Проблема качества графической подготовки студентов в техническом вуз

а также замечание от друзей в личной переписке. Частично оправдываем себя тем, что это слово было применено в первую очередь по отношению к самому себе, а также тем, что для автора это слово носит еще и профессиональное значение (торфяное болото), а в кругу коллег и друзей оно применяется по отношению к области научного интереса и носит доброжелательный оттенок. При образных выражениях также следует учитывать определения и понятия, скрытые за словами.

Список литературы

1.Новохатняя К.В. О формировании терминологической культуры студентов в области физической культуры и спорта [Электронный ре-

сурс]. – URL: http://lib.sportedu.ru/Texts.idc?DocID = 105152 (дата обращения: 13.01.2016).

2.Будагов Р.А. Введение в науку о языке. – М., 1976. – 245 с.

3.Ермолаева Ж.Е. Формирование терминологической культуры курсантов и слушателей академии государственной противопожарной службы МЧС России направления подготовки «Пожарная безопасность» // Историческая и социально-образовательная мысль. – 2014. – T. 6, ч. 2.

4.Гершунский Б.С. Философия образования для XXI века. – М., 1998. – С. 32.

5.Образцов П.И., Косухин В.М. Дидактика высшей военной школы: учеб. пособие. – Орел, 2004.

6.ГОСТ 2.052–2006. ЕСКД. Электронная модель изделия. Общие положения. – М., 2006.

7.ГОСТ 2.051–2013. ЕСКД. Электронные документы. Общие по-

ложения. – М., 2013.

8.ГОСТ 2.056–2014. ЕСКД. Электронная модель детали. Общие положения. – М., 2014.

9.Соколова Л.С. Геометрическая подготовка бакалавров в условиях ухода классического чертежа из современного высокотехнологично-

го производства [Электронный ресурс]. – URL: http://dgng.pstu.ru/conf 2016/papers/33 (дата обращения: 24.01.2016).

10.URL: http://compgraph.tpu.ru/Geometry_2D.htm (дата обращения: 10.01.2016).

221

ОТ 3D ЭЛЕКТРОННОЙ МОДЕЛИ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ К РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ДЕТАЛИ

А.О. Горнов, А.Д. Козырев

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва

Описывается опыт выполнения индивидуального задания по деталированию ЭМСЕ с активизацией геометрического и функционального анализа детали, которое выполнялось на фоне типовой семестровой рабочей программы в учебной группе.

Ключевые слова: электронная модель сборочной единицы, анализ детали, электронная модель детали, чертеж детали.

FROM 3D ELECTRONIC MODEL OF AN ASSEMBLY UNIT TO WORK DOCUMENTATION DETAILS

А.О. Gornov, А.D. Kozyrev

Moscow Power Engineering Institute (MPEI), Moscow

Describes the experience of performing individual tasks on detailing based on the original EMC with the activation geometric and functional analysis details.

Keywords: e-model assembly units, analysis details, e-model details, drawing details.

Давно утвердившаяся в проектно-конструкторской практике методология, опирающаяся на 3D-моделирование, активно проецируется

иутверждается в разных формах в практике геометро-графической подготовки (например, [1–6] и многие другие работы, в том числе на КГП – 2016). Тем не менее точки зрения на баланс отдельных направлений модернизации, особенно в ее базовой части, еще неоднозначны. Представляется, однако, что технология электронной имитации традиционного черчения и ручной графики постепенно перестает требовать образовательной поддержки. И учебное время, затраченное на это, без одновременного обогащения содержания, будет использоваться не достаточно эффективно. Как можно было предвидеть [7], все больше студентов при желании, без особых затруднений, методом проб и ошибок, при минимальной преподавательской поддержке, практически самостоятельно осваивают технологию электронной реализации фрагментов

иразделов (модулей) рабочих программ на базе 2D-моделей. Надо ожидать, что и технологии 3D-моделирования (в их основе) скоро перестанут быть экзотикой для студентов. Экстраполируя эти тенденции, учитывая направление методических дискуссий последних лет, можно

222

предположить следующее. Целевые установки на обучение технологии построения собственно 3D-моделей как таковых сместятся в направлении их использования как исходного материала для реализации новых, интересных в методическом отношении сюжетов ГГП (например, [6]). При этом расширятся возможности обеспечения межпредметных связей дисциплины – одной из проблем инженерной подготовки вообще, а не только ГГП. Рядом авторов уже отмечалось, и это надо подчеркнуть, что роль 3D-моделей вышла за рамки задач учебных курсов ГГП и они занимают важное место в общетехнических и специальных дисциплинах. Эти емкие и «гибкие» модели позволяют углубить и обогатить содержание методических сценариев базовой ГГП, аналогичных фрагментам проектного процесса. Фронтальный переход к новым возможностям требует, конечно, предварительной подготовки, преодоления инерции при перестройке привычных и консервативных подходов к ГГП, но при этом удобных, не создающих никому новых методических, организационных и других проблем. Авторы представляют далее, наряду с многочисленным и интересным опытом коллег, реализацию одного типового фрагмента программы 2-го семестра на базе 3D-моделей.

Заданная электронная модель (ЭМСЕ), представленная рис. 1, выступает в данном сюжете как прототип или как бы итог проектной стадии разработки изделия. Это может быть ЭМСЕ проектного фрагмента или специально подготовленная для учебных целей модель. Авторы считают, что, в принципе, нет особых препятствий начинать обучение работе в каком-либо САD-пакете с анализа готовой ЭМСЕ. Их, этих препятствий, по крайней мере не больше, чем при традиционном начале с обучения технологии синтеза геометрической модели. Знание студентами общих принципов организации интерфейсов, команд и операций позволяет начинать с декомпозиции ЭМСЕ и последующего анализа геометрии ее деталей как источников геометрических элементов для их дальнейшего графо-геометрического и аналитического описания [9]. Поэтому и в рамках данного сюжета может быть дан старт обучению работе в САD.

Исходная 3D-модель (рис. 1) и последующее были выполнены студентом 2-го курса А.Д. Козыревым (МЭИ, гр. ТФ-4-14) в рамках 2-го семестра обучения 2014/2015 учебного года в режиме обычных семестровых занятий в группе и домашней работы. Источником для построения исходной ЭМСЕ было одно из традиционных типовых за-

223

даний на деталирование на основе чертежа ВО. Но в идеале сегодня подобная 3D-модель-задание должна бы быть носителем признаков современных потребительских функций (назначения) и новых конст- руктивно-технологических тенденций в данной области техники, эффективных инновационных технологий формообразования, современных материалов.

Рис. 1. Исходная модель

Затраты времени на выполнение 3D-модели СЕ по исходному 2D-чертежу ВО составили 3 часа. Эта работа в данном случае была подготовительной. А собственно фрагмент рабочей программы 2-го семестра, описанный ниже, потребовал на выполнение аналитической и творческой составляющей задания, а также последующих файлов 2 часа. Дальнейшее иллюстрируем примером выполнения рабочей документации лишь одной из деталей. В полном объеме данного сюжета были выполнены ЭМ четырех деталей.

Как и при «ручной» технологии (или даже с помощью электронного кульмана) при проектировании и конструировании 2D-чертеж общего вида (ВО) изделия, а также ЭМСЕ, реализованная в САПР, как известно, не содержат исчерпывающей геометрии деталей сборочной единицы. При традиционной методологии проектирования на этапе фиксации варианта ВО изделия (СЕ) в этом, как правило, нет необходимости. При компьютерном проектировании и конструировании на основе 3D-моделей такая начальная неполнота формы деталей в ЭМСЕ обусловлена еще одним обстоятельством. В процессе формирования геометрии детали и ее параметров есть возможность непрерывного диалога между САD- и САЕ-составляющими для оценки и коррекции параметров геометрии с учетом нагрузок и других факторов, определяющих ее

224

работоспособность. Поэтому, несмотря на весьма широкие возможности компьютерного моделирования, модели геометрии для оценки работоспособности деталей в общем случае проще их полной «рабочей» геометрии. Они не учитывают ряд геометрических элементов, отвечая на ряд допущений, принимаемых в собственно расчетных моделях типовых элементов конструкций, моделях их нагружения, оценки напряжений, деформаций и других величин. Поэтому в данном сюжете условно принимается, что параметры базовой геометрии детали проверены соответствующими расчетам в модуле САЕ.

Заметим еще раз, что проверенные временем учебные чертежи ВО СЕ (один из которых мы использовали) несут отпечаток технологий проектирования, конструирования и технологий «тех времен», с расчетными моделями и методами контроля более низкой, чем сегодня, точности. Они опирались на характеристики материалов того времени, когда, например, о композитах (кроме фанеры!) не было и речи. Эти прототипы предполагали уже уходящие в прошлое методы расчета, технологии формообразования, испытания и контроля готовых изделий. Поэтому некоторые фрагменты таких конструкций, к тому же подвергнутые адаптации к учебному процессу, даже на глаз выглядят как минимум тяжеловато. Нельзя недооценивать, что геометрический образ таких конструкций, так или иначе, остается в памяти обучаемых, формируя не всегда правильное представление о геометрических пропорциях даже типовых деталей. Базы данных учебных СЕ, как представляется, с этих позиций требуют постоянного анализа и коррекции.

В данном сюжете, цель которого, как обычно при деталировании, – получение уточненной за счет типовых конструктивно-техноло- гических элементов геометрической формы рабочих ЭМД и 2D-чер- тежей деталей на основе ассоциативных видов, при декомпозиции ЭМСЕ акцент делается на геометрический и функциональный анализ деталей в их базовых формах. Студент в рамках ГГП не должен воспринимать геометрию детали безликой. Форма детали – носитель следов влияния многих факторов, определивших данную геометрию детали как таковую (отражает их). И навыки геометрического (точнее, геометрофункционального) анализа, направленные на выявление этих факторов, важны с позиций формирования у студентов элементов проектноконструкторского мышления. В этом в какой-то мере и реализуются так необходимые элементы межпредметных связей ГГП. А доступный уровень такого анализа можно обеспечить на основе упрощенного подхода.

225

В данном сюжете анализ направлен на выявление функций отдельных поверхностей детали, сознательное дополнение модели детали необходимой, но отсутствующей в первичной ЭМСЕ конструктивнотехнологической геометрией. На основе такого анализа более сознательна и обоснована простановка параметров формы отдельных поверхностей деталей, их взаимного положения, предельных отклонений размеров и указания параметров микрогеометрии поверхности – шероховатостей. Привитие навыков геометрического и функционального анализа заданий прототипов и окружающих студента объектов техники (систематизированной любознательности), кроме того, является одним из основных элементов, формирующих инновационный и импортозамещающий подход к учебным проектным задачам.

Вначале анализа идентифицируются поверхности, образующие основную форму детали, характер сопряжения этих поверхностей между собой, их взаимодействие с поверхностями других деталей и внешней средой, как показано на рис. 2 для одной из деталей СЕ-клапана. Эта фаза опирается на элементы программы 1-го семестра. Характер взаимного положения поверхностей деталей на основании ЭМСЕ классифицирует их на свободные, привалочные и сопряженные (охватывающие и охватываемые), и они обозначены на рис. 2 соответствующими буквенными символами. Эти характеристики определяет последующую градацию предельных отклонений формы поверхностей их размеров и взаимного положения, а также уровень шероховатости. Результаты анализа поверхностей детали позволяют обсуждать возможную технологию их физического образования, облегчают чтение и прогноз необходимых видов в системе 2D-изображений (чертеже, если она необходима), параметров формы поверхностей, определителей и параметров взаимного положения [8]. Анализ перехода от одной поверхности детали к другой и их взаимодействие при сборке определяют, как правило, необходимость дополнения первичной формы типовыми «вторичными» геометрическими элементами конструктивнотехнологического характера.

На рис. 2. выделены и обозначены буквенными символами отдельные элементы поверхности детали, характер их взаимодействия с поверхностями других деталей и средой и функциональная обусловленность. На этой же моделях анализируются и линии пересечения поверхностей (здесь из-за и для простоты не показаны). Для такого анализа и рациональна визуализация модели ЭМСЕ как на рис. 1.

226

идругие ресурсы, сугубо субъективные конструкторские традиции, допустимые конструкторские ошибки и эстетические факторы. Отдельные элементы формы и их параметры, интегрируя влияние совокупности этих факторов, и отображаются в форме, и выполняют функцию их отражения, поэтому называем их интегральными (И) (в [10] – интегративные). Конечно, в большинстве случаев данный элемент формы обусловлен совместным функциональным влиянием, но одна из функций является, как правило, ведущей.

На рис. 2 иерархия этих функций показана порядком указания только первых двух из них по степени влияния на данный элемент формы (под полочкой). При таком анализе важно обращать внимание на то, что рассмотренные функции могут быть реализованы на основе другой геометрической комбинации. У студента должно появиться ощущение, что данная геометрическая форма детали не является единственной для выполнения данной потребительской функции в составе сборочной единицы. Функциональная компонента такого анализа позволяет развивать сюжет и в направлении поиска альтернативной формы детали и даже конструкции сборочной единицы. Но это отдельная тема.

Результаты геометрического анализа базовой формы являются основой для дополнения ее конструктивно-геометрическими нюансами. И здесь тоже в учебной практике полезно опереться на проектную методику. Известно, что при проектировании и конструировании активно используются различные, явные или неявные, контрольные списки (базы) не только типовых деталей, но и их элементов. Все это уменьшает количество ошибок как при конструировании, так и в учебных работах. Одна из функций таких списков в ГГП – приобщение студентов к функциональной и проектно-конструкторской терминологии. Список – термин исторический, и сейчас в приложениях специализированных пакетов это элементы баз типовых, стандартизированных и нормализованных элементов. Возможный фрагмент такого списка показан в таблице.

После описанного геометрического и функционального анализа выполнена рабочая ЭМД (рис. 3) и соответствующий 2D электронный чертеж (рис. 4) на основе ассоциативных изображений ЭМД.

Описанный сюжет был реализован в обычной (с фронтальной программой) учебной группе в порядке индивидуализации задания для студента, имеющего предварительную подготовку. Выполнено четыре ЭМД и четыре соответствующих чертежа. Кроме того, в соответствии с рабочей программой семестра по отдельным заданиям выполнялись

228

Примерный список типовых конструктивно-технологических геометрических элементов деталей вращения и их функции

229