Концепция организации и выполнения итоговой проектной работы по инженерно-графическим дисциплинам в технических ВУЗах

Сулина Ольга Владимировна кандидат технических наук доцент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» 248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, 2 Sulina Olga Vladimirovna PhD in Technical Science Associate Professor, Department of "Engineering Graphics", Bauman Moscow State Technical University (National Research University) 248000, Russia, g. Kaluga, ul. Bazhenova, 2 o.v.sulina@yandex.ru

Сломинская Елена Николаевна кандидат технических наук доцент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» 248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, 2 Slominskaya Elena Nikolaevna PhD in Technical Science Associate Professor, Department of "Engineering Graphics", Bauman Moscow State Technical University (National Research University) 248000, Russia, g. Kaluga, ul. Bazhenova, 2 slominskaya_elena@mail.ru

Введение

В настоящее время в связи с внедрением многоуровневой структуры образования в технических вузах сократилось практически в два раза количество учебных часов на изучение комплекса инженерно-графических общепрофессиональных дисциплин. Вследствие этого появилась необходимость перехода на более интенсивное обучение без сокращения направлений деятельности студентов и изучаемых разделов дисциплин «Начертательная геометрия», «Инженерная графика» и «Компьютерная графика», а также интеграции учебного процесса, эффективно сочетающей традиции и инновации обучения.

Актуальными задачами научной и учебно-методической организации образовательного процесса являются: создание условий для изучения студентами младших курсов основ проектно-конструкторской деятельности с помощью многофункциональных «тяжелых» MCAD-систем с учетом тенденции развития и внедрения информационных технологий и систем автоматизированного проектирования в производстве и образовании, а также совершенствование содержания домашних заданий и лабораторных работ для различных специальностей и направлений в контексте обеспечения междисциплинарной направленности обучения в соответствии с предъявляемыми действующими Федеральными государственными стандартами высшего образования компетенциями к обучающимся (ФГОС ВО).

В настоящей работе вышеперечисленные цели и задачи были реализованы в рамках итоговой работы по инженерно-графическим дисциплинам для студентов конструкторско-механических специальностей и направлений в КФ ФГБОУ ВО МГТУ имени Н.Э. Баумана (НИУ). Итоговой была выбрана работа по созданию проекта изделия. На основе проведенного анализа содержания смежных общепрофессиональных и специальных дисциплин был создан электронный банк индивидуальных заданий, дифференцированных для различных направлений подготовки и специальностей. Индивидуальное задание содержит состав, содержание и требования к проектной работе; рабочие чертежи оригинальных деталей, описание, состав, назначение и порядок сборки изделия. На рис.1 приведен пример индивидуального задания для направления подготовки бакалавров «Энергетическое машиностроение»: «Гидропресс ручной для запрессовки и распрессовки подшипников и втулок на валы и в посадочные отверстия». На выполнение работы в программе отведено 24 академических часа, которые включают в себя следующие виды учебной работы: практические занятия, лабораторные работы и самостоятельная работа студентов. Методика организации проведения практических и лабораторных занятий была разработана на основе исследований ^[1-9] в области активного и проблемно-ориентированного обучения в техническом ВУЗе в соответствии с требованиями действующих ФГОС ВО. На первом вводном занятии по данной работе проводиться обзорная лекция, на которой рассматривается классификация, комплектность, назначение и виды конструкторских документов на изделие, выполняется обзор нормативно-технической документации, предлагаются список обязательной и дополнительной литературы (ГОСТы ЕСКД, справочники, методические пособия и учебники) для выполнения проекта и подготовки к итоговым контрольным мероприятиям. Далее студенты выполняют лабораторные работы: «Создание сборок с закреплениями и соединениями» и «Создание ассоциативного сборочного чертежа и спецификации» в CAD-системе Creo Parametric. Эта программа является частью многофункционального комплекса конструирования изделий CAD/CAM/CAE-системы PTC Creo, имеет прямой доступ в систему поддержки жизненного цикла изделия Windchill PDMLink. Данная система благодаря своей многофункциональности и востребованности на предприятиях (внедрена в производственный процесс на многих ведущих предприятиях Калужской области) позволяет на основе компьютерного проектирования эффективно решать обучающимся различные учебные, проектно-технологические и конструкторские задачи в специальных дисциплинах и в будущей профессиональной деятельности.

На лабораторной работе «Создание сборок с закреплениями и соединениями» студенты изучают процесс создания моделей сборки с закреплениями и сборки с соединениями по заданным моделям деталей, создают разнесенные состояния сборок, симулируют движение компонентов в сборке с соединениями, обнаруживают и настраивают параметры столкновения компонентов. На лабораторной работе «Создание ассоциативного сборочного чертежа и спецификации» обучающиеся постигают процесс создания и оформления сборочных чертежей и составления спецификации.

Рис. 1. Индивидуальное задание «Гидропресс ручной».

Далее в рамках самостоятельной работы студент выполняет подготовительный этап разработки проекта - анализ индивидуального задания. Студент изучает назначение, устройство, принцип работы, основные параметры и состав изделия. Затем по чертежам оригинальных деталей обучающиеся создают трехмерные модели деталей в системе Creo Parametric в следующей последовательности:

1. Определяют формы и размеры детали, конструктивные и технологические элементы, сопрягаемые и свободные поверхности; определяют технологию изготовления детали (вид заготовки и метод ее получения, основные операции механической обработки и их последовательность, установочные базы детали).

2. Создают документ «Деталь» с использованием шаблона mmkg_part_solid, который позволяет создавать модели согласно ГОСТ 2.052-2006 ЕСКД. «Электронная модель изделия» ^[10]. Создают метаданные модели детали: обозначение, наименование, материал.

3. Планируют последовательность построения модели на основе декомпозиции ее элементов и определяют необходимые инструменты для ее создания, опираясь на возможности использования библиотечных элементов и создания подобных групп конструктивных элементов.

4. Строят основные конструктивные элементы вытягивания, вращения, протяжек по траектории и сопряжения сечений, создают отверстия, оболочки и уклоны.

5. Создают группы подобных элементов с помощью копирования, создания массивов и зеркального отражения элементов.

6. Выполняют отделку модели с помощью фасок и скруглений.

Далее проводится практическое занятие, целью которого является консультация обучающихся по выполненной и дальнейшей работе над проектом и текущий контроль самостоятельной работы студентов. В начале занятия обучающиеся разбиваются на пары и проводят взаимный контроль и оценку созданных моделей деталей изделий по предложенным критериям (табл. 1), затем приглашаются студенты для консультации и оценки работы студента и оппонента.

Таблица 1. Оценка моделей.

На рис. 2 приведены трехмерные модели оригинальных деталей изделия «Гидропресс ручной». Выполнение представленного элемента работы позволяет обучающимся приобрести навыки создания эскизов с закреплениями геометрических объектов, создания опорных элементов и поэлементного моделирования деталей, преподавателям - проконтролировать и развить у обучающихся умение читать чертежи и создавать трехмерные модели деталей.

Рис. 2. Трехмерные модели оригинальных деталей изделия «Гидропресс ручной».

Затем обучающиеся в рамках самостоятельной работы создают модель сборки изделия в следующей последовательности:

1. Определяют базовый компонент сборки и создают макет последовательности сборки изделия (учебный аналог технологической схемы сборки).

2. Создают документ «Сборка» с использованием шаблона mmkg_asm_design, который содержит стандартные опорные элементы (плоскости и оси координат), единицы измерения (миллиметр/килограмм/секунда) и стандартные именованные виды. Создают метаданные модели сборки: обозначение, наименование.

3. Устанавливают базовый компонент сборки, выровняв внутренние системы координат компонента и сборки, в начало координат сборки («по умолчанию»).

4. Добавляют созданные модели деталей; стандартные и нормализованные детали из модуля библиотеки. Каждый компонент ориентируют относительно других компонентов и опорных элементов сборки, создавая закрепления с помощью наложения ограничений («совпадающий», «параллельно» и др.) и подвижные соединения («ползун», «штифт» и др.) компонентов.

5. Выполняют автоматический анализ глобальных пересечений и зазоров, анализ движений компонентов сборки, вносят необходимые исправления в закрепления или геометрию моделей.

6. Создают презентационный вид модели сборки с помощью опции фотореалистичного рендеринга (назначают фактуру и рельефность различных поверхностей моделей деталей сборки (например, с различными видами механической обработки), освещение, точность, трассировку и др.). На рис. 3. представлено изображение после рендеринга модели сборки изделия «Гидропресс ручной».

7. Создают разнесенный вид, анимацию процесса сборки-разборки изделия. На рис. 4. представлено изображение разнесенного состояния сборки с линиями разнесения и указанием последовательности сборки изделия «Гидропресс ручной».

Далее проводится групповая консультация, на которой обучающиеся представляют выполненную часть проекта, студенты обсуждают с одногруппниками и преподавателем целесообразность выбранных закреплений компонентов в сборках, правильность их взаимного расположения; варианты анимации и рендеринга моделей сборок. Преподаватель является направляющим консультантом и помогает выработать наиболее рациональные решения поставленных задач. Выполнение представленного элемента работы позволяет обучающимся приобрести навыки создания моделей сборок, само- и взаимоконтроля геометрии моделей сборок, опыт создания технического дизайна изделия, а преподавателям – оценить уровень освоения обучающимися CAD- системы Creo Parametric и степень использования функционала программы в процессе работы над проектом.

Рис. 3. Трехмерная модель сборки изделия «Гидропресс ручной».

Рис. 4. Изображение разнесенного состояния сборки изделия «Гидропресс ручной».

Затем студенты в рамках самостоятельной работы создают ассоциативный сборочный чертеж и спецификацию изделия в следующей последовательности:

1. Выбирают необходимые изображения (виды. разрезы, сечения), масштаб изображений, формат чертежа.

2. Создают документ «Чертеж» по модели сборки c использованием шаблона формата, например A2_FORMAT_GENERIC.FRM, который содержит линии границ формата и основную надпись.

3. Добавляют ассоциативные виды и создают необходимые разрезы и сечения, проставляют необходимые размеры и выполняют надписи на чертеже.

4. Составляют спецификацию на изделие с использованием шаблона спецификации SPECIFICATION.FRM по ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы» ^[11]. Проставляют номера позиций на сборочном чертеже. На рис. 5. представлен сборочный ассоциативный чертеж и спецификация на изделие «Гидропресс ручной».

Рис. 5. Сборочный чертеж и спецификация на изделие «Гидропресс ручной».

Далее проводится практическое занятие, на котором преподаватель выполняет итоговую проверку проектов, студенты выполняют контрольную работу для оценки знаний, умений и навыков по темам: «Сборочный чертеж. Спецификация», «Создание трехмерных моделей сборок в системах САПР», «Создание ассоциативных чертежей и спецификации в системах САПР». Обучающиеся подготавливают рефераты и сообщения на выбранные темы, носящие исследовательский или поисковый характер, например, «Выбор оптимальной стратегии моделирования корпуса», «Сравнительный анализ инструментов создания сборок в различных CAD-системах». Проект оформляется в электронном виде в формате презентации. На защиту приглашаются преподаватели со смежных и выпускающих кафедр.

Заключение

Выполнение предложенного проекта позволит студентам приобрести необходимые для дальнейшей учебной и профессиональной деятельности знания, умения и навыки разработки проектной конструкторской документации в системе САПР, отвечающие современным требованиям ФГОС ВО. Реализация предложенной организация учебного процесса, по мнению авторов, обеспечит интенсификацию и активизацию процесса обучения по инженерно – графическим дисциплинам, создаст благоприятные условия для формирования творческого профессионально-ориентированного мышления у обучающихся.