1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина «Основы автоматизированного проектирования» является специальным курсом в системе подготовки инженера-механика по химическому оборудованию.

Его основная цель состоит в том, чтобы вооружить будущего специалиста знаниями современных технологий и методов проектирования химических объектов на основе использования компьютерной техники.

2. Место дисциплины в структуре образовательной программы

Курс «Основы автоматизированного проектирования» не имеет своей теоретической базы и поэтому опирается на следующие общеинженерные и специальные дисциплины:

Процессы и аппараты химической технологии: основы теории подобия; основы теории тепломассообмена; уравнения движения сплошной среды.

Основы моделирования: кибернетические модели структуры потоков; принципы построения математической модели; методы поиска и оптимизации решений.

Инженерная графика: основы машиностроительного черчения.

Расчет и конструирование химического оборудования: методы расчета на прочность элементов сварных химических аппаратов.

3. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины Освоение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных (ОК-1, ОК-6) и общепрофессиональных компетенций (ПК-1, ПК-13, ПК-24), определенных перечнем компетенций выпускника вуза по данному направлению подготовки.

Освоение дисциплины предполагает приобретение следующих умений и навыков у обучающегося:

По компетенции ОК-1 «Владение культурой мышления, способность обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения»

понимать смысл, интерпретировать и комментировать получаемую информацию. Собирать и систематизировать разнообразную информацию из многочисленных источников.

На основе собранной информации выявлять тенденции, вскрывать причинноследственные связи, определять цели, выбирать средства, выдвигать гипотезы и идеи.

По компетенции ОК-6 «Уметь использовать нормативные правовые документы в своей деятельности» иметь представления о системе российского права; понимать значение законности и правопорядка в современном обществе, особенности правового регулирования будущей профессиональной деятельности. Уметь и при необходимости использовать законодательные и нормативно-правовые акты в области экологического, права.

По компетенции ПК-1 «Использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования» применять методы математического анализа и оптимизации при моделировании процессов, происходящих в оборудовании и окружающей среде, а также процессов, происходящих при работе установок, предотвращающих загрязнение окружающей среды.

По компетенции ПК-15 «Способностью анализировать технологический процесс как объект управления» быть способным применять принципы экологического и энергетического менеджмента при анализе работы промышленного предприятия.

По компетенции ПК-24 «Способностью проектировать отдельные узлы (аппараты) с использованием автоматизированных прикладных систем» Применять и разбираться в имеющихся пакетах программ и использовать их в проектной деятельности. С учетом требований для составления проектных документов быть способным составлять типовые проектные, технологические и рабочие документы.

3.1. Матрица соотнесения разделов дисциплины и формируемых в них компетенций Разделы дисциплины Кол. Компетенция Число комчасов ОК- ОК- ПК- ПК- ПК- петенций 1 6 1 15 Введение 3 1. Основы инженерного проек- 40 + + + + + тирования 2. Системный анализ объекта 45 + + + + проектирования 3. Выбор решения и оценка ре- 42 + + + + + зультата проектирования 4. Инженерные расчеты в 40 + + + MathCAD 5. Черчение и конструирование 40 + в AutoCAD 6. Трехмерное моделирование в 42 + + Компас-3D Итого 4. Структура и содержание дисциплины Введение Предмет курса, его цели и задачи. Современные тенденции и проблемы развития техники и технологий проектирования. Чертежный и компьютерный методы проектирования. Общие сведения о системе автоматизированного проектирования. Автоматизированное рабочее место конструктора. Задачи, стоящие перед инженером-конструктором химической промышленности.

Основы инженерного проектирования Основные понятия и принципы системного проектирования. Декомпозиция объекта и процесса проектирования. Восходящее и нисходящее проектирование. Многовариантность и итеррационность проектирования. Объекты инженерного проектирования и виды технических проектов. Понятие и характеристика жизненного цикла объекта.

Изделие как объект конструкционного проектирования. Составные части изделия и их характеристика. Мегакомплекс как объект технологического проектирования. Состав и содержание конструкторского и технологического проектов. Проектные исследования и экспертизы.

Характеристика основных этапов проектирования. Формулирование цели и задач проектирования. Сбор и анализ научно-технической информации. Локальные и глобальные информационные сети. Оформление задания на проектирование. Генерирование идей и выработка концепции проекта. Методы формализации процесса поиска решения. Техническое предложение проекта и его оценка. Анализ осуществимости вариантов проекта.

Содержание эскизного и технического проектов. Разработка рабочей документации опытного образца. Испытание и приемка опытного образца. Организация производства и распределение проектируемого изделия. Анализ и обобщение данных по эксплуатации объекта. Состав и характеристика эксплуатационных документов. Снятие объекта с эксплуатации и производства.

Системный анализ объекта проектирования Виды математических моделей и их характеристика. Требования, предъявляемые к моделям. Параметры и переменные модели.

Описание геометрии объекта. Поверхностное и объемное моделирование формы объекта. Напряженно-деформированное состояние объекта. Дифференциальные уравнения механики твердого тела.

Описание физических явлений в объекте. Феноменологический и кибернетический подходы моделирования. Дифференциальные уравнения переноса количества движения, энергии и массы. Условия однозначности. Гидродинамические модели объекта и их математическое описание.

Оценка адекватности математического описания объекта. Масштабный эффект и причины его возникновения. Сущность процедуры гидродинамического моделирования объекта.

Выбор решения и оценка результата проектирования Методика принятия проектного решения при проектировании изделия. Показатели качества изделия. Понятие низшего и высшего пределов технического уровня изделия.

Методы определения обобщенного показателя качества.

Эволюция оценки результатов проектирования. Критерии оценки технического совершенства объекта проектирования. Негативные глобальные последствия развития техники и технологий. Моделирование путей и исходов развития техногенной цивилизации.

Концепция разумного развития цивилизации.

Инженерные расчеты в MathCAD Назначение и состав программного продукта. Структура и интерфейс программы:

главное меню, система помощи и центр ресурсов. Характеристика разделов и пунктов главного меню. Панели инструментов и их назначение. Структура и области рабочего листа. Основные типы данных и операторов системы MathCAD. Использование специальных клавиш. Настройка параметров рабочего листа, вида операторов, определение начальных значений системных переменных.

Общие приемы формирования и редактирования документа. Создание и редактирование математических выражений. Создание и редактирование текста. Построение и редактирование графиков. Анимация графика. Категории и назначение встроенных функций. Определение функций пользователя. Ручной и автоматический режимы вычислений.

Численные и символьные вычисления. Трассировка ошибок. Сообщения об ошибках при вычислениях. Проверка орфографии.

Численная, аналитическая и графическая формы решения уравнений. Методы решения системы линейных и нелинейных уравнений. Основные этапы и методы решения дифференциальных уравнений Вычисление определенного и неопределенного интеграла.

Операции над матрицами и векторами. Решение статистических задач. Аппроксимация, интерполяция и экстраполяция данных. Оптимизация унимодальных функций. Возможности программирование в среде MathCAD.

Черчение и конструирование в AutoCAD Графический интерфейс AutoCAD. Меню и панели инструментов. Командная строка и строка состояния. Создание, загрузка и сохранения чертежа. Технология работы с командами AutoCAD.

Настройка параметров чертежа: единицы измерения, масштаб и лимиты чертежа, вставка штампа, установка режимов вычерчивания.

Пользовательская система координат: абсолютная прямоугольная, абсолютная полярная, относительная прямоугольная. Задание координат точек: ортогональный режим, режим отслеживания углов, шаговая и объектная привязки, вспомогательные построения, фильтры точек.

Формирование чертежей. Средства организации чертежа – слои, цвета, тип и толщина линий. Вычерчивание примитивов: точки, лучи, линии, дуги, окружности, эллипсы и пр. Управление видами и компоновка объектов. Режимы панорамирования и масштабирования. Именные виды: создание, привязка, настройка, сохранение и восстановление.

Редактирование чертежей. Работа с объектами: выбор, копирование, перенос, поворот, масштабирование, стирание. Использование групп объектов. Работа с текстом: создание и редактирование однострочного и многострочного текстов. Нанесение линейных и угловых размеров. Ускоренная простановка размеров. Редактирование размеров. Простановка допусков размеров, формы и расположения поверхностей. Создание областей и контуров. Нанесение и редактирование штриховки.

Трехмерное моделирование в Компас-3D Графический интерфейс Компас-3D. Главное меню и панели инструментов. Система подсказки и помощи. Особенности работы с командами Компас-3D. Настройка интерфейса. Типы и характеристика создаваемых документов. Понятие эскиза, детали и сборки.

Принципы построения трехмерных моделей. Глобальная и локальные пространственные системы координат. Типовые направления проецирования. Построение трехмерных деталей. Создание эскиза и требования к нему. Формирование простых объемных тел методом вращения и выдавливания. Создание сложных тел путем объединения, вычитания и пересечения, кинетический элемент и элемент по сечениям. Редактирование трехмерных объектов: зеркальное копирование, создание массива, фаски и скругления, создание оболочки, сечение плоскостью. Определение массовых характеристик тела.

Методы и приемы создания сборки деталей. Работа с библиотеками элементов и примитивов. Создание графических документов: ассоциативный чертеж, фрагмент, спецификация.

4.1. Лекционные занятия Лекционные занятия охватывают все разделы дисциплины и построены по единой схеме изложения: классификация, основные конструкции, особенности эксплуатации, принципы расчета и выбора, оценка совершенства конструкции. Распределение часов лекционных занятий по разделам дисциплины приведено в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Распределение часов лекционных занятий по разделам дисциплины 3. Выбор решения и оценка результата проектирования 4.2. Лабораторные занятия Лабораторные занятия предназначены для освоения современных методов проектирования на компьютере. Основное внимание уделяется освоению методик автоматизированного расчета на прочность и техники электронного конструирования элементов химических аппаратов и машин.

Каждому студенту выдаются индивидуальные задания, предусмотренные программой. Перечень заданий и объем часов, отводимый на их выполнение, приведен в табл. 3.

Содержание практических занятий изложено в руководстве [13].

Таблица 4.2. Распределение часов лабораторных занятий 4.4. Курсовой проект Курсовой проект является заключительным этапом в изучении дисциплины. Его основная цель закрепить теоретические знания и выработать практические навыки использования прикладных программ при выполнении расчетно-графических работ.

Темой курсового проекта является разработка конструкции корпуса сварного химического аппарата и проверка на прочность, герметичность и устойчивость его основных элементов. Курсовой проект состоит из пояснительной записки объёмом не менее 25 листов формата А4 и чертежа общего вида формата А3, оформленных в соответствии с рекомендациями методических указаний [3] и ГОСТов ЕСКД.

В рамках указанной темы каждому студенту выдается техническое задание, содержащее схему конструкции аппарата и перечень данных по режиму его эксплуатации.

4.5. Самостоятельная работа В рамках самостоятельной работы студенту необходимо выполнить курсовой проект, оформить отчеты по лабораторным и практическим занятиям, выполнить контрольные работы, освоить лекционный курс и подготовиться к зачету и экзамену. Координация и контроль выполнения самостоятельной работы осуществляется в период проведения текущих занятий и в часы консультаций.

Ориентировочное распределение времени выполнения видов самостоятельной работы приведено в табл. 4. Таблица 4.3 Распределение часов самостоятельной работы 4.6. Оценка трудоемкости изучения дисциплины Освоение дисциплины предполагает выполнение комплекса работ в рамках учебных занятий, самостоятельной работы студента, оформления технических отчетов и проектов. В табл. 4.5 определен перечень видов занятий и работ, выполнение которых обязательно студентом в процессе обучения, а также их трудоемкость, выраженная в зачетных единицах.

Таблица 4.5. Распределение трудоемкости по видам занятий и работ Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц.

Проверка степени усвоения дисциплины осуществляется в форме зачета в сроки, установленные учебным планом. Проверка осуществляется по контрольным вопросам, перечень которых выдается студенту заблаговременно. К сдаче зачета допускается студент, полностью выполнивший текущую учебную программу дисциплины.

5.1.1. Общие 1. Предмет и задачи курса. Сущность и недостатки "чертежного" метода проектирования.

Новые технологии проектирования.

2. Общие сведения и представления о САПР. Автоматизированное рабочее место конструктора.

3. Характеристика технических средств и программного обеспечения системы САПР.

5.1.2. Основы системного проектирования 4. Проектирование как область инженерной деятельности. Цели и задачи проектирования. Основные термины и определения.

5. Объекты инженерного проектирования. Классификация изделий как объектов проектирования. Конструкционное проектирование.

6. Понятие о мегакомплексах. Технологическое проектирование.

7. Проектирование как процесс разработки описаний объекта. Первичное, промежуточные и конечное описание объекта. Принципы иерархичности и декомпозиции. Основные аспекты описаний объекта.

8. Стратегии проектирования: восходящее и нисходящее, внутреннее и внешнее. Принцип итеррационности - неотъемлемый элемент стратегии проектирования. Унификация элементов и проектных процедур.

9. Проектирование как процесс отражения жизненного цикла объекта. Основные стадии и этапы проектирования. Понятие проектных операций и процедур.

10. Основные этапы проектирования. Выработка и определение цели проектирования. Понятие проектной ситуации.

11. Поиск и анализ информации. Основные источники технической информации. Принципы и системы автоматизированного сбора и анализа данных.

12. Формулирование задания на проектирование. Содержание и требование к ТЗ. Техническое задание и бизнес-план.

13. Генерирование идей и выработка концептуальных решений. Метод визуализации заданной функции и метод управления творческим воображением. Морфологическая матрица идей.

14. Техническое предложение: содержание, требования к оформлению. Методы оценки технического уровня вариантов предложений.

15. Анализ осуществимости и целесообразности технических решений. Эскизный и технический проекты. Объем и содержание проектов.

16. Разработка рабочей документации. Основные требования к чертежам. Функции технологического и нормативного контроля. Макетный метод проектирования.

17. Испытание опытного образца и освоение производства. Порядок проведения испытаний и постановки на производство. Директивно-техническая документация и авторский надзор. Функции разработчика по авторскому надзору и маркетингу.

Эксплуатация объекта. Состав и содержание эксплуатационной и ремонтной документации. Обоснование пересмотра конструкции или снятии ее с производства 5.1.3. Системный анализ объекта проектирования 18. Виды математических моделей и их общая характеристика. Параметры и переменные модели.

19. Описание геометрии объекта. Поверхностное и объемное представление формы объекта.

20. Напряженно-деформированное состояние объекта. Принципы моделирования и расчета прочности и жесткости конструкции.

21. Феноменологический и кибернетический подходы моделирования физических явлений в объекте. Допущения теории подобия и методик критериального расчета.

22. Преимущества и недостатки метода математического моделирования. Характеристика гидродинамических моделей объекта.

23. Оценка адекватности математического описания объекта. Понятие масштабного эффекта. Источники и причины его возникновения.

5.1.4. Выбор и оценка результата проектирования 24. Показатели качества изделия: классификация по РД-50-149-79, характеристика.

25. Технический уровень изделия. Нижний и верхний пределы. Методика выбора проектного решения. Понятие о локальной и глобальной целевых функциях.

26. Обобщенный показатель качества. Экономические и технико-экономические показатели качества проектирования.

27. Эволюция оценки результатов проектирования. Факторы, влияющие на формирование оценочных критериев. Негативные последствия инженерной деятельности. Критерий социальной эффективности проектирования.

5.1.5 Расчеты в среде MathCAD 28. Компоненты рабочей среды MathCAD. Элементы рабочего стола и их характеристика.

Рабочий лист и документ MathCAD.

29. Назначение разделов главного меню. Контекстное меню. Общие принципы работы в среде MathCAD.

30. Основные правила и приемы формирования текстовых блоков. Редактирование блоков и строк. Работа со стилями строк. Свойства текстовых блоков.

31. Основные правила и приемы формирования математических блоков. Определение переменных, операндов и функций. Понятие шаблона выражения. Редактирование математических блоков.

32. Типы данных, используемых в MathCAD. Правила определения типов.

33. Создание и редактирование графических блоков. Предопределенные типы графиков и их характеристика.

34. Классы и типы предопределенных функций. Характеристика и область использования встроенных функций.

35. Типы и назначение инструментальных панелей. Особенности использования панели символьных преобразований.

36. Формирование и редактирование документа MathCAD.

37. Правила и приемы программирования в MathCAD. Основные операторы программирования и их назначение.

38. Использование единиц измерения и размерностей в документах MathCAD.

39. Решение и оптимизация математических задач. Справочная и информационная система MathCAD.

5.1.6. Черчение и конструирование в AutoCAD 40. Какие настройки параметров чертежа следует выполнить перед началом работы в среде AutoCAD?

41. Чем отличается ортогональный режим черчения от режима отслеживания опорных точек, и каким образом они устанавливаются?

42. В чем различие шаговой и объектной привязок? Какие опции указанных привязок Вы 43. Для каких целей предназначены команды панорамирования и масштабирования изображений?

44. Каким образом (с помощью каких опций) производится выбор объектов при редактировании чертежа?

45. С какой целью создаются слои чертежа, и какие манипуляции можно делать со слоями?

46. Какие команды используются в AutoCAD для создания поверхностных объемных тел?

5.1.7. Трехмерное моделирование в Компас-3D 47. Перечислите компоненты рабочего стола среды КОМПАС поясните их назначение?

48. Какие основные команды содержит инструментальная панель «Текущее состояние», и каким образом осуществляется ее настройка?

49. Какие способы построения чертежа реализованы в среде КОМПАС.

50. Каково назначение «Компактной панели», и какие разделы она содержит?

51. Какие существуют способы выбора объектов при редактировании чертежа?

52. Назовите основные способы создания трехмерных моделей в КОМПАС?

53. Какими возможностями обладает панель «Дерево построений», и каким образом они реализуются?

Изложение лекционного материала дисциплины производится с применением мультимедийных технических средств. Проведение практических занятий (выполнение расчетно-графических заданий) предполагает наличие компьютерного класса, оснащенного 15-ю персональными компьютерами.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Евгенев, Г. Б. Интеллектуальные системы проектирования : учеб. пособие для студентов вузов. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. – 334 с. - 2 экз.

2. Полещук, Н. Н. AutoCAD 2011 : самоучитель: наиболее полное руководство. – СПб. :

БХВ-Петербург, 2011. – 752 с.- 10 экз.

3. Кудрявцев, Е. М. Оформление дипломных проектов на компьютере : учеб. пособие для студентов вузов. – М. : АСВ, 2010. – 416 с. - 30 экз 4. Максфилд, Брент. MathCAD в инженерных расчетах / пер. с англ. Н. Ю. Устьяна. – Киев : МК - Пресс, 2010. – 368 с.- 1 экз 5. Кафаров, В. В. Основы автоматизированного проектирования химических производств / В. В. Кафаров, В. Н. Ветохин. – М.: Наука, 1987. – 400 с.

6. Берхеев, М. М.Основы систем автоматизированного проектирования: учеб. пособие / И. А. Заляев, Ю. В.Кожевников [и др.]. – Казань: Издательство Казанского ун-та, 1988.

7. Карпов, В. С.Структура и принципы проектирования объектов химической техники:

учеб. пособие / Е. А. Беленов, Ю. А. Новаков. – М.: МИХМ, 1984. – 136 с.

8. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование. – М.: Мир, 1976. – 242 с.

9. Таленс, Я. Ф. Работа конструктора. – Л.: Машиностроение, 1987. – 268 с.

10. Кафаров, В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.

11. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В. В. Кафаров – М.: Химия, 1985. – 448 с.

12. Кудрявцев, Е. М. MathCAD 2000 Pro / Е. М. Кудрявцев. – М.: ДМК «Пресс», 2001. – 13. Финкельштейн, Э. AutoCAD 2000. Библия пользователя: пер. с англ / Э. Финкельштейн. – М.: ИД «Вильямс», 2000. – 1040 с.

14. Кудрявцев, Е. М. Компас 3D V8. Система трехмерного твердотельного моделирования / Е. М. Кудрявцев. – М.: ДМК «Пресс», 2006. – 426 с.

7.3. Методические материалы 15. Основы компьютерного проектирования: метод. указания к практическим занятиям для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» / сост.: Вал. A. Плотников; КузГТУ. – Кемерово, 2011.

16. Сварной корпус химического аппарата: метод. указания к курсовому проекту по дисциплине «Основы компьютерного проектирования» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» / сост.: Вал. A. Плотников;

КузГТУ. – Кемерово, 2011.

7.4. Программное обеспечение и Интернет ресурсы 17. Microsoft Office Word 2003 SP2. Текстовый редактор. Корпорация Майкрософт, 1983Microsoft Office Excel 2003 SP2. Электронные таблицы. Корпорация Майкрософт, 1985-2003.

19. MathCAD v.11. Универсальная среда для технических вычислений. Корпорация Mathsoft Engineering & Education, 1986-2002.

20. AutoCAD 2006 v.Z.54.10. Универсальный графический редактор. Корпорация Autodesk, 1982-2005.

21. Компас 3D V8. Система трехмерного твердотельного моделирования. ЗАО «Аскон», 1989-2005.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения лекционных занятий требуется аудитория, оснащенная интерактивной доской. Для выполнения лабораторных работ требуются класс персональных компьютеров, оснащенный специализированным программным обеспечением (MathCAD, AutoCAD, Компас 3D).