CC BY
25
УДК 378.016:004.92/.94:004.4
Е.А. Ваишима, кандидат педагогических наук, доцент кафедры начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики, ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет e-mail: sadovs-ekaterina@yandex.ru
В.В. Вамшим, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры технологии пищевых производств, ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет e-mail: vanshin.v@mail.ru
ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ АССОЦИАТИВНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ НА ОСНОВЕ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В статье приведена технология разработки и создания комплекта графических заданий «Сборочный чертеж. Деталирование», включающих сборочные чертежи, спецификации к ним, рабочие чертежи деталей, входящих в сборки, для практических занятий по инженерной графике для студентов технических направлений подготовки средствами компьютерной графики на основе трехмерного моделирования в системе КОМПАС-3D.
Использование в процессе обучения разработанных авторами учебно-методических изданий, содержащих комплект 2D-моделей сборок изделий (сборочных чертежей) и их 2D-моделей деталей (рабочих чертежей), ассоциативно связанных с их трехмерными моделями, построенными в системе КОМПАС-3D на базе объемного моделирования для практических занятий и лабораторных работ по дисциплине «Инженерная и компьютерная графика», преподаваемой студентам технических направлений подготовки, включение в состав учебно-методических комплексов дисциплин графического цикла способствует формированию профессиональных компетенций студентов, развитию их инженерно-технического мышления, позволяет оптимизировать учебный процесс по графическим дисциплинам.
Описанная технология создания ассоциативных чертежей может быть использована при разработке и внедрении в учебный процесс дидактических материалов в преподавании дисциплин подготовки специалистов, бакалавров, магистрантов, аспирантов, а также слушателей факультетов переподготовки и повышения квалификации.
Ключевые слова: инженерная графика, компьютерная графика, сборочный чертеж, деталирование, модель.
В настоящее время развитие производства, внедрение современных технологий создания новой продукции предъявляют высокие требования к подготовке квалифицированных специалистов, конкурентоспособных на рынке труда, компетентных, ответственных, владеющих своими профессиями и ориентирующихся в смежных областях деятельности, способных к эффективной работе по направлению подготовки на уровне мировых профессиональных стандартов, готовых к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности.
Современная концепция автоматизации проектирования и производства предполагает внедрение новых промышленных стандартов на основе комплексного использования компьютерного моделирования. Использование электронных моделей способствует ускорению процессов разработки новых образцов продукции и повышению их качества за счет снижения ошибок и увеличения расчетов [4].
Информационные технологии и компьютерное моделирование - важный фактор сохранения российского промышленного потенциала [7].
Применение современных информационных технологий, средств, методов и алгоритмов компьютерной графики в преподавании графических дис-
циплин - важное направление совершенствования традиционных методов обучения графической подготовки студентов технических направлений вузов для повышения эффективности процесса обучения, развития их познавательной и творческой деятельности, подготовки обучающихся к самостоятельной профессиональной работе [8, 9]. Все это способствует формированию профессиональных компетенций будущего квалифицированного специалиста и бакалавра, позволяющих успешно решать производственные задачи в области техники и технологий и быть устойчивым на рынке труда [10].
Для организации эффективного учебного процесса по освоению новых компьютерных технологий необходимо иметь не только самые современные программы и технические средства промышленного назначения, но и соответствующее их уровню методическое обеспечение.
Разработанный авторами комплект индивидуальных заданий в системе КОМПАС-3D (ЗАО АСКОН) предназначен для выполнения практических заданий на компьютере в этой системе для создания 2D-моделей сборок (сборочных чертежей) и их 2D-моделей деталей (рабочих чертежей), ассоциативно связанных с их трехмерными моделями, по инженерной и компьютерной графике [1, 2, 3].
В специальной литературе существует множество определений термина «модель», зависящих от научной области, подхода, глубины исследования. Согласно определению, приведенному в Большой советской энциклопедии (БСЭ), «модель - это образ (в том числе условный или мысленный - изображение, описание, схема, чертеж, график, план, карта и тому подобное) или прообраз (образец) какого-либо объекта или системы объектов («оригинала» данной модели), используемый при определенных условиях в качестве их «заместителя» или «представителя».
Компьютерные геометрические модели в системах автоматизации проектирования (САПР) подразделяют на две группы: 2D-модели (плоские, двумерные) и 3D-модели (объемные, трехмерные).
Плоское компьютерное геометрическое моделирование используется в 2D-подсистемах САПР (подсистемах инженерной графики) для разработки конструкторской документации. В этих подсистемах создание векторных геометрических моделей основано на двух способах: на построении по заданным отношениям (условиям и ограничениям) и построении с использованием преобразований.
Построение с использованием отношений заключается в том, что пользователь последовательно задает: примитив, подлежащий построению; список отношений и примитивы, к которым заданы отношения.
Построение (редактирование) с использованием преобразований состоит в том, что сначала задается преобразуемый объект, затем - преобразование (вид преобразования определяется соответствующей функцией - командой), далее следует выполнение преобразования путем аналитических расчетов и операций с векторной математической моделью.
В программном обеспечении САПР активно используются методы объемного моделирования для создания геометрических моделей проектируемых объектов. Объемная модель - это однозначное геометрическое представление изделия. Применение компьютера позволяет объединить вопросы геометрического моделирования и вычислительной геометрии.
Объемное компьютерное геометрическое моделирование - это одна из самых универсальных компьютерных технологий. Твердотельное объемное моделирование в системе КОМПАС-3D заключается в создании сплошного объемного тела сложной геометрической формы из множества более простых объемных элементов с помощью булевых операций.
Одним из важнейших инструментов систем объемного геометрического моделирования является механизм получения плоских проекционных видов
[5, 6].
Чертеж в КОМПАС-3D - это документ, состоящий из произвольного количества видов, к которым
относятся проекции, выносные разрезы, сечения или какие-либо другие изображения технических требований рамки и основной надписи, а также различных специальных обозначений: шероховатости, сварных швов, допусков, отклонений. Для каждого вида существует возможность задать собственный масштаб (например, основные проекции выполнены в масштабе уменьшения 1:2, а выносное сечение - в масштабе увеличения 2:1). Файл документа «чертеж» имеет расширение *.cdw.
Спецификация - это электронный документ, оформленный в соответствии с ГОСТ 2.106-96. Файл документа «спецификация» имеет расширение *.сpw. Объект спецификации представляет собой комплекс разнообразных сведений о каком-либо материальном объекте (детали, сборочной единице или документе)Ю включаемом в спецификацию.
Ассоциативный чертеж содержит ассоциативные виды, которые формируются в обычном чертеже КОМПАС-3D, где доступно создание таких видов, как стандартный вид, к которому относятся вид спереди, сзади, сверху, снизу, справа, слева; произвольный вид - это вид произвольной модели в произвольной ориентации; проекционный вид -вид по направлению, указанному относительно другого вида; вид по стрелке; разрез/сечение: простой; сложный ступенчатый, сложный ломаный; выносной элемент; местный вид; местный разрез.
Команды создания ассоциативных видов объединены в меню «вставка» - «вид с модели» и «вставка» - «вспомогательный вид», а пиктограммы для вызова команд - на панели «виды».
Между построенными стандартными и проекционными видами автоматически, по умолчанию, существует проекционная связь.
Все виды связаны с моделью: какие-либо изменения в модели приводят к изменению изображения в ассоциативном виде. До тех пор, пока такой вид сохраняет связь с моделью, редактирование геометрических объектов, составляющих проекцию модели, невыполнимо. Связь между видом и моделью может быть разрушена.
Для любого вида есть возможность указать, какие объекты модели не требуется отображать в нем. Это могут быть различные геометрические объекты: тела, поверхности, кривые, точки, а также созданные в модели элементы оформления: условные изображения резьбы, размеры, обозначения. Также допускается отключение отображения в виде выбранного компонента сборки, то есть всех его объектов.
Для разреза/сечения допустимо назначить «не-разрезаемые» компоненты изделия: детали или подсборки.
Один чертеж может содержать несколько ассоциативных видов, в том числе видов, изображающих разные модели.
Для удобства управления видами применяют «дерево чертежа».
Команды создания вида по стрелке, разреза/ сечения и выносного элемента запускаются автоматически, по умолчанию, после создания в чертеже соответствующих объектов оформления: стрелки взгляда, линии разреза/сечения, выносного элемента. Эти команды можно запускать вручную.
Надписи видов по стрелке, разреза/сечения и выносного элемента автоматически связываются со «своими» объектами оформления, поэтому они всегда соответствуют друг другу.
Чертежу, содержащему ассоциативные виды трехмерной модели, автоматически присваиваются атрибуты, в которых содержатся сведения о массе модели. Если при создании модели ее материал был выбран из «Справочника «Материалы и Сортаменты», то в чертеже формируется также атрибут, содержащий сведения о материале.
Последовательность действий по созданию ассоциативных чертежей 2D-моделей сборок изделий и 2D-моделей деталей, входящих в изделие, следующая.
На первом, подготовительном этапе, необходимо создать или открыть модель, ассоциативный чертеж которой строится; затем отключить отображение каких-либо объектов (компонентов, тел, поверхностей, кривых, точек) в модели, если они не должны показываться в чертеже, с помощью команды «скрыть»; далее проставить размеры и обозначения, если в чертеж планируется их передача из модели; затем выбрать ориентацию модели, наиболее подходящую для главного вида. Если выбранное положение модели невозможно установить, используя стандартные ориентации, необходимо добавить пользовательскую ориентацию, соответствующую нужному положению.
Следующим, вторым этапом является создание сборочных чертежей, а также чертежей сложных деталей в системе КОМПАС-3D с помощью команды построения произвольного вида. Если модель не сложная, для создания ее чертежа используют команду построения стандартных видов, которая позволяет сразу получить весь необходимый набор проекций, в том числе изометрическую.
Третий этап - это построение на основе стандартных или произвольных видов, созданных в чертеже, проекционных видов, разрезов, сечений, выносных элементов, местных видов и местных разрезов.
Четвертым этапом создания ассоциативных чертежей является редактирование изображения в ассоциативных видах, состоящее в настройке отображения в видах объектов (тел, поверхностей, кривых, точек), а также элементов оформления (изображений резьбы, размеров и обозначений, имеющихся в модели), в назначении «неразрезае-мых» компонентов, отключении отображения ком-
понентов, которые не должны быть показаны на чертеже.
Пятый этап - это добавление в чертеж объектов оформления: размеров, технологических обозначений, надписей и других элементов (осевых линий, обозначений центра). Перед тем как приступить к их созданию включают ассоциативность и параметризацию при вводе всех объектов. Благодаря этому размеры, технологические обозначения, осевые линии и другие объекты, введенные вручную, связаны с изображением модели и смогут «отслеживать» его изменения. При работе в параметрическом режиме автоматически накладываются связи и ограничения на такие объекты, как линия разреза/ сечения, стрелка взгляда, обозначение выносного элемента. Для удобства дальнейшей работы с чертежом создают отдельные слои для расположения объектов разных типов.
Последним, шестым этапом создания ассоциативных чертежей является компоновка видов на листе чертежа и отключение проекционных связей между видами.
Практическая значимость работы заключается в создании в системе КОМПАС-3D комплекта 2D-моделей двадцати сборок изделий (сборочных чертежей) (каждая деталь выделена своим цветом) и 2D-моделей деталей (рабочих чертежей), входящих в каждое изделие, ассоциативно связанных с их 3D-моделями, а также в разработке методических рекомендаций для студентов технического профиля к выполнению практических заданий «Сборочный чертеж. Деталирование» по инженерной и компьютерной графике.
Пример создания по приведенной выше технологии 2D-модели сборки (сборочного чертежа), ассоциативно связанной с трехмерной моделью, со спецификацией на примере изделия «Клапан предохранительный» показан на рисунке 1, где каждая деталь, входящая в состав сборки, для наглядности и ассоциативности выделена тем же цветом, что и в 3D-модели сборки. Примеры некоторых 2D-моделей (рабочих чертежей) деталей сборки изделия показаны на рисунке 2.
В разработанном авторами комплекте индивидуальных заданий приведены также технические описания устройства изделий.
Примером является техническое описание приведенного на рисунке 1 устройства изделия «Клапан предохранительный»: «Клапан предохранительный предназначен для автоматического регулирования требуемого давления пара или воздуха в трубопроводах и резервуарах. Корпус 1 ввинчивается в штуцер трубопровода или резервуара. Шток клапана 3 притертой кольцевой поверхностью соприкасается с кольцевой поверхностью корпуса 1. В крышку 2, навинченную на корпус 1, ввинчена направляющая 4 шток-клапана 3. Пружина 6 нижним торцом опирается на выступ шток-клапана 3, а на верхний
торец пружины надета опора 5. Вращением направляющей 4 через опору 5 регулируется сжатие пружины 6, то есть силы прижима шток-клапана 3 к кольцевой поверхности корпуса 1.
При повышении давления пара или воздуха пружина 6 сжимается, шток-клапан 3 поднимается
вверх, и пар или воздух выходят из трубопровода или резервуара через цилиндрическое отверстие в корпусе. Как только давление пара или воздуха в резервуаре или трубопроводе уменьшится до установленного, пружина 6 прижмет шток-клапан 3 к кольцевой поверхности корпуса 1».
1 1 1 Ввошчете Наименование Примечете
Документация
тшшмосе С боронный чертеж 1
Детали
1 мштшми Корпус ! Чугун
й мг Кршно ! Бронза
/1 г мз Шток-клапан ! Бронза
/1 4 М4 Направляющая 1 Бронза
5 М5 Опора пружины ! Стань
л в Мб Пружина I Сталь
тюотюо
«Ль,
Клапан предохрани гелшш /¿тем 1 <¡£7 1 Акт
ш и 1 • 1
огу Кагедра НГ,ИиКГ
Рисунок 1. Пример 2D-модели сборки (сборочного чертежа) «Клапан предохранительный» со спецификацией
Рисунок 2. Примеры 2D-моделей (чертежей) деталей сборки изделия «Клапан предохранительный»
Таким образом, применение разработанных авторами учебно-методических изданий, содержащих комплект 2D-моделей сборок изделий (сборочных чертежей) и их 2D-моделей деталей (рабочих чертежей), ассоциативно связанных с их 3D-моделями, построенных по приведенной выше технологии в системе КОМПАС-3D на базе объ-
емного моделирования, и включение их в состав учебно-методических комплексов дисциплин графического цикла способствует формированию профессиональных компетенций студентов, развитию их инженерно-технического мышления, позволит оптимизировать учебный процесс по графическим дисциплинам.
Литература
1. Ваншина, Е.А. 3D-моделирование сборок изделий в САПР / Ваншина Е.А. // Технические науки - от теории к практике: материалы XXI международной заочной научно-практической конференции 15 мая 2013 г. - Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. - С. 7-11.
2. Ваншина, Е.А. Построение 3D- и 2D-моделей деталей и сборки изделия для развития профессиональных компетенций студентов технических направлений / Е.А. Ваншина, В.В. Ваншин // Научный альманах. -Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком». - 2015. - № 9 (11). - С. 684-687.
3. Ваншина, Е.А. Разработка и применение дидактического материала по инженерной графике с использованием системы КОМПАС-3D / Ваншина Е.А., Гущин Л.Я. // Актуальные проблемы технических наук в России и за рубежом: сборник статей Международной научно-практической конференции. - Уфа: Аэтерна, 2014. - С. 13-17.
4. Гузненков, В.Н. Модель как ключевое понятие геометро-графической подготовки / В.Н. Гузненков, П.А. Журбенко // Alma mater (Вестник высшей школы). - 2013. - № 4. - С. 82-87.
5. Добротворский, Ю.В. Применение КОМПАС-3D в образовании / Добротворский Ю.В. // Информационно-коммуникационные технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики: сборник материалов научно-практической конференции. Ч. 2. КОМПАС-3D в образовании / отв. ред. А.А. Богуславский. - Коломна: Московский государственный областной социально-гуманитарный институт, 2010. - С. 41-46
6. Исаева, Е.С. Современные САПР и их многообразие / Исаева Е.С. // Преподавание графических дисциплин в современных условиях: сборник научных трудов 43-й Межвузовской научно-методической конференции 24 июня 2013 г. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - С. 64-71.
7. Лыткин, П.И. Применение информационных технологий в графических дисциплинах / П. И. Лыткин // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2015. - № 5-3. - С. 96-98.
8. Притыкин, Ф.Н. Об эффективности использования компьютерного 3D моделирования при изучении графических дисциплин / Ф.Н. Притыкин // Омский научный вестник. - 2010. - № 5 (91). - С. 198-200.
9. Сторожилов, А.И. Практическая реализация дисциплины «Инженерная графика» на компьютере / Сторожилов А.И. // Инновационные технологии в инженерной графике. Проблемы и перспективы: сборник материалов Международной научно-практической конференции 21 марта 2014 года. - Брест: БрГТУ 2014. - С. 65-67.
10. Федотова, Н.В. Трехмерное моделирование в преподавании графических дисциплин / Н. В. Федотова // Педагогические науки. - 2011. - № 12. - С. 68-70.
