Рус Eng За 365 дней одобрено статей: 2308,   статей на доработке: 290 отклонено статей: 914 
Библиотека
Статьи и журналы | Тарифы | Оплата | Ваш профиль


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
Аннотация. Статья посвящена вопросу научной и учебно-методической организации образовательного процесса по инженерно-графическим дисциплинам в технических ВУЗах на примере выполнения итоговой работы по созданию проекта изделия в MCAD-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. В рамках итоговой работы студенты изучают назначение, устройство, принцип работы, основные параметры и состав изделия, по чертежам оригинальных деталей обучающиеся создают трехмерные модели оригинальных деталей, создают модель сборки изделия, разнесенный вид и анимацию процесса сборки-разборки изделия, презентационный вид модели сборки с помощью опции фотореалистичного рендеринга, ассоциативный сборочный чертеж и спецификацию изделия, защищают проект на итоговом практическом занятии. Авторами был создан электронный банк индивидуальных заданий на основе проведенного анализа содержания смежных общепрофессиональных и специальных дисциплин, дифференцированных для различных направлений подготовки и специальностей. Разработана и опробована методика активного и проблемно-ориентированного обучения для проведения учебных занятий по изучению основ проектно-конструкторской и технологической деятельности с помощью современных многофункциональных MCAD-систем на младших курсах и формирования профессионально-ориентированного мышления у обучающихся. В работе проиллюстрирована реализация возможности активизации и интенсификации процесса обучения 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 в контексте обеспечения междисциплинарной направленности обучения в соответствии с предъявляемыми действующими Федеральными государственными стандартами высшего образования (ФГОС ВО) компетенциями к обучающимся.
Ключевые слова: компьютерная графика, трехмерная модель, Creo Parametric, Windchill PDMLink, САПР, ассоциативный сборочный чертеж, учебный процесс, итоговая работа, инженерно-графическая дисциплина, бакалавр
DOI: 10.25136/2306-4196.2017.3.23326
Дата направления в редакцию: 14-06-2017

Дата публикации: 23-06-2017

Abstract. The article is devoted to the topical issues regarding scientific and methodological elements in the education process organization in the sphere of engineering and graphic disciplines in the technical higher education schools. The article uses an example of a final project for the product design in the Creo Parametric MCAD-system. This program is a part of the multifunctional product construction system CAD/CAM/CAE within the PTC Creo system. It has direct access into the vital cycle support system Windchill PDMLink. Within the framework of their final project the student study the purpose, construction, working principles, key parameters and elements of a product, based upon the original detail layout the students study 3D models of original details, form the assembling model, spaced view,  animated process of assembly or dismantling of the product. They provide presentation view for the model using the option of photo-realistic rendering, provide associative assembly drawing and product specification, then they present their projects in the final practical class.  The authors have formed an electronic bank of individual assignments based upon the analysis of the general and specific cross-disciplines, which are differentiated for various specializations. The authors have developed and tested the method for active and task-oriented studies in order to hold classes in project construction and technological activities involving multifunctional MCAD-systems in the early years of their education, as well as to from professional thinking models among the students. The article illustrates the possibilities for more active and intensive education process taking into account the development tendencies, as well as involvement of information technologies and automatic design systems in the industry and education alike. It also allows to improve the quality of homework and lab assignments within the context of interdisciplinary studies competence guarantees in accordance with the Federal State Education Standards for Higher Education for the students.

Keywords: bachelor, engineering and graphic discipline, final assignment, study process, associated assembly drawing, CAD, Windchill PDMLink, Creo Parametric, 3D model, computer graphics

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.

Критерий оценки модели

Модель 1...

соответствие модели чертежу детали (ошибки указать)

соответствие стратегии построения модели технологическому процессу изготовления детали

оптимальность способов создания конструктивных элементов, например, с точки зрения времени конструирования или количества применяемых инструментов

наличие внешних эскизов и опорных элементов

применение высокоэффективных инструментов проектирования (массивов и т.д.)

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.

Библиография
1.
Бордовская Н.В. (ред.) Современные образовательные технологии: учебное пособие. Москва: КНОРУС, 2010. 432с.
2.
Циулина М.В. Современные образовательные технологии: учебное пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГГПУ, 2016. 227 с.
3.
Екимова В.И., Лещенко С.Г., Кирсанов В.М. Педагогика профессионального образования: проблемы и перспективы развития в условиях реформы. Москва: ООО «БУКИ ВЕДИ», 2013. 150 с.
4.
Матяш Н.В. Инновационные педагогические технологии. Проектное обучение [Текст]: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования. 3-е изд., стер. Москва: Издат. центр «Академия», 2014. 160 с.
5.
Носова, Л. С. Информационные технологии в управлении образованием [Текст]: учеб.-метод. Пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГГПУ, 2016. 145 с.
6.
Зайцев В.С. Педагогические технологии [Текст]: элективный курс для подготовки бакалавров и магистров: в 2 кн. Кн. 1. Челябинск: ЧГПУ, 2012. 424 с.
7.
Tsvetkov V. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(5), № 3. P. 147-152.
8.
Ozhereleva T. А. Systematics for information units // European Researcher, 2014. Vol. (86). № 11/1. P. 1894-1900.
9.
Тымченко Е. В. Структуризация информационных образовательных ресурсов // Электронный сетевой научно-методический журнал «Управление образованием: теория и практика», 2014. №3. С.181-188.
10.
ГОСТ 2.052-2006. Электронная модель изделия. Москва: Изд-во стандартов, 2006. 11 с.
11.
ГОСТ 2.106-96. Текстовые документы. Москва: Изд-во стандартов, 1996. 39 с.
References (transliterated)
1.
Bordovskaya N.V. (red.) Sovremennye obrazovatel'nye tekhnologii: uchebnoe posobie. Moskva: KNORUS, 2010. 432s.
2.
Tsiulina M.V. Sovremennye obrazovatel'nye tekhnologii: uchebnoe posobie. Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGGPU, 2016. 227 s.
3.
Ekimova V.I., Leshchenko S.G., Kirsanov V.M. Pedagogika professional'nogo obrazovaniya: problemy i perspektivy razvitiya v usloviyakh reformy. Moskva: OOO «BUKI VEDI», 2013. 150 s.
4.
Matyash N.V. Innovatsionnye pedagogicheskie tekhnologii. Proektnoe obuchenie [Tekst]: ucheb. posobie dlya stud. uchrezhdenii vyssh. prof. obrazovaniya. 3-e izd., ster. Moskva: Izdat. tsentr «Akademiya», 2014. 160 s.
5.
Nosova, L. S. Informatsionnye tekhnologii v upravlenii obrazovaniem [Tekst]: ucheb.-metod. Posobie. Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGGPU, 2016. 145 s.
6.
Zaitsev V.S. Pedagogicheskie tekhnologii [Tekst]: elektivnyi kurs dlya podgotovki bakalavrov i magistrov: v 2 kn. Kn. 1. Chelyabinsk: ChGPU, 2012. 424 s.
7.
Tsvetkov V. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(5), № 3. P. 147-152.
8.
Ozhereleva T. A. Systematics for information units // European Researcher, 2014. Vol. (86). № 11/1. P. 1894-1900.
9.
Tymchenko E. V. Strukturizatsiya informatsionnykh obrazovatel'nykh resursov // Elektronnyi setevoi nauchno-metodicheskii zhurnal «Upravlenie obrazovaniem: teoriya i praktika», 2014. №3. S.181-188.
10.
GOST 2.052-2006. Elektronnaya model' izdeliya. Moskva: Izd-vo standartov, 2006. 11 s.
11.
GOST 2.106-96. Tekstovye dokumenty. Moskva: Izd-vo standartov, 1996. 39 s.