ВНЕДРЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAE-СИСТЕМ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ ПО

СПЕЦИАЛЬНОСТИ САПР

Янишевская А.Г. (к.т.н., доц.), Пергун Е.Н., Лукьянчиков Н.Б., Фомин А.А.

Омск, Омский государственный технический университет

В настоящее время обучение студентов ВУЗа проводится с использованием

современных информационных технологий. Большое развитие и внедрение в процесс обучения за рубежом и у нас в стране получили электронные учебники, позволяющие самостоятельно изучить определенную тему или научиться работе в том или ином программном продукте или системе.

В рамках самостоятельной работы студентов специальности 220300 «Системы автоматизированного проектирования» на кафедре САПР М и ТП в 2000 году была начата работа по созданию электронных версий лекций по «Искусственному интеллекту и экспертным системам» и русской версии электронного учебника для освоения системы автоматизированного проектирования Solid Edge. Были разработаны электронные учебники по этим темам. Преимущество работы заключается в удобстве использования. Учебники были выполнены в приложении Microsoft Office 2000 Power Point виде книги. Просмотр книги осуществляется с помощью управляющих кнопок. Кнопки дают возможность быстро выбирать необходимую информацию и незамедлительно ее просматривать, вернуться в начало/конец книги, переместиться на предыдущую/ последующую страницу. В январе 2002 года эти разработки участвовали во Всероссийском конкурсе «Компьютерный инжиниринг» в г. Москве. “Электронный учебник для освоения систем искусственного интеллекта ” занял в конкурсе третье место.

В 2002 – 2003 учебном году в ОмГТУ в ЦИТ и ДО и на кафедре САПР М и ТП была продолжена работа по созданию электронных учебников в рамках курсового проектирования по дисциплине «Разработка САПР» и самостоятельной работы студентов.

Были созданы электронные учебники по освоению систем автоматизированного проектирования Power Solution: Power Shape, Power Mill, ArtCAM и программному комплексу для научных и инженерных расчетов ANSYS. Была также продолжена работа по совершенствованию уже созданных ранее электронных учебников.

“Электронный учебник для освоения систем искусственного интеллекта” дополнился тестовыми заданиями и вопросами. Учебник сделан в оболочке HTML, предназначен для студентов, специализирующихся в области искусственного интеллекта (ИИ), аспирантов, магистров, бакалавров и практиков-разработчиков, работающих в этой области, а также для специалистов и широкого круга лиц, интересующихся искусственным интеллектом. Весь учебник разделен на семь частей: искусственный интеллект (ИИ) как научное направление; представление знаний; эвристика; модели представления знаний;

сценарии; экспертные системы (ЭС); инструментальные средства (ИС).

Первая часть содержит историю развития искусственного интеллекта, определение ИИ, цели его создания, а также задачи и проблемы ИИ.

Во втором разделе рассмотрены проблемы преобразования информации (последовательности символов), непосредственно представление знаний и его необходимые компоненты.

Это основное направление в области разработки систем ИИ. Оно связано с разработкой моделей представления знаний, созданием баз знаний, образующих ядро экспертных систем. В последнее время включает в себя модели и методы извлечения и структурирование знаний и сливается с инженерией знаний.

Третий раздел дает определение эвристики и эвристических программ. Рассмотрен конкретный пример эвристической программы.

В четвертую часть помещены материалы, касающиеся извлечения знаний, формализации их и представления в интеллектуальных системах. Здесь представлены алгоритмические, сетевые, продукционные, логические и фреймовые модели, основные определения этих моделей, языки их написания.

В разделе “Сценарии” даны основные определения и краткая история.

Шестая часть посвящена рассмотрению структуры и классификации ЭС. Здесь приведены общие сведения о технологии построения ЭС, трудности разработки, проблемы и перспективы.

Глава “Инструментальные средства” рассматривает классификацию ИС и их характеристики.

Новизна учебного пособия состоит в том, что это первый учебник в электронном виде по искусственному интеллекту. Его отличительной особенностью является систематизированность знаний по ИИ. Он представляет собой сводку результатов теории ИИ, накопленных за последние годы. Другой особенностью учебника является его практическая направленность. Изучив предложенный материал, студент может самостоятельно приступить к разработке интеллектуальной системы в роли инженера по знаниям.

Каждый раздел в учебнике начинается с меню, которое позволяет быстро находить нужную информацию.

Электронный учебник для освоения системы автоматизированного проектирования Solid Edge. Данный учебник разработан для быстрого обучения пользованием Solid Edge версии под Windows, в нем изложен материал (команды, операции), который является основным в данной системе автоматизированного проектирования.

На сегодняшний день, данный учебник является единственным в своем роде.

Главным преимуществом является то, что его материал изложен на русском языке, и это позволяет пользователям, не владеющих иностранным языком, легко обучиться работе в Solid Edge.

При создании учебника система Solid Edge использовалась для отработки последовательности построения различных элементов и для извлечения информации из ее справочной системы.

Как и любое методическое указание, учебник выполнен в виде некоторой книги, листая которую можно найти необходимый материал. В учебнике имеется несколько меню, каждое из которых является началом очередного раздела или подраздела.

Весь учебник разделен на 5 частей: введение; ознакомление с системой Solid Edge;

построение и изменение профилей; моделирование детали; сборка.

В первой части описываются общие сведения о Solid Edge в целом, ее свойствах, а также о системе как среде моделирования моделей, сборки и оформление чертежей.

Вторая часть – это ознакомление с основными функциональными группами Solid Edge. В частности, изучение окна Solid Edge и его областей, использование кнопок мыши для выполнения определенных действий, использование ленточных меню и диалоговых окон, а также настройка рабочего пространства.

Третий раздел “Построение и изменение профилей” делится на два больших подраздела:

1. “Построение профилей”, где изложены возможности команд и инструментов для рисования, построения в контексте базовых операций, динамических построений и другое. К операциям построения относится создание различных геометрических примитивов: отрезка, дуги, окружности, эллипса, квадрата, скругления, фаски.

2. “Операции построения и изменения”, где отдельно рассмотрены операции построения и операции изменения. Операции изменения условно можно разделить на операции над элементами (например, продление и усечение, перемещение и поворот, масштабирование, соединение и др.) и дополнительные операции редактирования (например, определение и задание оси вращения, формирование профиля из ребер модели и др.).

Четвертый раздел посвящен таким вопросам, как моделирование на основе базовых операций, способам навигации в трехмерном пространстве, процедурам создания элементов (базового элемента, выступа или выреза различными способами, ребра жесткости, отверстия, тонкостенного тела, скругления, фаски). Сюда относятся также процедуры редактирования элементов (непосредственное редактирование элемента, редактирование размеров элемента, удаление простого или базового элемента, переупорядочение элементов).

Последний раздел дает сведения о конструировании сборки. Он делится на подраздела:

1. “Конструирование сборки”, где описываются общие сведения при работе в среде сборки.

2. “Процедуры сборки”, которые позволяют пошагово выполнять действия, такие как вставка части деталей в сборку, применение и удаление связей сборки, поиск части в сборке, замена частей в сборках, показ и скрытие компонента сборки.

Программное средство (ПС) «Delcam Spr» является электронным учебником по продуктам компании Delcam ориентированных на САПР. Электронный учебник по освоению систем автоматизированного проектирования Power Solution включает в себя три электронных учебника для освоения систем автоматизированного проектирования Power Shape, Power Mill, ArtCAM.

• PowerShape – программа для поверхностного и твердотельного моделирования, разработки чертежной документации;

• PowerMill – подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ;

• ArtCam – дизайнерская программа, ориентированная на разработку деталей и • Справочник по программным продуктам Delcam;

• Тестовые задания с поддержкой графики;

• Упражнения для самостоятельного выполнения;

• База данных файлов и дополнительных средств, относящихся к конкретному учебному пособию;

ПС характеризуется следующими возможностями:

• Быстрым поиском нужной информации благодаря структурированному справочнику и возможностям поиска через меню;

• Интеграцией с программами PowerShape, PowerMill, ArtCAM.

• Открытой архитектуре справочников, благодаря чему пользователь сможет отредактировать учебник, добавить дополнительную информацию или создать новое учебное пособие;

• Расширяемостью ПС, благодаря открытой архитектуре и возможности загрузить любой другой дополнительный учебник.

• Дополнительным средствам настройки параметров ПС.

Программное средство «Delcam Spr» выполнено в среде Delphi версии 6.0 на языке Object Pascal с использованием программ MicrosoftWord, PhotoShop, 3DStudioMAX.

Электронный учебник по освоению программного комплекса для научных и инженерных расчетов ANSYS написан на языке Object Pascal с использованием объектноориентированной среды Delphi 6.

Данный электронный учебник состоит из следующих разделов:

1. Эволюция программы ANSYS 2. Обзор программы: интерфейс пользователя, графические возможности, процессоры, база данных, формат файлов, снижение стоимости проектирования и производства за счет использования программы ANSYS, аппаратные средства программы, семейство ANSYS-программ, иллюстративный пример.

3. Препроцессорная подготовка: твердотельное моделирование, построение сетки, параметризация модели, непосредственная генерация модели, 4. Получение решения 5. Прочностной статический анализ 6. Прочностной динамический анализ 7. Анализ устойчивости конструкций 8. Конструктивные нелинейности 9. Кинематический анализ 10. Тепловой анализ 11. Современные аналитические возможности программного комплекса и другие разделы по различным видам анализа, выполняемого с помощью ANSYS.

Работы по совершенствованию данных электронных разработок и созданию новых электронных учебников планируется продолжить со студентами в рамках дипломного проектирования по специальности «Системы автоматизированного проектирования».

В 2005 году студентами был разработан учебник по «Компьютерному инжинирингу». Учебник построен таким образом, что в нем содержатся следующие модули: интерфейсный модуль; модуль тестовых заданий; модуль о программе, содержащий сведения о разработчиках, список рекомендуемой литературы и интернет ресурсы;

На рисунке 1 представлено окно главное меню разделов учебника. Оно содержит ряд пунктов для перехода к нужному разделу учебника или для начала выполнения тестовых заданий.

Интерфейсный модуль учебника показан на рисунке 1. Он отвечает за взаимосвязь остальных модулей учебника.

Окно интерфейсного модуля справа используется для отображения информации выбранного раздела. Используя полосу прокрутки или скроллинг, вы можете просмотреть всю информацию по выбранному вопросу. Наличие графического отображения облегчает понимание изложенного материала. Левое окно содержит структуру подразделов. При выборе раздела из этого списка на окне слева отображается информация, соответствующая разделу.

С помощью поиска по странице можно найти информацию по интересующему вопросу.

Тестовые задания предназначены для проверки знаний (тестирования) и обладают следующими характерными свойствами:

• возможность выбора тестов из существующих тестовых баз;

• различное количество предложенных ответов на вопрос;

• возможность выбора только одного ответа;

По окончанию прохождения теста программа анализирует правильность ответов на вопросы и выдает окно результата.

Модуль учебника «о программе» содержит справочные данные, а именно: сведения о разработчиках, список литературы и ссылки на интернет-ресурсы.

Данные электронные учебники используются для обучения студентов по специальности «Системы автоматизированного проектирования» на старших курсах.

По таким дисциплинам, как «Разработка САПР» и «Компьютерный инжиниринг»

при проведении лабораторных и практических работ используется программный комплекс ANSYS. Часть курсовых работ также выполняется с применением ANSYS.

В рамках лабораторных работ проводятся расчеты на прочность (статический и динамический анализ) и тепловой анализ деталей и конструкций. На рис. 2, 3 и 4 приведены некоторые иллюстрации проведенных расчетов.

Рис. 2. Показ результатов расчета на прочность.

Рис. 3. Просмотр результатов расчета воздействия температуры на конструкцию Рис. 4. Результат статического расчета (Equivalent Stress).

Курсовые работы выполняются с применением различных программных продуктов.

Здесь приведен пример расчета на прочность стола в APM WinMachine.

Построение изделий осуществляется в модуле APM Structure 3D. В начале строятся стержни, которые являются ножками, затем пластиной затягивается крышка стола.

Пластине задается определенная толщина, в нашем случае это 0,5 см. В нашем примере размеры стола и стула соответствуют реальным размерам. На рис. 5 показан стол, состоящий из стержней и затянутой пластины.

Затем стержням необходимо задать сечение, которое можно найти в библиотеке стандартных сечений. Но для этого примера мы возьмем собственное сечение, которое можно сделать в меню файл-новое сечение. В открывшемся окне мы строим по размерам наше сечение, после чего сохраняем его в библиотеку стандартных сечений, при этом модуль APM Structure 3D просчитывает геометрию этого сечения. После этого задаем всем стержням стола сечение, которое сделали и просчитали. В результате получаем готовый для анализа стол. Для статического расчета стола необходимо прикладывать нагрузку на стол (будем считать, что это тяжелые предметы), а также закрепить стол (ножки стола), иначе модуль APM Structure 3D не проведет расчет. Для того, чтобы прикладывать на стола различные нагрузки, разобьем пластину стола на множество мелких.

Затем необходимо провести статический расчет. Результаты статического анализа приведены на рис. 6.

В некоторых дипломных работах проектирование и оптимизация разностенных деталей проводится с использованием программного комплекса ANSYS.

Здесь приведены лишь некоторые примеры использования CAE-систем при подготовке студентов по специальности САПР.

1. Программный комплекс ANSYS.: метод. указ. к лаб. работам / ОмГТУ, сост. А.Г.

Янишевская, Е.Н. Пергун, Н.Б. Лукьянчиков - Омск: ОмГТУ, 2005. – 24 с.

2. Янишевская, А.Г. Электронный учебник по программному комплексу ANSYS [Электронный ресурс] : Электрон.учеб. / А.Г. Янишевская, С.П. Шамец, В.А. Конарев, Е.Н.

Пергун, А.Р. Галиева, А.В. Концевой. - М.: ГКЦИТ, 2005. - №4286.

3. Янишевская, А.Г. Электронный учебник для обучения пользователей системы автоматизированного проектирования Solid Edge [Электронный ресурс] : Электрон.учеб. / А.Г. Янишевская, С.П. Шамец, Е.С. Зозуля, Ю.В. Сенькова. - М.: ГКЦИТ, 2005. - №4311.

4. Янишевская, А.Г. Электронный учебник «Искусственный интеллект» [Электронный ресурс] : Электрон.учеб. / А.Г. Янишевская, И.В. Романова, И.С. Крысов. - М.: ГКЦИТ, 2005. - №4400.

5. Янишевская, А.Г. Электронный учебник для освоения систем автоматизированного проектирования DelCam’s Power Solution: Power SHAPE, Power MILL, ArtCAM [Электронный ресурс] : Электрон.учеб. / А.Г. Янишевская, С.П. Шамец, А.Ю. Кравченко, В.К. Химченко, С.В. Борисов, А.В. Концевой. - М.: ГКЦИТ, 2005. - №4401.

6. Янишевская, А.Г. Электронный учебник по «Компьютерному инжинирингу»

[Электронный ресурс] : Электрон.учеб. / А.Г. Янишевская, А.В. Филиппов, Д.В. Неверов, А.С. Концевой. - М.: ГКЦИТ, 2005. - №5298.