educational tasks preparation for development of computer modeling of engineering parts were considered. On their basis, video tutorials for learning 3D modeling in the Autodesk Inventor environment have been created and tested. Materials can be used during the study course of computer graphics.
Key words: geometric modeling, computer simulation, educational process, Autodesk Inventor.
Вступ
У наш час проектування у машино- та авто-мобшебудуванш характеризуется зростан-ням складносп проекпв, скороченням термь шв проектування, зменшенням кшькосп за-д1яних фах1вщв. Це стало можливим завдяки сучасним комп'ютерним технолопям, яю стали невщ'емною частиною проектування.
Подготовка сучасних фах1вщв у галуз1 шже-Hepii' також потребуе сучасних шдход1в. Навчальна л1тература вже не встигае за шви-дким розвитком програмного забезпечення, появою нових комп'ютерних програм та 36i-льшенням кшькосп i'x версш. На перше Mic-це виходять HOBi штерактивш форми навчан-ня, яю швидко оновлюються.
Анал1з публжацш
Необхщною умовою шженерно! ocbíth е на-вчання фах1вця всьому комплексу вмшь i на-вичок комп'ютерного проектування, практичного використання загальновизнаних пакета шженерно! комп'ютерно! граф1ки. Можливо-ctí, що з'явилися в останшх вершях пакета Autodesk Inventor (AI) щодо тривим1рного моделювання та оформления креслениюв за вимогами ДСТУ недостатньо вщображеш в навчальнш лггератур! та офщшних навчаль-них курсах [1, 2]. Не на bcí питания вщпов!-дають i штерактивш вщеоуроки на сайт! Autodesk. На кафедр! шженерно! та комп'ютерно! графши ХНАДУ проводяться науко-во-методичш розроблення щодо усунення ще! проблеми. За ix результатами опублшо-вано декшька навчальних пос1бник1в [3, 4]. Впровадження ix у навчальний процес показало, що застосоваш в них загальш навчальш завдання можуть бути доповнеш з метою бшьш повного висвгглення особливостей професшно! роботи в AI [5, 6].
Мета i постановка завдання
Звичайно практика проведения навчальних занять з комп'ютерно! граф1ки у ВНЗ у проце-ci вивчення нового граф1чного пакета грунту-еться на двох основних етапах:
- виконання студентами одного чи декшькох загальних навчальних завдань паралельно з викладачем, який за допомогою мультимедш-них 3aco6ÍB дае bcí необхщш пояснения;
- самостшна робота студента над шдивщуа-льними завданнями.
Саме на першому eTani студенти ознайомлю-ються з штерфейсом пакета, принципами та особливостями роботи в ньому, yciMa його можливостями. Наскшьки це вдаеться й наскшьки дшсно самостшно студенти можуть у подальшому професшно виконувати шдиш-дуальш завдання залежить вщ вщповщно! якосп подготовки викладача та засвоення студентом виконаних попередньо загальних завдань. Для студента, яю пропустили одно чи декшька занять на першому eTani вивчення граф1чного пакета, а також для тих, хто навча-еться за шдивщуальним графшом, на заочнш форм! навчання чи дистанцшно, саме вщеопос1бник, що мютить вщповщну кшь-юсть вщеоуроюв, може стати в нагод! для можливосп переходу до подальшо! самостш-но! роботи.
3bícho, розроблення вщеоуроюв потребуе не тшьки подготовки яюсних навчальних завдань, яю враховують необхщшсть максимального висвгглення р1зних аспекта застосу-вання граф1чного пакета, а також написания сценарда та тексту для кожного заняття, об-рання найбшьш прийнятного програмного забезпечення для захвату екрана, оброблення вщео та звуку.
Мета роботи - розроблення вщеопос1бника, що мютить вщеоуроки з моделювання в пакет! AI (як у класичному середовищ! триви-м!рного моделювання та за допомогою «май-стр!в проектування» AI).
Розроблення вщеопоабннка з тривим1рного моделювання в Autodesk Inventor
На початку роботи було проанал!зовано вели-ку кшьюсть машинобуд!вних кресленик!в, що наведен! в класичнш навчальн!й лггератур! з !нженерно! граф!ки [7, 8], з метою обрання моделей, як! за умови невелико! зовн!шньо! складносп потребували б застосування максимально! кщькосп можливостей та особливостей пакету AI на eTani тривим!рного моделювання деталей та для подальшого виконання !х креслениюв. Основним критер!ем для визначення остаточних BapianriB загальних навчальних завдань став кшьюсний в!дсоток студент!в, як! теля виконання цих вправ змо-гли в пакет! AI самост!йно опрацювати ¿нди-в!дуальн! завдання з деталювання кресленика загального вигляду чи наявного машинобуд!-вного вузла на достатньому профес!йному PÍbhí.
Апробац!я показала, що першим загальним завданням доц!льно обирати моделювання детал! типу «Кронштейн» (запропонована нами ран!ше [5]), яка ускладнена круговим ма-сивом глухих нар!зних otbopíb (рис. 1). Три-вим!рне моделювання «Кронштейна» викону-еться в середовищ! побудови детал! пакета AI. На цьому eTani студенти повинш серед шшо-го оволодгги:
- !нтерфейсом пакета AI;
- основними засобами тривим!рного моделювання (побудовою та редагуванням ecKÍ3ÍB та робочих елемент!в, операщями формоутво-рення);
- побудовою стандартних конструктивних елемента (ребер жорсткост!, otbopíb, hapí3íb, фасок, спряжень);
- засобами редагування модел! та побудови масив!в окремих елеменпв;
- методами параметризаций тобто навчитися за необхщност! враховувати на етат побудо-ви модел1 можлив1 змши й геометри;
- наявними можливостями щодо в1зуал1зацп моделт
Побудова наведено! модел1 потребувала ство-рення 6 вщеоуроюв (приблизно по 30 хв кожей), яш розмщет на «Файловому apxiei ХНАДУ» в матер1алах кафедрн шженерно1 та комп'ютерно! графши. Знайтн ix також можна на YouTube за наведеннмн режимами доступу (на рис. 2 наведено деяш кадри з них):
- урок 1.1. «Налаштування робочого середо-вища» (наведено приклад налаштування ште-рфейсу системи та властивостей проекту: www.youtube.com/watch?v=NMkqGJpu2x4);
- урок 1.2. «Створення системи параметр1в i базового есшзу» (показано особливоси приз-начення параметр1в користувача та прийоми роботи з есшзами: www.youtube.com/watch?
у=каг25УАЬ_и4);
- урок 1.3. «Формування цилщдричного еле-мента I припливу» (прошюстровано можливо-ст1 формоутворення, додавання р1зних елеме-нтш детали ааа.уои1иЬе.сот/аа1сЬ?я= IjNRytTrBxQ);
- урок 1.4. «Формування бобишки, ребра жо-рсткост! I ступшчастого отвору>» (наведено можливост! створення спещальних конструк-тивних елемент1в: www.youtube.com/watch? v=TFZeTYNK3Gk);
- урок 1.5. «Створення нар1зного отвору, фаски, масиву отвор1в» (проанатзовано можли-воси створення спещальних конструктивних елеменив: ааа.уоиЭиЬе.сот/ааЭсС?я= vGnd_jrbuL4);
- урок 1.6. «Виконання спряжень, накладення текстур, зазначення властивостей моделЬ» (наведено особливоси побудови спряжень I завдання атрибутов модели www.youtube.com/ watch?v=gaIkKYoDt7s).
Рис. 2. Окрем1 етапи моделювання детал1 «Кронштейн» (за матер1алами вщеоуроюв)
Вщеоуроки були вщзнят! за допомогою без-коштовно1 программ UVScreenCamera, яка дозволяе не тшьки виконувати захват екрана комп'ютера шд час роботи та записувати звук, але й вщображае на екраш натиснення кнопок Mnmi та «гарячих» клавш на клав1атург Запис виконувався безпосередньо в формат! AVI, який не редагувався теля запису.
Важливою перевагою модел1, що пропонуеть-ся, е асощативно пов'язаний з нею робочий кресленик, який студенти виконують разом з впкладачем у вщпов1диому середовишд пакета AI вщразу теля тривим1рного моделювання (див. рис. 1). Побудова кресленика «Кронштейна» (сер1я вщеоуроюв за цим завданням на даний час проходить остаточну апробацш й доопрацювання) дозволяе застосувати практично все р1зномашття можливостей граф1ч-ного пакета на етат побудови кресленика за тривим1рною моделлю та надати студентам вщповщш пояснения щодо:
- створення базового та проекцшного вид1в;
- побудови та повороту допом1жного та мю-цевого вид1в;
- виконання nepepi3y та перетишв (повного та мюцевих);
- обр1зки виду, nepepi3y чи перетину;
- оформления виносного елемента;
- редагування позначень виду, виносного елемента, nepepi3y та розтину;
- побудови осьових лшш та нанесения Bcix тип1в po3MipiB;
- позначення шорсткостей поверхонь;
- побудови аксонометрично! проекцп деталц
- вибору техшчних умов з вщповщно! б1блю-теки та заповнення основного напису.
Таким чином, виконання наведеного навчаль-ного завдання не тшьки ознайомлюе з основ-ними можливостями пакета AI на erani побудови тривим1рно1 модел1 деташ та створення ii
кресленика, але й дозволяе нагадати студентам р1зноманпта вимоги ДСТУ вщносно виконання та оформления конструкторсько! документации
Друге загальне навчальне завдання, що нами пропонуеться, - моделювання деташ типу «Вал» з подальшим створенням вщиов1дного кресленика (рис. 3). Воно дае змогу на етат тривим1рного моделювання ознайомити сту-денлв з «майстрами проектування» пакета А1, яю надають суттев1 переваги у проектуванш найбшьш поширених деталей машинобуду-вання. «Майстри проектування», доступ до яких можливий у середовишд «Складання» пакету А1, дають суттеву перевагу для моделювання вашв, шлщдв, зубчастих колю, пружин, кулачюв, пружин, рамних конструкцш.
Створення вала виконуеться в режим! «проектування» за умови завдання вщиовщних иа-раметр1в на панел1 «генератора компонента вала». У цьому випадку вал будуеться з дшя-нок цилшдрично!, котчно! чи багатогранно! форми. На кожнш дшянщ можуть бути наяв-ними т1 чи шш1 конструктивш елементи.
Обрана нами геометр1я вала (рис. 3) не прете-ндуе на функцюнальшсть, але як навчальна модель щкава великою юльюстю р1зномашт-них конструктивних елемент1в, з особливос-тями моделювання яких можуть у подальшо-му виникнути питания у студенлв. Як видно з наведеного кресленика, наша деталь типу «Вал» мае:
- цилшдричш та кошчну дтянки;
- фаски та галтелц
- зовшшннш метричний нар1з;
- проточку та канавки для виходу шшфува-льного круга;
- поперечний отв1р;
Рис. 3. Робочий кресленик деташ типу «Вал» та моделювання шлщв
- лиски тд ключ;
- пази тд призматичну та сегментну шпонки;
- прямоб!чт шлщи.
3 наведеного перелшу лише можливють по-будови паза тд сегментну шпонку не перед-бачена засобами «майстра проектування». Паз тд сегментну шпонку легко може бути дода-ний у середовищ! редагування детат з вико-ристанням просто! операцш формоутворення.
Щодо шлщв, то вони будуються за допомо-гою «генератора прямоб1чних шлщьових з'еднань» (рис. 3). У «майстрах проектування» пакета А1 передбачена також побудова евольвентних шлщ1в.
Побудова наведено! модел! лягла в основу ще двох вщеоуроюв. Перший з них розмщено в мереж! 1нтернет на «Файловому арх1в1 ХНАДУ», а також на YouTube. Режим доступу: www.youtube.com/watch?v=DEGgavi77Rc. За отриманою тривим1рною моделлю вала студенти виконують кресленик. Одночасно вони закршлюють знания та навички щодо стандарта оформления конструкторсько! документации
Висновки
Розроблеш вар1анти вщеоуроюв досить пов-но шюструють широкий д1апазон можливос-тей пакета А1 у побудов! тривим1рних моделей деталей машинобудування, дозволяють пришвидшити подготовку та тдняти профе-сшний р1вень студента техшчних спещаль-ностей. Апробащя серед защкавлених студента автомобшьного факультету ХНАДУ I семестру навчання, яю ще не вивчали комп'ютерну графшу за планом, показала, що за наявносп у студента штересу водео-уроки дозволяють самостшно осво!ти основи тривим1рного моделювання в А1 1 перейти до самостшного моделювання деталей серед-ньо! складностг
У подальшому плануеться оновлення розро-блених водеоуроюв (штерфейс р1зних версш А1 постшно змшюеться), збшьшення !х кшь-косп та формування на !х основ! водеопошб-ниюв, яю б охоплювали вс1 роздши курсу комп'ютерно! графши. Взагал! подготовка водеопошбниюв повинна стати важливим на-прямом роботи викладач1в, особливо в умовах постшного зменшення аудиторних годин 1
збшьшення часу на самостшну подготовку студента.
Лггература
1. Бунаков П.Ю. Технологии цифровых про-
тотипов: Autodesk Inventor 2010 / П.Ю. Бунаков, A.B. Стариков. - М.: ДМК Пресс, 2010. - 944 с.
2. Тремблей Т. Autodesk® Inventor® 2013 и
Inventor LT™ 2013. Основы. Официальный учебный курс [пер. с англ. Л. Талхина] / Том Тремблей. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 344 с.
3. Розробка конструкторсько! документацп в
пакет! «Autodesk Inventor» (розробка тривим1рно! модел! детал1) з курсу «Комп'ютерна графша» для студента техшчних спещальностей / О.В. Черш-ков., А.Д. Eipirn, O.B. ApxinoB, Н.М. По-дригало. - X.: ХНАДУ, 2010. - 152 с.
4. 1нструкщя до розробки конструкторсько!
документацп в пакет! «Autodesk Inventor» (методичш вказ1вки з оформления креслениюв) з курсу «Комп'ютерна графша» для студента техтчних спещальностей / О.В. Чертков., А.Д. Ei-рша, Н.М. Подригало, О.В. ApxinoB. -X.: ХНАДУ, 2012. - 200 с.
5. ApxinoB O.B. Подготовка та апробащя вдо-
сконалених навчальних завдань з комп'ютерно! графши при робот! в пакет! Autodesk Inventor / O.B. ApxinoB, G.B. Жиров // Сучасш технологи в ма-шинобудуванн! та транспорт!: науковий журнал. - 2015. - № 1 (3). - С. 16-22.
6. Чертков О. В. Впровадження сучасних
технолог!й комп'ютерного моделювання в навчальний процес ХНАДУ / О.В. 4epHÍKOB // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр. - 2016. - Вып. 73. - С. 239-244.
7. Боголюбов С.К. Инженерная графика:
учебник для средних специальных учебных заведений / С.К. Боголюбов. -3-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - 352 с.
8. Ванш В. В. 1нженерна графша / В. В. Ванш,
В.В. Перевертун, Т.М. Надкернична, Г.Г. Власюк. - К.: Видавнича група BHV, 2009. - 400 с.
Рецензент: О.Я. Híkohob, професор, д.т.н., ХНАДУ.
