Информационные технологии в преподавании графических дисциплин

А.В. Кузовкин

В статье рассмотрены основные предпосылки перехода преподавания графических дисциплин на новый уровень с использованием современных графических пакетов и средств моделирования промышленных объектов

Современное развитие производства, темпы модернизации и выпуска новой продукции предъявляют новые, достаточно жесткие требования к срокам и качеству конструкторской документации и технологической подготовке производства. За последнее двадцатилетие в труде конструктора, технолога и проектировщика произошли кардинальные изменения. Основным инструментом в их работе стали не кульман, калькулятор и набор справочников, а персональное информационное рабочее место, включающее в себя компьютер с набором специализированного программного обеспечения. Сейчас можно с полной ответственностью сказать, что проектирование, и в частности в области машиностроения, - это союз инженерной работы и искусства. Ведь провести четкую грань между наукой в ее современном представлении, инновационным производством и обществом нельзя. Функциональные свойства изделий, их дизайн играют не меньшую, а может быть и большую роль, чем их технологическое конструирование и техническая реализация.

Все вышесказанное заставляет по новому подходить к преподаванию основ конструкторских навыков для студентов, меняя традиционные способы изучения графических дисциплин.

Как правило, к первоначальным навыкам конструкторской деятельности относят графику, состоящую из двух взаимосвязанных разделов: начертательной геометрии и черчения (машиностроительного, строительного, приборостроительного и т.п.). Причем именно в том порядке, в котором мы указали, а не наоборот. При этом задачей начертательной геометрии является анализ свойств геометрических объектов в трехмерном евклидовом пространстве, когда исходные данные представлены в виде двух или трех независимых проекций.

Задачей черчения, в данной статье остановимся на машиностроительном черчении, является подготовка графического документа, содержащего изображение изделия и другие данные, необходимые для его однозначного представления, изготовления и контроля. Изображения строятся на основе правил и алгоритмов, изученных в разделах начертательной геометрии и являющихся общими для построения любых чертежей. Кроме того, основой построения чертежей являются государственные стандарты (ГОСТ), регламентирующие правила и приемы отображения графической информации. В Российской Федерации все государственные стандарты данного типа сведены в Единую систему конструкторской документации (ЕСКД). Таким образом, можно говорить о черчении как о наборе приемов и алгоритмов по построению изображений и подготовке технической документации. Следовательно, если есть унифицированные правила (ГОСТы), есть алгоритмы решения задачи построения изображений и есть средства для реализации этих алгоритмов (вычислительная техника), то возникает реальная возможность появления области знаний, которая получила название "Система автоматизированного проектирования" (САПР).

Под САПР следует понимать программный продукт, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и технологической документации и объемного моделирования (в иностранной литературе используют понятие, которое прижилось и у нас - 3D модель). Часто понятие САПР заменяют аббревиатурой CAD (от англ. Computer-Aided Design), дословно "машинное проектирование". Развитие САПР привело к тому, что они представляют собой не только чертежный инструмент, но и используются совместно с системами автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE (от англ. Computer-aided engineering, "автоматизированная разработка") и системами автоматизированной создания управляющих программ обработки деталей для станков с ЧПУ (числовое программное управление) или ГАПС (гибких автоматизированных производственных систем) CAM (от англ. Computer-aided manufacturing, "автоматизированное производство"). Следовательно, можно говорить о сквозном проектировании детали или изделия, при котором по созданному чертежу проводится конструкторский и инженерный анализ и корректировка и создание технологических условий для их производства.

Т.о. проектирование, в современных условиях, - это процесс принятия последовательных решений, результатом которых является создание на базе имеющихся ресурсов продукции, удовлетворяющих запросам потребителей. А процесс проектирования представляет собой стратегию систематического решения производственной проблемы с налагаемыми критериями и ограничениями, позволяющую получить набор возможных вариантов решения. В ходе реализации процесса проектирования набор возможных решений постепенно сужается до одного.

На настоящий момент САПР - это сложный взаимосвязанный программный продукт, состоящий из нескольких компонентов:

- математическое обеспечение САПР - математические модели, методики и способы их получения;

- лингвистическое обеспечение САПР;

- техническое обеспечение САПР - устройства ввода, обработки и вывода данных, средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных;

- информационное обеспечение САПР - информационная база САПР, автоматизированные банки данных, системы управления базами данных (СУБД);

- программное обеспечение САПР;

- методическое обеспечение;

- организационное обеспечение.

Современный рынок САПР достаточно широк и многообразен. На нем представлены как отечественные, так и зарубежные программные продукты. Однако следует отметить, что универсальной САПР, подходящей для всех сфер деятельности человека не существует. Поэтому актуален вопрос выбора САПР для внедрения и эксплуатации на каждом конкретном предприятии. К основным вопросам, решаемым при выборе САПР можно отнести следующие:

- распространенность САПР;

- цена САПР, её сопровождение разработчиком и возможность модификации;

- широта охвата задач проектирования;

- удобство работы в САПР, её "дружественность" и "осваимость";

- наличие библиотек стандартных решений, возможность их пополнения и модернизации;

- возможность и простота стыковки с другими САПР;

- возможность реализации коллективной работы над проектами.

Представленные положения и возросшие требования промышленных предприятий к выпускникам ВУЗов заставляют изменить подход к подготовке кадров высшей квалификации и как следствие к преподаванию графических дисциплин в высших учебных заведениях. Необходимо проводить корректировку программ изучения разделов курса черчения, вводя новые направления, посвященные изучению принципов работы в современных САПР. При реализации этого подхода наблюдается две основные проблемы, которые требуют незамедлительного решения:

1. Высокая стоимость САПР, делающая их недоступными для приобретения ВУЗами.

2. Высокие требования, предъявляемые пакетами программ к системным характеристикам компьютеров, на которые устанавливаются автоматизированные рабочие места.

Испытывая заинтересованность в продвижении своих программных продуктов на информационном рынке, ведущие отечественные (Аскон, Топ Системы) и зарубежные (Autodesk и их российский партнер CSoft) разработчики САПР предлагают специальные учебные версии своих программ, "облегченные" варианты и различные варианты бесплатного и условно-бесплатного программного обеспечения. При этом подчеркивается, что такой подход позволяет студентам и преподавателям использовать практически все возможности "полновесных" аналогов. Основным условиям работы с такими программами является их некоммерческое использование.

ВГТУ имеет положительный опыт сотрудничества с такими производителями. В частности, часть специальностей машиностроительного профиля в рамках курса "Машиностроительное черчение" осваивают такие известные программные продукты как AutoCAD и Компас, используя в дальнейшем полученные знания при курсовом проектировании по дисциплине "Детали машин". Ярким примером полезности такого подхода является прошедшая 8-ая ежегодная областная олимпиада по графическим наукам. Команда студентов ВГТУ в очередной раз уверенно завоевала первое место среди 5 команд ведущих ВУЗов г. Воронежа.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.09