1486

Основной смысловой нагрузкой при использовании проектного подхода обучения является повышение ответственности и самоорганизации участников разработки, развитие коллективного взаимодействия и приближение к реальным условиям работы творческого коллектива.

Сегодня ни одна из серьёзных инженерно-технических разработок не осуществляется без применения методов автоматизированного проектирования [1, 2] и использования коллективного участия.

В целом работа над проектом является сложным итерационным процессом с наличием многочисленных редакций разработки и использованием оптимизации при принятии конструкторских решений (рис. 2).

Рис. 2. Этапы разработки

Следует напомнить, что составными частями курсов «Основы автоматизированного проектирования», или «Основы САПР», являются:

– изучение основных положений, определений, стандартов, формулировка решаемых задач;

471

–изучение геометрического моделирования (на пользовательском уровне), приемов моделирования, особенностей с учётом возможностей инструментальных средств;

–изучение инструментальной базы САПР (пакеты различных уровней и рекомендации по их выбору);

–изучение средств поддержки САПР и собственно технической разработки («обратный инжиниринг», 3Dпрототипинг, ИЭТР).

Все указанные разделы курса в той или иной степени должны подкрепляться практическими работами. Однако не всегда в полной мере это может быть реализовано. Наиболее трудоёмкими являются формирование геометрической модели разрабатываемого изделия и выпуск чертёжной конструкторской документации, особенно в условиях модернизации или изменения их геометрических характеристик.

Практически отсутствует 3D-сканирование, и редко может быть реализована 3D-печать. Что касается разработки интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР)

ифотореалистики, то в значительной степени это определяетсязаинтересованностью исполнителей разработки.

Важным обстоятельством является то, что практическая часть работы должна складываться из целого ряда последовательности действий, а весь изучаемый курс занимает всего лишь один семестр (68 ч – лекции и практические занятия и работа студентов вне сетки расписания занятий). Правильно организовать учебный график самостоятельно в ряде случаев затруднительно. Также следует учитывать разную сложность технического задания на разработку, начиная от простейшей ситуации, когда необходимо разработать комплект рабочей конструкторской документации на несложную сборочную единицу, содержащую 5–6 деталей. В другом случае необходимо разработать конструкторскую документацию на стенд, включающий в себя несколько

472

сборочных единиц, каждая из которых содержит от 5 до 12 деталей. И при этом необходимо предусмотреть компоновочные решения и уточнить геометрические параметры отдельных сборочных единиц, входящих в состав стенда. В этом случае целесообразно использовать коллективный подход к разработке, и это важно, исходя из соображения развития коллективного взаимодействия.

Практически на начальном этапе формируется коллектив разработчиков, среди которых назначается (или выбирается) руководитель и определяются роли участников выполняемого проекта. Эти действия связаны с полученным техническим заданием, сложностью самой разработки (оценки трудоёмкости), предполагаемых редакций и их количества. Руководитель коллектива также берёт на себя обязанность по организационной структуре проекта (рис. 3) и ведению контроля выполнения этапов проекта, начиная с использования известной диаграммы Ганта или подключения возможностей системы управленияданнымиидокументооборота.

Современная система управления данными должна быть инструментом для управления, анализа и хранения данных, обеспечиваяколлективнуюработупроектной группы.

Рис. 3. Организационная структура проекта

473

После этого осуществляется выбор инструментальных средств, т.е. тех программных средств, которые целесообразно использовать в проекте. К сожалению, здесь широкого выбора нет. В то же время сегодня уже сложился определённый используемый пакет программных единиц в зависимости от направления будущей специализации, и всё же, возможно, потребуется дополнительное программное обеспечение, к чему, в частности, относится система управления данными. Как уже указывалось, к ней предъявляются особые требования: доступность, простота использования, возможность удалённого доступа по локальной сети или через интернет. Это очень важно в условиях дефицита времени и состояния заинтересованности разработчиков.

Исходные данные или техническое задание на разработку могут иметь различные формулировки. Учитывая, что в данном случае идёт речь об «Основах САПР», то в качестве объектов проекта должны быть уже существующие прототипы с определенными техническими характеристиками (серьёзным образом изменять их нецелесообразно) в виде чертежей общего вида или отдельных видов (рис. 4).

Рис. 4. Прототипы объектов проекта

474

В качестве вариационной части проекта должны прежде всего выступать геометрические характеристики изделий: это компоновочная геометрия и конструктивная геометрия (см. рис. 2).

Так, на компоновочную геометрию ложатся работы по «увязке» расположения отдельных изделий в рамках стенда, например: взаимное положение изделий и соединяющих их элементов, ограничение общих размеров, соединение (трассировка), обоснованность расположения присоединительных элементов (входных, выходных) и др.

Конструктивная геометрия несёт на своих плечах практически все известные сведения о различных соединительных элементах (фланцы, уплотнения, прокладки, штуцера, ниппели и мн. др.). Здесь существенным образом влияют на эффективность разработки имеющиеся в рабочем пакете библиотечные элементы. Тем не менее могут присутствовать и самостоятельные конструктивные решения.

Следует отметить, что в добротно сформированном (равном по уровню знаний и интересам) рабочем коллективе конструкторов проводимые работы проходят с энтузиазмом и достаточно эффективно. Но даже в этом случае виден недостаток знаний и умений в области инжиниринга и технологии. Это естественно, ведь это студенты II или III курсов. Поэтому напрашивается желание продолжить указанные работы в сотрудничестве со специальными кафедрами, т.е. перевести проектное обучение на междисциплинарный уровень.

По мнению автора, за проектным обучением будущее, и весь процесс образования должен складываться из нескольких проектов (в зависимости от направления и будущей специальности), идущих параллельно, начинающихся на I курсе и защищаемых в конце обучения.

475

Список литературы

1.Малюх В.Н. Введение в современные САПР: курс лекций. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 192 с.

2.Абросимов С.Н. Основы компьютерной графики САПР изделий машиностроения (MCAD): учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Балт. гос. техн. ун-та, 2014. – 206 с.

РАЗВИТИЕ КУРСА ИНЖЕНЕРНОЙ 3D КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В НОВОМ УЧЕБНИКЕ

А.Л. Хейфец

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск

Презентация нового учебника по инженерной 3D компьютерной графике, созданного коллективом авторов – преподавателей кафедры графики ЮУрГУ (г. Челябинск). Рассмотрено содержание учебного курса, который преподается студентам инженерных специальностей и направлений подготовки. Учебник ориентирован на AutoCAD. Он содержит многочисленные примеры и методику построения 3D-моделей машиностроительных деталей, узлов и их чертежей. В презентации основное внимание уделено примерам, расширяющим границы курса. Это оригинальные 3D-модели, элементы программирования, анимации, фотореалистичной визуализации, модели режущего инструмента, аналитические поверхности, параметризация коник и другое как примеры прикладных задач и потенциальные примеры для НИРС.

Ключевые слова: инженерная графика, компьютерная графика, 3D-моделирование.

476

THE DEVELOPMENT OF THE COURSE

ENGINEERING 3D COMPUTER GRAPHICS

IN THE NEW TEXTBOOK

A.L. Kheyfets

South Ural State University

Presentation of a new textbook on engineering 3D computer graphics created by the team of the authors of teachers in the graphics Department, South Ural state University (Chelyabinsk). Reviewed the content of the training course, which is taught by a student of engineering specialties and areas of training. The textbook is aimed at AutoCAD. It contains numerous examples and methods for constructing 3D models of machine parts and assemblies and drawings. The presentation focuses on examples that extend the boundaries of the course. This is the original 3D-models, elements of programming, animation, photorealistic rendering, model cutting tools, analytical surface parameterization Konik, etc. - as examples of applied problems and potential examples of student work.

Keywords: engineering graphics, computer graphics, 3Dmodeling .

Введение

Основной тенденцией развития графических САПР является 3D-моделирование, это находит отражение в курсе инженерной графики вузов. Преподавание 3D-технологий в разной мере ведется на многих кафедрах. С 1992 года оно развивается и на кафедре графики ЮУрГУ. По мере накопления опыта преподавания и развития графических пакетов совершенствуется методика преподавания 3D. Это нашло отражение в содержании работ [1–6].

Последней на данный момент работой творческого коллектива преподавателей кафедры стал учебник [1],

477

обобщающий весь накопленный авторами опыт преподавания 3D в учебном курсе инженерной графики. Особенностью [1] является существенное обновление материала в связи с развитием и совершенствованием пакета AutoCAD (на момент издания – версии 2015 года). Это потребовало значительной, на 50 %, переработки предыдущего издания [2]. Но главное – это дополнение содержания новыми разработками и примерами, позволяющими говорить о расширении представленного курса компьютерной графики. Объем материала [1], по сравнению с [2], увеличен на 30 %.

Учебник [1] содержит многочисленные примеры построения 3D-моделей машиностроительных деталей и узлов в AutoCAD и их чертежей. Это необходимая, пусть и рутинная, часть содержания учебника, составляющая основу курса. Наряду с этим авторы добавили оригинальные примеры 3D-моделирования, расширяющие рамки курса, включая геометрические тесты, элементы программирования, анимации, фотореалистичную визуализацию, построение моделей зубчатых передач, режущего инструмента и др.

Цель статьи – отразить новые разработки и новые элементы методики преподавания, показать примеры, расширяющиерамкикурсаинженернойкомпьютернойграфики.

Содержание и структура книги

Учебник [1] предназначен для студентов: бакалавров, магистров, специалистов инженерных специальностей вузов. Будет интересен для преподавателей и аспирантов. Содержит методические рекомендации и примеры выполнения характерных заданий курса инженерной графики на основе компьютерных методов построения чертежа по 3Dтехнологии, ряд оригинальных авторских примеров и науч- но-исследовательских разработок.

Инструментальной базой является пакет AutoCAD. Содержание заданий взято из учебных программ различных

478

специальностей, обучающихся на кафедре графики ЮУрГУ. Близкие задания применяются в большинстве вузов РФ.

Книга актуальна в связи с расширением 3Dтехнологий на рынке программных продуктов и в практической сфере деятельности, а также в связи с переходом вузов на современные образовательные стандарты (ФГОС ВО).

Работа содержит 30 глав, объединенные в 6 частей. Книга хорошо иллюстрирована, содержит более 300 рисунков, из которых половина – растровые тоновые изображения высокого качества.

2D-графика

Часть 1 (гл. 1–4) излагает основы интерфейса последних версий AutoCAD. Приведены упражнения, позволяющие быстро, за 1–2 занятия, освоить методы работы в пакете AutoCAD в объеме, необходимом для начала выполнения учебных заданий курса.

В качестве примеров, закрепляющих материал начальных занятий, приводятся упражнения на построения геометрических узоров (рис. 1, а). Это красивые узоры, популярные в период становления компьютерной графики, например, «кружево» как массив вращения геометрической фигуры. Ряд узоров призван расширить геометрический кругозор: это композиция на основе кругов Аполлония (приведен один из ее многочисленных вариантов) или узор на основе шестиугольника Паскаля.

Рассмотрена классическая 2D-технология построения чертежа и примеры на эту тему. Показано выполнение учебного задания «Плоский контур», которое выдается в качестве первого на освоение техники 2D-построений. Для «оживления» работы в это задание добавлен материал по 2Dпараметризации (из материала гл. 26, 27). Например, требуется не просто вычертить контур для освоения команд 2D-

479

построений (рис. 1, б), но присвоить его элементам геометрические зависимости, создать динамический блок с таблицей параметров, каждая строка которой приводит к качественно разнообразным вариантам контура, и представить работу как небольшое исследование (рис. 1, в).

Приведены (глава 4) примеры построения и оформления чертежа несложной детали (размеры, типы линий, формат, надписи и проч.) на основе 2D-технологии.

Рис. 1. К теме «Плоская графика»: а – геометрические узоры; б – плоский контур; в – параметризация и динамический блок контура

Основы 3D-графики

Часть 2 (гл. 5–11) рассматривает основы техники построения и редактирования трехмерных объектов.

После изучения «джентльменского набора» средств 3D-графики выполняется композиция из штатных примитивов (конус, сфера, призма), формируются ее ортогональные виды в проекционной связи (рис. 2, а). Это устанавли-

480