Проблема качества графической подготовки студентов в техническом вуз
..pdfРЕШЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ПУТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ SIEMENS NX
С.В. Асекритова, В.А. Морозов
Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П.А. Соловьева, Рыбинск
В рамках исследовательской и самостоятельной работы студентов разработана стратегия развития аэропортового комплекса регионального уровня на этапе компьютерногомоделированияегомакета. ЭлектронныймакетспроектированвсредеSiemens NX.
Ключевые слова: самостоятельная работа студентов, электронный макет, моделирование в среде Siemens NX.
SOLVING OF APPLIED PROBLEMS BY MODELING
IN SIEMENS NX ENVIRONMENT
S.V. Asekritova, V.A. Morozov
Rybinsk State Aviatin Technical University, Rybinsk
In terms of research and independent work of students developed a strategy for the development of the airport complex at the regional level at the stage of computer simulation of its layout. E-the layout is designed in Siemens NX environment.
Keywords: independent work of students, electronic layout, modelled in the Siemens NX environment.
Конструкторская и технологическая подготовка в вузе будущих специалистов, владеющих современными технологиями в области проектирования, начинается с первого года обучения на этапе графического образования. Разнообразие систем автоматизированного проектирования, предлагаемых российскими и зарубежными компаниями для учебных заведений, дает возможность студентам познакомиться с наиболее интересными графическими редакторами.
Компьютерное моделирование, безусловно, помогает учащимся справляться с решением задач разного уровня сложности, особенно тем, чья графическая подготовка оставляет желать лучшего. В то же время федеральные государственные образовательные стандарты обязуют преподавателей графики формировать у студентов такие общекультурные компетенции, как способность к обобщенному анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения. К счастью преподавателя, даже на младших курсах всегда находятся инициа-
161
тивные и мыслящие студенты, которые способны справиться с более серьезной задачей прикладного характера. Например, на первом курсе – разработать электронный макет модульного терминала локального аэропорта.
При разработке проекта модульного терминала локального аэропорта использовались компьютерные технологии проектирования системы автоматизированного проектирования NX компании Siemens Industry Software [1]. Система NX занимает ведущее место среди трехмерных систем автоматизированного проектирования и производства для предприятий аэрокосмической, автомобильной промышленности, машиностроения, а также производителей высокотехнологической продукции, потребительских товаров и специального оборудования.
Предсказать сценарий развития маленького провинциального аэродрома с одной взлетной полосой до полноценного аэропорта, способного принимать регулярные рейсы и обладающего всеми необходимыми ресурсами для обслуживания пассажиров, крайне трудно. Ожидая рост инвестиционной привлекательности региона в целом, тем не менее, мы не можем моментально вложить средства в развитие одного инфраструктурного объекта даже при условии временно возрастающего пассажиропотока [2, 3].
Вначале своего функционирования аэропорт не так загружен,
имы не можем точно сказать, когда и в каком масштабе предстоит проводить расширение терминала или строительство нового. Проектирование развития среды становится более существенной задачей по отношению к проектированию конечного комплекса.
Для постепенного проектирования аэропорта был создан электронный 3D-макет в масштабе 1:100 с необходимыми упрощениями, достаточными для того, чтобы составить общее представление о проектируемом терминальном комплексе, расположении его элементов и их связях друг с другом (рис. 1, а).
Модель терминального комплекса включает в себя расширяемое модульное трехэтажное здание с подъездными путями и резервными площадками. Сюда также входят элементы сопровождения – модели самолетов и автомобилей.
162
Рис. 1. Электронный макет терминального комплекса аэропорта, установленный на демонстрационном столе (а),
и планировка территории аэропорта (б)
Электронный макет терминального комплекса состоит из нескольких групп сборочных единиц:
–план территории;
–модули терминала;
–телескопические трапы;
–самолеты и автомобили.
Каждая сборочная единица, в свою очередь, состоит из набора деталей. Таким образом, электронный макет комплекса представляет собой сборку из множества подсборок, которые состоят из отдельных электронных геометрических моделей (ЭМД). Для этих целей в Siemens NX существуют приложения «Моделирование» и «Сборка».
Первый основной элемент сборки – планировка территории [4, 5]. На нем запланированы зоны для размещения модулей здания и площадки, места стоянки самолетов. Файл создан при помощи опции «Эскиз» в приложении «Моделирование» Siemens NX (рис. 1, б).
а |
б |
Рис. 2. Электронная модель сборочной единицы «модуль – А» (а); добавление компонента «эскалатор» в сборку «модуль – А» (б)
163
Вторая группа элементов – модули здания. При визуализации данного модуля использованы дополнительные настройки источников света и настройки истинной закраски (рис. 2, а). На начальном этапе работы аэропорта построены и задействованы лишь один конструкционный модуль терминала (модуль – А) и одна пара телескопических трапов, которые являются третьей группой элементов. Метод сопряжения по концентрическим окружностям (сопряжение по общей оси вращения) деталей позволяет располагать и поворачивать телетрапы так, как это необходимо для той или иной модели самолета, которая будет размещена на площадке.
В свою очередь, сборочная единица «телескопический трап» состоит из своего набора деталей. Создавалась сборка как методом «снизу – вверх», так и методом «сверху – вниз» [6].
Если предстоит установить дополнительную систему подъемниковэскалаторов в модуль, то нужно заменить конкретные детали межэтажных перекрытий и добавить компонент «эскалатор» в сборку (рис. 2, б).
Последняя группа элементов – модели самолетов и автомобилей
(рис. 3, а).
а |
б |
Рис. 3. Электронные модели сопровождения (а); наращивание мощностей и площадей аэропорта с помощью готовых модулей (б)
Они размещаются независимо друг от друга по эскизу планировки территории.
Электронная геометрическая модель сборочной единицы «самолет» [7] состоит из электронных геометрических моделей: корпуса, шасси, иллюминаторов, лобового стекла, окраски.
Подобным образом создавалась электронная модель сборочной единицы «автомобиль».
164
Всоответствии с идеей развития аэропорта в начале его создания на макете размещается первая очередь терминала по следующей иерархии добавления частей:
– позиционирование плана территории;
– размещение стационарных модулей терминала;
– установка динамических модулей терминала (телескопические трапы);
– подстановка динамических объектов (самолеты, автотранспорт). Проект терминального комплекса аэропорта предполагает сценарий расширения, и процедура вставки этих четырех групп деталей повторяется. Рис. 3, а демонстрирует динамику наращивания мощностей аэропорта и территориальных площадей по мере его развития. Модуль-
ная система проектирования позволяет унифицировать этот процесс.
Врезультате разработан план развития терминального комплекса аэропорта на этапе создания компьютерной модели его макета (рис. 4).
Рис. 4. Электронный макет терминального комплекса аэропорта
Представление конструкции из большого количества деталей в сборке облегчает задачу визуализации всего узла, понимания взаимосвязей между его элементами, позволяет преждевременно вносить редакцию в те или иные детали и следить за тем, как изменяется конструкция.
Чтобы выпускники вузов могли обладать такими профессиональными компетенциями, как способность и готовность использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области, необходимо всячески стимулировать и поощрять заинтересованность учащихся, предлагая им разнообразные формы работы, ставя перед ними конкретные задачи, желательно прикладного характера.
165
Список литературы
1.Практическое использование NX. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 332 с.
2.Взгляд изнутри: сутки в аэропорту Майами [Электронный ре-
сурс]. – URL: https: //www.youtube.com/watch?v = KLbOZvhCBVE (дата обращения: 21.02.2016).
3.Пекинский аэропорт. Китайцы творят чудеса [Электронный ре-
сурс]. – URL: https: //www.youtube.com/watch?v = 1d6A_VGbyd8 (дата обращения: 19.02.2016).
4.Домодедово. Московский аэропорт [Электронный ресурс]. – URL: http://www.domodedovo.ru/ru/main/themap/airportmap.html (дата обращения: 19.02.2016).
5.Sydney Airport. T1 and T2 Arrivals Departures map. – URL: http:// www.sydneyairport.com.au/find/airport-maps.aspx (дата обращения: 19.02.2016).
6.Лабораторная работа № 6. Создание сборки. Оформление сборочного чертежа / сост. С.В. Асекритова; РГАТУ им. П.А. Соловьева. – Рыбинск, 2013.
7.Шульженко М.Н. Конструкция самолетов. – 3-е изд., перераб.
идоп. – М.: Машиностроение, 1971. – 416 с.
166
КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ПОДХОД К ПРЕПОДАВАНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»
С.В. Асекритова, В.А. Токарев, Ю.П. Шевелев
Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П.А. Соловьева, Рыбинск
Рассмотрены особенности практики преподавания дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» на кафедре графики РГАТУ имени П.А. Соловьева на основе компетентностного подхода. Сделан акцент на комплексном использовании традиционных методов решения инженерно-графических задач с помощью чертежных инструментов и методов современных информационных технологий.
Ключевые слова: компетенция, компетентность, практика преподавания, начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика, САПР.
COMPETENCE APPROACH IN TEACHING “DESCRIPTIVE GEOMETRY. ENGINEERING AND COMPUTER GRAPHICS”
S.V. Asekritova, V.A. Tokarev,
Yu.P. Shevelev
Rybinsk State Aviatiоn Technical University, Rybinsk
In the article the features of the practice of teaching of discipline “Descriptive Geometry. Engineering and Computer Graphics” at the Department of Graphic Art of RGTU named after P.A. Solovyov on the basis of competence approach. The emphasis is on integrated use of traditional methods to solve engineering graphics problems using drawing tools and methods of modern information technology.
Keywords: competence, competency, practice teaching, descriptive geometry, engineering and computer graphics, CAD.
В последнее десятилетие наблюдается резкая переориентация оценки результата образования с понятий «подготовленность», «образованность», «общая культура», «воспитанность» на понятия «компетенция», «компетентность» студентов. Так, в пятом разделе федеральных государственных образовательных стандартах высшего образования 3+ (ФГОС ВО 3+) регламентируются требования, по которым «в результате освоения программы бакалавриата у выпускника должны быть сформированы общекультурные, общепрофессиональные и профессиональные компетенции».
167
Компетенция (от лат. competentio, соmpeto – добиваюсь, соответствую, подхожу) – это личная способность специалиста решать определенный класс профессиональных задач. Поэтому сегодня принято считать, что «компетенция» выступает в качестве основополагающего понятия модернизации содержания образования, так как объединяет в себе интеллектуальную и навыковую составляющие результата образования, интегрирует знания, умения и навыки [1].
Если проанализировать ФГОС ВО 3+ в части инженерно-гра- фической подготовки специалистов уровня бакалавриата для промышленных предприятий, то можно обобщенно выделить три профессиональные компетенции. Во-первых, выпускник должен «обладать способностью применять методы графического представления объектов профессиональной деятельности, например, объектов машиностроения, схем и систем». Во-вторых, выпускник должен «обладать способностью представлять техническую документацию в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации». И, наконец, в-третьих, выпускник должен «обладать умением использовать стандартные средства автоматизации проектирования при проектировании деталей и узлов объектов профессиональной деятельности в соответствии с техническими заданиями».
Необходимые знания и опыт для приобретения вышеперечисленных компетенций студенты получают в процессе графической подготовки, осваивая дисциплины «Начертательная геометрия», «Инженерная графика» и «Компьютерная графика».
В настоящее время с широким внедрением во все сферы человеческой деятельности современных информационных технологий принципиально расширена процедура по созданию, передаче, применению и корректировке графических данных при проектировании, изготовлении и поддержке жизненного цикла изделия. Такой подход к преподаванию графических дисциплин с успехом реализуется на кафедре графики РГАТУ им. П.А. Соловьева (рис. 1) [2]. Как следует из рис. 1, особое внимание при изучении дисциплины уделяется компьютерной графике, которая пронизывает весь учебный процесс освоения дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика».
Цель изучения раздела «Начертательная геометрия» дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» состоит в том, чтобы развить у студентов пространственное воображение,
168
Рис. 1. Структура образовательного процесса по дисциплине «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика»
умение представить реальные объекты на основе двухмерных изображений на плоскости и одновременно научить студентов решать позиционные и метрические задачи.
В начертательной геометрии пользуются, главным образом, кинематическим способом образования поверхностей. Основным методом начертательной геометрии является метод ортогонального проецирования объекта, как правило, на две взаимно перпендикулярные плоскости проекций. Изображения в этих плоскостях носят название «комплексный чертеж».
Решение задачи на построение линии пересечения двух поверхностей (сфера и конус вращения) представляет собой довольно трудоемкий процесс (рис. 2, а). Задача решается способом вспомогательных секущих плоскостей частного положения, который заключается в последовательном пересечении поверхностей горизонтальными плоскостями уровня Г. Плоскости Σ и λ используются для нахождения особых точек линии пересечения.
169
Рис. 2. Пересечение поверхностей: а – комплексный чертеж;
б– трехмерная геометрическая модель; в – модель, вид спереди;
г– модель, вид сверху
Очевидны недостатки визуализации и точности построения искомой линии пересечения двух поверхностей, в частности, особых точек. Визуальное восприятие поверхностей затруднительно, некоторые линии каркаса конкурируют между собой.
На кафедре графики для углубления и закрепления получаемых знаний при изучении теоретических основ начертательной геометрии по построению изображений используются методы компьютерной графики (см. рис. 1). С этой целью практически с первых занятий студенты начинают осваивать использование простых команд графических редакторов САПР для создания трехмерных электронных моделей геометрических объектов.
Чтобы построить параметризованную модель, им достаточно научиться задавать координатные плоскости, в них размещаются поверхности, которые созданы с помощью типовых элементов формы «Цилиндр», «Конус», «Сфера», «Блок». Эти элементы можно обрезать, объединять, пересекать. Студенты учатся создавать модели также на основе
170