249

Цели первого и второго уровней являются подцелями достижения главной цели – заключительного формирования геометромодельной компетентности на завершающем этапе – этапе проектно-конструкторской подготовки.

На уровне формирования базовой геометромодельной компетентности специалиста можно выделить также три подуровня ее сформированности: теоретическое геометрическое моделирование, техническое геометрическое моделирование и промышленный дизайн.

Первый подуровень формирования базовой геометромодельной компетентности специалиста заключается в формировании готовности и способности специалиста эффективно создавать и использовать на базе полученных знаний, умений и личных качеств формальные геометрические модели на основе современных технологий мирового уровня. Формальные геометрические модели являются целью и предметом изучения на этом подуровне.

Второй подуровень формирования базовой геометромодельной компетентности заключается в подготовке специалиста, готового и способного создавать и использовать в своей профессиональной деятельности геометрические модели инженерных объектов в репродуктивном режиме.

В последнее время при создании инженерных объектов большое значение уделяется вопросу промышленного дизайна. Дизайнерская компетентность специалиста должна формироваться на протяжении всего периода обучения. В основе работы промышленного дизайнера лежит инженерная геометрическая модель, поэтому изучение ее основ должно, на наш взгляд, начинаться с основ промышленного дизайна как третьего подуровня формирования геометромодельной компетентности. Вопросы дизайна следует рассматривать особо и системно, поэтому ограничимся пока двумя уровнями формирования базовой геометромодельной компетентности.

Сформулировав главную цель базовой геометромодельной подготовки и подцелей уровней ее сформированности, можно переходить к проектированию структуры и содержания геометромодельной подготовки и т.д.

Именно опираясь на главную цель, можно понять, что нам нужно: единый курс, комплекс дисциплин, цели которых ориентированы на достижение главной цели, или что-то еще. Только на этом этапе можно говорить о том, нужна ли нам начертательная геометрия, если да – то в каком формате и т.д.

За скобками данной статьи остались анализ компетенций проектноконструкторской деятельности и геометрического моделирования, их структурирование, ЗУВ, CAD\CAM\CAE-технологии, PLM-системы и их влияние на формирование последующих компонент компетентностной модели подготовки специалистов в области геометрического моделирования применительно к разработанной цели базовой геометромодельной подготовки.

101

elib.pstu.ru

КОРРЕКТИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КУРСА ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРОННОЙ ФОРМЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ

В 2006 и 2008 гг. были реализованы изменения ряда стандартов ЕСКД [1, 2], пересмотрен ряд базовых стандартов [3, 4, 5], разработаны новые стандарты

[6, 7, 8 и др.].

Область действия системы ЕСКД с проектирования распространена на все стадии жизненного цикла изделия, а назначение системы дополнено применением современных методов и средств на всех стадиях жизненного цикла изделия, возможностью создания и ведения единой информационной базы, возможностью гармонизации стандартов ЕСКД с международными стандартами (ИСО, МЭК) в области конструкторской документации и возможностью информационного обеспечения поддержки жизненного цикла изделия [1]. Виды КД, разрабатываемые на изделие, дополнены четырьмя новыми документами. Это электронная модель детали, электронная модель сборочной единицы, электронная структура изделия и ведомость электронных документов [2].

Установлено, что конструкторские документы могут быть выполнены в бумажной и (или) электронной формах, причем в электронной форме конструкторской документации, которые могут быть как геометрической моделью, так и чертежом. Установлено, что геометрическая модель или чертеж – равноправные документы при представлении геометрических свойств проектируемого изделия.

Это не может не вызвать изменений в содержание графо-геометрической подготовки. О том, что эти изменения уже актуальны, говорит и то, что в ФГОСах третьего поколения место курса «Начертательная геометрия. Инженерная графика» заняли разные другие дисциплины, например:

а) «Начертательная геометрия и инженерная графика» (базовой части профессионального цикла) + «Компьютерная графика» (вариативной части математического, естественнонаучного и общетехнического цикла) для направления подготовки бакалавров 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»;

102

elib.pstu.ru

б) «Инженерная графика» (базовой части профессионального цикла) для направления подготовки бакалавров 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»;

в) «Компьютерная графика» (вариативной части математического, естественнонаучного и общетехнического цикла) для направления подготовки бакалавров направления 120700 «Землеустройство и кадастры») и другие.

По всем направлениям произошло уменьшение числа аудиторных часов на дисциплины графо-геометрической подготовки. Для направления 241000 из названия дисциплины убрана «Начертательная геометрия», а для направления 120700 графическая дисциплина вообще не прописана в базовой части. И это при том, что всего два года назад студенты, обучающиеся по этому направлению, изучали начертательную геометрию и инженерную графику в том же объеме, что и другие студенты технического вуза.

Верится в то, что разработчики ФГОСов учли тенденции мирового опыта технически передовых стран. Безусловно, геометрическое моделирование открывает новые горизонты возможностей проектирования, в том числе наглядности представления геометрических характеристик, и не имеет никаких недостатков, за исключением непривычности на первых порах для того, кто всю жизнь чертил карандашом на бумаге по правилам проекционного черчения или учил этому.

Вместе с тем чертеж, наряду с геометрической моделью, определен конструкторским документом не только для бумажной, но и для электронной формы, и с этим нельзя не считаться. Это обусловливает и предполагает совместное существование в обозримом будущем модели и чертежа.

Каковы же особенности такого сосуществования и на каких принципах оно должно строиться?

1.В основе получения геометрической модели и (или) чертежа лежит использование объектно-ориентированных программ (ACAD, КОМПАС и другие).

2.Модель первична, чертеж вторичен (принципиальную возможность построения модели по проекциям отнесем к зигзагам истории).

Из этого следует, что обучение построению чертежа становится анахронизмом. Можно привести много примеров, когда чертеж в конструкторской документации становится не только не нужным, но и неуместным (например, технология изготовления зубных протезов методом фрезерования на металлорежущих станках, получение электронных карт путем сканирования поверхности земли с самолета и др.). Вместе с тем без понимания содержания чертежа, умения его прочитать студент, в случае необходимости, не сможет определить, какие изображения необходимы в данном случае для того, чтобы задать их построение компьютерной программе.

103

elib.pstu.ru

Здесь считаем целесообразным привести аналогию с национальным языком общения: Не все люди, пользующиеся книгами, написали хотя бы одну свою книгу. Не всем нужно быть писателями, но читателем – желательно, хотя бывает, что и это не жизненно необходимое умение. При этом обучение русскому языку в школе включает, в том числе, написание сочинений.

Аналогично уметь строить чертеж не обязательно, надо уметь его читать, причем не только геометрическую информацию, но и текстовую, а также информацию в виде условных обозначений с учетом того, что часть конструкторских документов содержит условности (представление ребер жесткости в продольном разрезе и др.), упрощения и другую наглядную информацию, помимо геометрической, являющейся объектом начертательной геометрии. Аналогично написанию сочинений при обучении русскому языку желательно уметь построить привычный для нас проекционный чертеж.

Вместе с тем надо ли уметь находить линии пересечения поверхности, линии среза и т.п., определять линейные и угловые размеры, строить развертки? Тем более что правилами черчения предусмотрено упрощенное изображение линий пересечения. Компьютерная программа выполнит все эти операции быстро и абсолютно точно.

Определение видимости методом конкурирующих точек вообще не имеет аналогов в реальной жизни. Мы просто не обращаем внимания на то, чего не видим. При попытке попросить студентов самостоятельно разработать алгоритм определения видимости на примере конкурирующих точек первой реакцией обычно бывает недоумение по поводу того, о чем идет речь. И это при том, что при выполнении простых заданий видимость обычно определяется правильно на интуитивном уровне. На прикладном уровне возможность этого заложена даже в САПР низкого или легкого уровня.

Команда «ЗАКРУГЛИТЬ» делает не обязательным умение определять центр сопряжения и точки сопряжения, тем более что эти точки не имеют никакого отношения к технологии изготовления изделий по таким чертежам.

Становятся ненужными знания на уровне запоминания содержания стандартов ЕСКД форматов, масштабов, линий, шрифтов, изображения штриховки. Все эти знания, например, заложены в настройках программы «Компас». И знания эти обретаются постепенно в процессе использования программы. Умение компоновки чертежа на листе перестает быть критичным. В случае неудачного расположения на листе изображений можно без труда переместить их или выбрать другой масштаб или формат листа, добавить новый лист и т.п.

В условиях компьютерной графики становится бессмысленным выполнение практических заданий по теме «Аксонометрия». При работе в САПР можно использовать произвольное, дающее наиболее полное представление о геометрии предмета положение, а кроме того, число этих положений может быть любым, а с учетом аксонометрических и перспективных изображений – число та-

104

elib.pstu.ru

ких вариантов еще больше. Причем на изменение изображения требуются буквально мгновения. Существование стандартных аксонометрий оправдано только с позиций использования для их построения циркуля и тем, что деление на 2 двух-, трехзначных чисел обычно грамотный человек делает в уме. С позиций пользы для дела (проектирования) с использованием САПР это – анахронизм.

Аналогично по отношению к теме сечение. Применение команды «Разрезсечение» в программе «Компас» позволяет изменять положение секущей плоскости и после перестроения увидеть измененное сечение. Еще более эффектно эта команда работает в программе Inventor. При плавном изменении положения секущей плоскости происходит плавное изменение вида, разреза или сечения, того или другого по желанию.

После многочасового обучения у сильных студентов уходит до 45 минут на ручное построение сечения. Слабые студенты с такой задачей могут не справиться и после нескольких попыток. И что в результате? Закрепление одной и той же фиксированной процедуры: провести линии связи, нанести базы отсчета, многократно измерить отклонение от базы, отложить измеренное отклонение от базы. Способствует ли овладение этой процедурой изучению геометрических свойств предметов? Насколько важно это знание и умение и в составе какой компетенции будущего бакалавра, специалиста, магистра?

Автор статьи в свое время вручную на арифмометре «Феликс», а затем на калькуляторе рассчитывал среднеквадратичное отклонение, корреляционную функцию, напряжения методом конечных элементов. Но тогда не было компьютеров, а те, которые начали появляться, выполняли эту работу не только не быстрее, а даже медленнее с учетом сбоев и времени на походы в ВЦ, да и доступ к ЭВМ был довольно ограничен.

Не правильнее ли построение наклонных сечений (третьих видов) выполнять на инструментах современности (делегировать эту рутинную работу компьютерной программе). Вначале на простых тестах (например, конуса), а потом и в процессе учебного и реального проектирования?

На что, по мнению автора, основывающемся на очень кратком (однолетнем) опыте преподавания в условиях действия ФГОС третьего поколения, нужно обратить внимание обучаемого?

Еще раз акцентируем внимание на то, что геометрическая модель должна стать основным объектом изучения и, соответственно, преподавания, и основное время должно уделяться именно ей. Необходимо ознакомление с ее основными геометрическими, физическими, кинематическими, прочностными и другими свойствами и классификацией поверхностей, применением этих поверхностей в технике. Эти свойства объективно связаны с поверхностями, а не с их проекциями. Здесь надо изучить кинематический метод образования поверхности, определители поверхности, анализ и синтез сложных поверхностей. Не упустить то, что в средствах тяжелого САПР определяющее значение имеет правильный выбор образующей и направляющей.

105

elib.pstu.ru

Применительно к чертежу:

1.Ознакомление с элементами начертательной геометрии – аппарат проецирования и прямые и плоскости общего и частного положения. Цель этого – чтение комплексного чертежа. Контроль знаний по правильности реконструирования простых оригиналов по их изображениям.

2.Изучение ГОСТ 2.305 для того, чтобы понимать, к какой команде компьютерной программы нужно обратиться для построения необходимого вида, разреза, сечения и какие они вообще бывают. При изучении проекционного черчения не занимать время сложными построениями. Сложные чертежи достаточно научиться читать. Компьютер выполнит их гораздо быстрее и безошибочно. Контроль знаний можно проводить путем нахождения проекций точек, нанесенных на поверхностях на одной проекции или деталированием простых деталей с построением всех имеющихся на чертеже их проекций. Здесь же можно рассмотреть изображение проекций поверхностей при проецировании их ребер и контуров на плоскость.

3.Изучить (возможно, на уровне ознакомления) упрощения, условности, символику чертежа, вообще информацию, которую несет чертеж помимо геометрической информации (правила нанесения размеров, допусков, шероховатостей, термообработки и др.). Тем более что всю эту информацию необходимо наносить и при использовании в качестве основного документа геометрической модели. «Весь текст (требования, обозначения и указания) должен быть определен в одной или более плоскости обозначений и указаний (ПОУ)».

4.Научить выполнять эскизы. Более удачного задания для этого, чем проверенные временем вентили и краны, наверное, пока еще не придумано. Эскиз

вкомпьютерной графике, которая пришла к нам с Запада, – это не ошибка перевода. Именно эскизированием можно разработать новую конструкцию. Перечерчиванием по размерам можно научить перечерчивать готовое, но это обрекает на положение догоняющего, и это в лучшем случае.

5.Изучить правила оформления сборочного чертежа, формирования спецификации и электронной структуры изделия, причем с учетом возможностей, предоставляемых в этой части программами САПР («Компас»).

6.Изучить стадии разработки конструкторской документации.

Уавтора нет опыта преподавания графических дисциплин сразу на компьютере по причине ограниченности доступа к компьютерному классу. Было бы полезным шире освещать и распространять накопленный опыт в этом направлении преподавателей-новаторов. Начинать обучение инженерной графике сразу на компьютере – это веление времени, тем более что даже эскизы согласно ГОСТ 2.125 могут быть выполнены на компьютере.

При преподавании компьютерной графики на протяжении первого года работы по новым стандартам автор использовал уроки, содержащиеся в «Помощи» «Компаса», и нашел их очень удачными, автор этих уроков заслуживает быть известным тому, кто пользуется результатом его труда, а не быть «безымянным». Эти уроки значительно расширились в 13-й версии «Компаса».

106

elib.pstu.ru

Повторимся, что задачей статьи ставился поиск направления развития учебной дисциплины «Инженерная графика» с учетом изменений, произошедших в ФГОСах и ГОСТах в 2006–2011 гг. Предложения по совершенствованию носят скорее временный характер, так как магистральный путь – это геометрическое моделирование в составе ИПИ-технологий.

Список литературы

1.ГОСТ 2.001–93 ЕСКД. Общие положения (с изменением № 1).

2.ГОСТ 2.102–68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов (с изменением № 8).

3.ГОСТ 2.104–2006 ЕСКД. Основные надписи.

4.ГОСТ 2.125–2008 ЕСКД. Правила выполнения эскизных конструкторских документов. Общие положения.

5.ГОСТ 2.305–2008 ЕСКД. Изображения – виды, разрезы, сечения.

6.ГОСТ 2.051–2006 ЕСКД. Электронные документы. Общие положения.

7.ГОСТ 2.052–2006 ЕСКД. Электронная модель изделия. Общие положе-

ния.

8.ГОСТ 2.053–2006 ЕСКД. Электронная структура изделия. Общие поло-

жения.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗ БУМАГИ В ПОМОЩЬ БУДУЩЕМУ КОНСТРУКТОРУ

Тихонов-Бугров Дмитрий Евгеньевич

При создании новой техники естественным является желание «потрогать руками» конструктивный вариант изделия или его модели, воочию убедиться в его работоспособности, достоинствах и недостатках. В данном случае и 3D-моделирование спасает далеко не всегда.

107

elib.pstu.ru

Изготовление опытного образца, как правило, требует больших временных и материальных ресурсов. Тут на помощь конструктору может прийти технология моделирования из бумаги. В процессе такого моделирования приобретаются многие профессиональные компетенции, выходящие, в частности, за рамки стандартного курса «Инженерная графика».

Предлагаемая технология обеспечивает хорошие механические характеристики модели, сохранение формы геометрических примитивов, являющихся составными частями модели.

Рассмотрим особенности технологии на примере манипулятора ЗФУ, конструкция которого сформировалась при изучении курса инженерной графики и курса «Устройство».

Захватно-фиксирующее устройство 1 (ЗФУ-1) и захватно-фиксирующее устройство 2 (ЗФУ-2) предназначены для манипуляторов автоматических устройств наземного базирования (для разминирования, работ в опасных химических средах), подводных устройств, космических роботов для исследования поверхностей планет или для доставки (возвращения) неуправляемых отработавших космических аппаратов.

ЗФУ-1, 2 может использоваться в различных вариантах (количество и форма удерживающих лап) и размерах. При миниатюризации ЗФУ-1, 2 возможно их применение для исследования и проведения ремонтных работ в трубопроводах и других труднодоступных местах. На основе ЗФУ-1, 2, при наличии соответствующей ответной части возможно создание стыковочного узла.

В состав ЗФУ-1 входят:

•пластина (к которой крепятся осевые держатели рабочих органов);

•осевые держатели (4 шт.);

•удерживающие лапы (4 шт.);

•силовой распределитель;

•толкатель.

Промежуточные положения рабочих органов ЗФУ-1 показаны на рис. 1, а. ЗФУ-1 с ответной стыковочной частью в закрепленном положении (вариант негерметичного стыковочного узла) представлен на рис. 1, б. Промежуточные положения рабочих органов ЗФУ-2 приведены на рис. 1, в.

Особенности технологии моделирования:

•Используется бумага соответствующей плотности (как правило, не менее 80 г/м2). Учитывается направление волокон.

•Для обеспечения жесткости опорных плоскостей в качестве прослойки применяется гофрокартон.

•Ребра жесткости граней в удерживающих лапах формируются за счет скрученной в трубку бумаги с последующим расплющиванием для сохранения допустимой прочности. В ряде случаев необходимая прочность достигается приклеиванием дополнительных слоев бумаги.

108

elib.pstu.ru

•Жесткость цилиндрических поверхностей обеспечивается местным усилением жесткости конструкции, двойным дном и распорными цилиндрами меньшего диаметра.

•Обязательно применение шаблонов, обеспечивающих точность и «стандартность» создаваемых повторяющихся деталей (развертки цилиндров, удерживающих лап и осевых держателей).

•Набор пуансонов обеспечивает равномерное распределение нагрузки по поверхности цилиндров и клеевым швам при склейке.

•Разные марки клеев обеспечивают необходимые скорости высыхания клеевых швов и соответствующую прочность.

•Учитываются допуски и посадки для обеспечения точности, необходимых условий контакта и взаимодействия поверхностей геометрических примитивов.

•В качестве осей подбирается металлическая проволока с соответствующими механическими характеристиками.

На рис. 2 представлены модели, разработанные по предложенной технологии. Данная технология обеспечила подвижность захватывающих элементов и управление ими, с приемлемым запасом прочности ЗФУ-1, 2.

Рисунки к докладу

а

б

в

Рис. 1. Захватно-фиксирующие устройства

109

elib.pstu.ru