Organization and performance concept for the final project in engineering and graphic disciplines in technical higher education schools.

Sulina Ol'ga 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

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.