Главная страница >  Даты 

Об одном педагогическом эксперименте в преподавании начертательной геометрии и инженерной графики

В традиционном подходе к преподаванию дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная графика» («НГ.ИГ») основным источником информации об изучаемом или проектируемом объекте служат чертежи (ортогональные и аксонометрические проекции), необходимые и достаточные для мысленного воспроизведения его формы и положения в пространстве.

Об одном педагогическом эксперименте в преподавании начертательной геометрии и инженерной графики

Необходимость радикальных преобразований в преподавании инженерных дисциплин отмечается и в работе [2]: «...использование прикладных информационных технологий это не простая замена традиционного кульмана на «электронный». Это по существу смена парадигмы и производства и образования, связанная с системной интеграцией производственных и информационных технологий, переходом от чертежа и других бумажных конструкторских и технологических документов к электронным документам, использованию моделей разных процессов жизненного цикла изделий».

Внедрение компьютерных технологий трехмерного моделирования в учебный процесс инженерных ВУЗов требует переосмысления сложившихся традиций, так как наиболее полным, точным и наглядным источником информации об объекте становится его 3D-модель (электронный макет), с использованием которой может быть оформлена, при необходимости, конструкторская документация на электронных или бумажных носителях. Нельзя не согласиться с позицией авторов работы [1]: «Примерная программа дисциплины «НГ.ИГ», обобщая многолетний опыт, отражает устаревшую методологию инженерной деятельности, поскольку в то время не было возможности обобщить, концептуально осмыслить и обоснованно спрогнозировать последствия развития компьютерных технологий».

Уже на ранних стадиях такого превращения были созданы и реализованы «безбумажные» проекты в наукоемких отраслях зарубежного машиностроения. Так, корпорация «Боинг» создала лайнер Боинг 777 без единого бумажного чертежа и при снижении расходов на 20%, используя CAD\CAM\CAE CATIA, а 50 инженеров фирмы «Локхид-Мартин» спроектировали (с помощью той же САПР) самолет-невидимку «Дарк Стар» всего за 9 месяцев и без применения натурного макетирования.

При разработке новой методологии преподавания «НГ.ИГ» следует учитывать еще и то обстоятельство, что развитие программно-аппаратных средств автоматизированного проектирования и подготовки производства идет по пути постепенного превращения их в комплексную имитационную среду – виртуальную инженерию [3].

Для получения электронного макета детали конструктор либо использует заранее созданный эскиз на бумажном носителе (при проектировании «от деталей к сборке»), либо просто вычленяет модель детали из электронного макета сборки (при проектировании «от сборки к деталям»). На этом этапе работы конструктору достаточно иметь самое общее представление об основных положениях «НГ.ИГ».

Перед преподавателями начертательной геометрии и инженерной графики вырисовывается, откровенно говоря, неутешительная перспектива оказаться безработными в не столь уж отдаленном будущем, когда полномасштабная виртуальная инженерия станет объективной реальностью. Уже при современном уровне развития компьютерных технологий «сфера влияния» инженерной графики, и тем более начертательной геометрии, на процессы автоматизированного проектирования и подготовки производства существенно сужается. В этом нетрудно убедиться при рассмотрении представленных на рис.1 двух вариантов автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства деталей, изготавливаемых, к примеру, механообработкой.

По варианту 1 (изготовление детали на станках с ЧПУ) конструкторская подготовка производства могла бы на этом и закончиться, если бы не неизбежные в ходе работы над проектом изменения конструкции детали, обусловленные требованиями технологичности, ремонтопригодности, эксплуатационной надежности и пр.

Рис. 1

Рис. 2

По варианту 2 (изготовление детали на универсальных станках) требуется оформление как технологической, так и конструкторской документации на бумажных носителях. Если учесть, что в станочном парке отечественной промышленности значительную долю (по разным оценкам от 70 до 80 процентов) составляют универсальные станки, то преподаватели «НГ.ИГ» в российских ВУЗах еще долгие годы не останутся без работы, но при этом им придется осваивать особенности новой методологии проектирования, глубоко интегрированной с непрерывно совершенствующимися компьютерными технологиями. Одной из таких особенностей, в частности, может стать переход от привычных плоских чертежей (рис.2) к фотореалистическим изображениям объемной модели проектируемого изделия (рис.3), получившим не самое удачное название «трехмерные чертежи».

Начиная с 2006/2007 учебного года, на кафедре инженерной графики ВВИА имени Н.Е.Жуковского в одном из учебных отделений проводится педагогический эксперимент с перераспределением учебного времени между основными разделами дисциплины «НГ.ИГ». Согласно новому (экспериментальному) тематическому плану примерно 80% от всех графических работ, в том числе лабораторных и курсовой, курсанты выполняют на компьютерах, причем одна, меньшая, часть этих работ проводится в режиме точных построений 3D-моделей, а другая, большая часть – в режиме эскизного (концептуального) проектирования, в наибольшей степени способствующем развитию творческих возможностей обучаемых.

Новая методология проектирования требует и новой методологии преподавания начертательной геометрии и инженерной графики.

При неизменном бюджете учебного времени (112 часов), выделяемого на изучение «НГ.ИГ», в новом тематическом плане предусмотрено значительное сокращение часов, отводимых на изучение начертательной геометрии и выполнение эскизов и чертежей за механическим кульманом (рис.4).

Рис. 3

Из раздела «Начертательная геометрия» исключены темы «Прямая и плоскость в ортогональных проекциях» и «Способы преобразования проекций», а сам этот раздел, получивший наименование «Начертательная геометрия – теоретическая основа инженерной графики», акцентирован на более детальное рассмотрение таких геометрических форм, как кривые линии, многогранные и кривые поверхности, для чего на кафедре созданы экранные пособия «Многогранники» и «Кривые линии и поверхности».

Рис. 4

Выполняя задание на проекционное черчение, курсанты осваивают способы построения треьей проекции по двум заданным, а также получают навыки создания разрезов и сечений в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД (рис.5).

По новому тематическому плану обучаемые работают за механическим кульманом только при выполнении трех графических работ: «Проекционное черчение», «Построение эскизов и чертежей деталей» и «Деталирование».

Типовые натурные детали, используемые для построения эскизов без применения чертежных инструментов на клетчатой бумаге представлены на рис.6.

Рис. 5

По созданным эскизам обучаемые разрабатывают на листах ватмана рабочий чертеж детали №1 и диаметрическую проекцию детали № В результате выполнения данного задания курсанты приобретают знания, необходимые для грамотного построения и оформления эскизов и чертежей деталей машиностроительного профиля:

Рис. 6

- по рациональному выбору масштаба изображения;

- по определению достаточного числа чертежных видов и их расположению;

- по определению и обозначению шероховатости поверхностей;

- по измерительным базам и правилам нанесения линейных и угловых размеров;

- по правилам заполнения основной надписи на эскизах и чертежах и др.

- по графическому и буквенно-цифровому обозначению марок материалов;

Рис. 7

Образцы выполнения эскизов и чертежей типовых натурных деталей приведены на рис.7...1 Следует подчеркнуть, что данное задание, как показывает опыт, представляет довольно значительные трудности для курсантов, особенно для тех из них, кто не занимался черчением в средней школе.

Рис. 9

Рис. 8

Работа за механическим кульманом завершается выполнением задания на деталирование, в ходе которого курсанты получают особенно важные для инженера-эксплуатационника навыки чтения чертежей общего вида и сборочных (рис.11) и создания по ним рабочих чертежей деталей (рис.12).

Рис. 10

Рис. 12

Рис. 11

При проведении ЛР №1 (рис.13) и ЛР №2 (рис.14), выполняемых в режиме точных построений (в режиме конструирования), курсанты, руководствуясь соответствующими пошаговыми инструкциями, создают модели деталей ПЕРЕХОДНИК и КОРПУС и оформляют конструкторскую документацию – чертежи этих деталей.

По новому тематическому плану раздел «Основы САПР и компьютерной инженерной графики» включает в себя 10 лабораторных и одну курсовую работу, выполняемых в компьютерном классе кафедры с использованием CAD-модуля системы ADEM 7.1, разработанной российской компанией Omega ADEM Technologies Ltd. Для проведения лабораторных работ (ЛР) на кафедре подготовлено и издано учебное пособие [4], содержащее необходимые методические указания и рекомендации, а также пошаговые инструкции и алгоритмы построения и редактирования 3D-моделей.

Рис. 14

Рис. 13

ЛР № 4 (Рис.16) проводится, как и все последующие, в режиме эскизного проектирования с целью продемонстрировать возможности получения объемных моделей по их трем или двум заранее созданным проекциям.

В ЛР №3 (Рис.15) обучаемые получают навыки построения параметрических моделей и чертежей и создают фрагмент сборочной единицы ФИЛЬТР способом «от деталей к сборке».

Рис. 15

Выполняя ЛР №5 (рис.17), ЛР №6 (Рис.18) и ЛР №7 (Рис.19), курсанты овладевают приемами твердотельного моделирования деталей ТРУБОПРОВОД, ПАТРУБОК и ЛОПАТКА ТУРБИННАЯ, которые имеют более сложные пространственные формы, чем тела, создаваемые простыми операциями «Смещение» и «Вращение». В ЛР №7 кроме того демонстрируются способы редактирования модели по дереву ее построений.

Рис. 17

Рис. 16

Рис. 19

Рис. 18

Рис. 20

В ЛР №8 (Рис.20) применяется гибридное (поверхностно-твердотельное) моделирование для построения модели КОЛПАК, представляющей собой фигуру двойной кривизны.

Рис. 21

ЛР №9 (Рис.21) – моделирование ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРЫ – предназначена для самоконтроля обучаемых (в ее описании дан лишь список используемых операций).

Рис. 22

ЛР №10 (Рис.22) – моделирование сборочной конструкции УСКОРИТЕЛЬ УП-24 способом «от сборки к деталям» – завершает лабораторный цикл. По созданной модели курсанты оформляют соответствующую конструкторскую документацию – сборочный чертеж и спецификацию.

Образцы выполнения курсовой работы Рис. 23

Логическим завершением изучения дисциплины «НГ.ИГ» по новому тематическому плану является курсовая работа на тему «Автоматизированное проектирование изделий машиностроения», для успешного выполнения которой обучаемые должны использовать весь комплекс приобретенных знаний, умений и навыков – чтения эскизов и чертежей общего вида, построения по ним моделей сборочных конструкций способом «сверху – вниз» и создания чертежей входящих в их состав узлов и деталей. Образец 3D-модели, построенной в результате выполнения типового задания на курсовую работу представлен на рис.23.

В ходе проведения педагогического эксперимента осуществляется строгий контроль успеваемости обучаемых: они должны получить три зачета с оценкой по результатам выполнения эскизов и чертежей за механическим кульманом, лабораторного цикла и курсовой работы.

Созданная модель дополняется комплектом конструкторской документации – сборочным чертежом, спецификацией и чертежами всех деталей, входящих в состав сборки.

ЛИТЕРАТУРА

Критические замечания и пожелания по повышению качества преподавания начертательной геометрии и инженерной графики просьба направлять по электронной почте: lev210734@yandex.ru.

Юрин В.Н. Компьютерный инжиниринг и инженерное образование. М.: Эдиториал УРСС, 2002.

Якунин В.И., Горшков Г.Ф. Инженерное геометрическое образование, которое мы можем потерять. Сборник трудов, посвященный 65-летию кафедры «Системное моделирование и Инженерная графика», Москва, «МАТИ» – РГТУ, 2005.

Каманин Л.Н. Компьютерное моделирование изделий машиностроения и автоматизированная разработка конструкторской документации. М.: ВВИА имени Н.Е.Жуковского, 200 Каманин Л.Н. 2007 год Статья предоставлена автором Компьютерная обработка AVV

Кунву Ли. Основы САПР CAD/ CAM/ CAE. – СПб.: Питер, 2004.





Далее:
«Хочу лично убедиться в том, что Земля круглая!».
Полеты, которых не было.
Таинственный полет «Атлантиса».
Июнь 1967.
Сентябрь 1967.
Август 1963.
Январь 1968.
Апрель 1968.
Июль 1968.


Главная страница >  Даты