Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова, Т. В. Маркова, В. В. Самсонов

УДК 514.181 + 621.391

Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова,

Т. В. Маркова, В. В. Самсонов

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ

ИНЖЕНЕРНОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ

Наталия Сергеевна Иванова, доцент

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия.

Тел.: (812)552-7514, E-mail: [email protected] Галина Анатольевна Красильникова, к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия.

Тел.: (812)552-7514, E-mail: [email protected] Татьяна Владимировна Маркова, к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия.

Тел.: (812)552-7514, E-mail: [email protected] Владимир Викторович Самсонов, к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный политехнический Университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия.

Тел.: (812)552-7514, E-mail: [email protected] Аннотация В докладе рассматриваются проблемы обучения студентов инженерной и компьютерной графике в рамках единого курса на базе КОМПлексной Автоматизированной Системы (КОМПАС-3D). Приводятся примеры тренировочных заданий для приобретения знаний, умений и навыков работы в среде чертежно-графического редактора системы — КОМПАСГрафик, необходимых при выполнении курсовых работ и курсового проекта по инженерной графике.

Ключевые слова: инженерная и компьютерная графика, КОМПАС-3D.

Проблемы комплексного обучения студентов… N. S. Ivanova, G. A. Krasilnikova, T. V. Markova,V.V. Samsonov

COMPETITIONS IN GRAPHIC DISCIPLINES AS THE STAGE

OF ENGINEERING INTELLIGENCE FORMATION

Natalia S. Ivanova1, e-mail: [email protected];

Dr. Galina A. Krasilnikova1, e-mail: [email protected];

Dr. Tatiana V. Markova1, e-mail: [email protected];

Dr. Vladimir V. Samsonov1, e-mail: [email protected].

St. Petersburg Polytechnical University, Russia Abstract The report considers the problem of teaching engineering and computer graphics in a single course on the basis of the Integrated Automated System (КОМПАС-3D). Here we represent the examples of training tasks applied to acquire knowledge and skills when working in the environment of software system "КОМПАС" graphic editor which are necessary to perform course projects on engineering graphics.

Key words: engineering and computer graphics, КОМПАС-3D.

Развитие средств автоматизированного проектирования, постепенный переход от бумажного документирования к электронному обусловливает необходимость модификации учебных программ дисциплин инженернографического цикла. В соответствии с новыми учебными планами подготовки бакалавров по таким направлениям как 150000 «Металлургия, машиностроение и материалообработка», 190000 «Транспортные средства», 220000 «Автоматика и управление», изучение компьютерных технологий создания конструкторской документации начинается уже с первого года обучения студентов в рамках курса инженерной графики [1]. В связи с этим, в рабочие учебные программы дисциплин «Инженерная графика» и «Инженерная и компьютерная графика» включены разделы по изучению правил и освоению приемов разработки конструкторских документов в среде автоматизированной системы проектирования КОМПАС-3D.

Комплексная программа обучения отвечает требованиям федерального государственного стандарта, расширяет возможности преподавателей в подаче материала, повышает интерес студентов к графическим дисциплинам, поэтому позволяет добиться лучших результатов в их освоении. Однако при таком подходе возникает ряд проблем. Различный уровень базовых знаний студентов в области компьютерных технологий требует большей индивидуализации в организации учебного процесса. Дополнительной нагрузкой для преподавателя является проверка электронных чертежей и Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова, Т. В. Маркова, В. В. Самсонов осуществление контроля самостоятельности работы студентов при выполнении графических работ с использованием САПР. Объединение инженерной и компьютерной графики требует более интенсивной работы и от студентов: автоматизированные способы работы с чертежом и другими документами не исключают необходимости знания и понимания теоретических основ и положений курса. Так, в первом семестре студенты изучают начертательную геометрию как основу построения чертежа, элементы его оформления [2]. Во втором семестре программой дисциплины предусмотрено выполнение эскизов и чертежей деталей, изучение правил нанесения размеров, шероховатости поверхностей, обозначения резьбы, изображения разъемных соединений, оформления сборочных чертежей и спецификаций. Компьютерные технологии разработки конструкторской документации используются студентами при выполнении ряда индивидуальных графических заданий и курсовой работы «Разъемные соединения», являясь при этом самостоятельным объектом для изучения. Таким образом, приобретаются навыки выполнения чертежно-графических работ традиционным и современным, компьютерным способом. В третьем семестре в курсовом проектировании студенты разрабатывают комплект конструкторской документации на сборочную единицу полностью в автоматизированной среде.

В условиях комплексной программы обучения практические аудиторные занятия направлены на решение одновременно двух задач: изучение правил оформления и разработки конструкторской документации, а также основных принципов выполнения электронного чертежа в КОМПАСГрафик, чертежно-графическом редакторе системы. Используются различные способы подачи учебного материала: это и установочные лекции по каждому разделу курса, подготовленные на базе демонстрационных компьютерных систем, плакаты и натурные образцы, а также упражнения по изучению системы КОМПАС-3D, выполняемые студентами одновременно с преподавателем в режиме мастер-класса.

Для самостоятельной проработки всех разделов дисциплины студентам предоставляются различные справочные материалы и пособия [3, 4, 5, 6, 7, 8], как в печатном варианте, так и в электронном.

Помимо интенсивной аудиторной работы, решение проблемы усвоения планируемого объема информации, на взгляд авторов, заключается в активном и грамотном использовании при выполнении индивидуальных графических работ возможностей программного комплекса, настройки которого и многочисленные приложения основаны на стандартах Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) [9]. Применение системы как инструмента для получения качественной графической документации, а также использование ее библиотек на базе электронных справочников позволяет сократить трудозатраты и, в целом, значительно улучшить конструкторскую подготовку студентов.

Для более глубокого изучения структуры чертежно-графического модуля системы и приобретения навыка работы с его инструментами студентам предлагается выполнить ряд упражнений самостоятельно. Для этих целей преподавателями кафедры подготовлено учебное пособие, в котором наряду с кратким описанием возможностей программы и рекомендациями по их практическому применению, включены упражнения, представляющие собой пошаговые инструкции по выполнению тренировочных заданий, которые содержат типовые элементы графических и текстовых конструкторских документов (пособие размещено на сайте кафедры).

Первое упражнение «Введение в систему КОМПАС-График» направлено на изучение интерфейса системы, панелей инструментов, различных настроек системы, созданию, сохранению и печати документов. Рассматривается ряд принципиальных отличий алгоритма создания чертежа на компьютере от традиционного черчения на кульмане.

Второе и третье упражнения предназначены для освоения основных команд системы и методов создания чертежей деталей. Выполняя эти упражнения, студенты отрабатывают различные приемы получения изображений (рис. 1), знакомятся с некоторыми библиотеками системы КОМПАС и принципами работы с ними (рис. 2). Ниже приведен фрагмент одного из упражнений пособия (табл. 1). Форма упражнений позволяет самостоятельно шаг за шагом изучать структуру системы и приобретать навык работы в ее среде.

Четвертое, пятое и шестое упражнения содержат инструкции по использованию таких сервисных возможностей системы, как послойное конструирование изделия, применение фрагментов в формировании чертежа, изменение масштаба изображения.

Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова, Т. В. Маркова, В. В. Самсонов Седьмое упражнение знакомит с приемами создания параметрических объектов и особенностями работы с ними, позволяет понять суть библиотечных элементов системы и, в дальнейшем, формирования моделей для собственной библиотеки.

Выполнив восьмое упражнение, студенты научатся разрабатывать сборочные чертежи, используя возможности конструкторской библиотеки системы КОМПАС при изображении стандартных крепежных элементов.

На рис. 3 представлены этапы формирования изображения шпилечного соединения на базе библиотеки стандартных изделий системы. В процессе выполнения этого упражнения студенты не только знакомятся со структурой и содержанием библиотеки, но и приобретают начальные навыки конструирования, «собирая» стандартные соединения из их компонентов в определенной последовательности. Устанавливая в опциях диалоговых окон запрашиваемые системой параметры (диаметр резьбы, шаг резьбы, длина шпильки и др.), студенты лучше понимают их значение и взаимосвязь. Так, например, при выборе в диалоговых окнах резьбового отверстия и шпильки разных значений шага резьбы, на чертеже нельзя получить правильное изображение резьбового соединения.

Использование прикладной библиотеки Компас 1. Откройте файл «Цилиндр направляющий».

2. На главном виде выполните изображение глухого резьбового отверстия М18.

Для этого щелкните на кнопке с пиктограммой Менеджер библиотек на Стандартной панели и вызовите прикладную библиотеку КОМПАС (папка Прочие). В папке Резьбовые отверстия из перечня резьбовых отверстий выберите Глухое отверстие и двойным щелчком откройте окно Отверстие резьбовое глухое с фаской. В диалоговом режиме назначьте параметры этого отверстия. От предложения Ось рисовать следует отказаться, так как ось на чертеже уже имеется. Установите фантом изображения глухого отверстия на главном виде, указав точку вставки и задав на панели свойств угол поворота 90.

3. Изобразите резьбовое отверстие М4 на главном виде, а затем на виде слева.

Для изображения отверстия на главном виде выберите из перечня папки Резьбовые отверстия Сквозное отверстие с фаской и придайте ему длину нарезанной части (поле Глубина) 6 мм. Продлите основные линии отверстия до очерка сферы (команда Выровнять по границе). Проведите линию ограничения длины резьбы. Для изображения отверстия на виде слева выберите из перечня надпись Внутренняя резьба. Придав требуемые значения параметрам отверстия, вставьте его в чертеж.

4. Изобразите на главном виде резьбовое отверстие М8.

5. На виде сверху изобразите его горизонтальную проекцию.

6. Используя команду Копия по окружности панели Редактирование, постройте недостающие резьбовые отверстия на виде сверху.

7. На виде сверху постройте линию пересечения сферы с цилиндром по четырем опорным точкам, используя команду Кривая Безье (инструментальная панель Геометрия).

8. Выполните штриховку. Сохраните файл.

Рис. 3. Формирование изображения шпилечного соединения Девятое и десятое упражнения предназначены для приобретения навыка составления спецификации, как в ручном, так и в автоматизированном режиме. Полученные навыки используются непосредственно при выполнении курсового проекта «Разработка конструкторской документации на техническое устройство по схеме, Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова, Т. В. Маркова, В. В. Самсонов описанию и чертежам деталей».

Предусмотрен промежуточный контроль освоения студентами рассматриваемых в упражнениях функциональных возможностей системы.

Один из вариантов тестовых заданий представлен в таблице 2. Для успешного выполнения задания необходимы не только знания системы Компас и владение навыками работы в ней (методиками построения контура детали, настройки элементов системы, возможностей управления масштабом изображения и масштабирования чертежа, использования прикладных библиотек и текстовых шаблонов), но и основ начертательной геометрии. Таким образом поддерживается взаимосвязь разделов курса инженерной графики.

Отметим, что выполнение предложенного комплекса заданий – лишь первый этап обучения студентов компьютерным технологиям создания конструкторской документации. Приобретенные знания, умения и навыки работы в среде системы КОМПАС-График будут востребованы при изучении современных средств трехмерного моделирования, в частности, на базе соответствующего модуля системы КОМПАС-3D.

Выполнение чертежей с использованием компьютерных средств, несомненно, более привлекательно для студентов, по сравнению с традиционным черчением. Немаловажно и создание условий для актуализации интеллектуального потенциала студентов, а также формирование положительной мотивации [10]. Увлеченные студенты самостоятельно осваивают функции системы, не предусмотренные для изучения программой курса, и с удовольствием участвуют в олимпиадах по компьютерной графике, как внутривузовских, так и региональных [11, 12], которые ежегодно проводятся в Санкт-Петербурге.

Полученный опыт позволит учащимся быстро освоить и более сложные графические программные продукты, используемые на предприятиях различных отраслей промышленности, в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях.

В заключение хочется отметить, что особенностью учебного процесса по дисциплине «Инженерная графика» всегда являлась высокая степень индивидуализации обучения, обусловленная персональным характером графических заданий, а также значительная трудоемкость выполнения и проверки этих заданий.

При комплексном подходе обучения студентов инженерной и компьютерной графике проблема трудоемкости проверки графических работ и контроля знаний становится еще более актуальной. Проверка электронного чертежа заметно повышает нагрузку на зрение. Невозможность зачастую увидеть весь чертеж на экране монитора в масштабе, удобном для работы, увеличивает время проверки чертежа. Наконец, трудности, возникающие при фиксировании замечаний преподавателя в электронном документе и, как следствие, несвоевременное исправление ошибок увеличивают в неПроблемы комплексного обучения студентов… сколько раз число обращений студентов за консультацией.

Создать фрагмент. Сохранить в Команды панелей Геометрия и Размеры, в частсвою папку. ности: Многоугольник, Осевая по двум точкам, Фиг. 1:

Размеры разместить на специально созданном для этого слое «Размеры» (цвет – красный).

Настроить сохранение новых Вставка фрагмента. Команды панелей Геометдокументов по Обозначе- рия, Редактирование, Обозначения, Размеры.

Создать и оформить на основе резьбового и гладкого отверстий; вставка неука- 20 - 30 мин фрагмента чертежи деталей занной шероховатости (Ra 6,3), технических тресогласно фиг. 2-4. Формат А4. бований (настройка размещения), настройка отоЧертежи фиг. 3, 4 выполнить в бражения размеров и обозначений (работа с памасштабе 1:2. Размеры и обо- нелью свойств - выбор нужных режимов), основзначения разместить на слое ная надпись – использование текстовых шаблоРазмеры». Настроить разме- нов. Фиг. 3:

щение размеров строго в соот- Фиг. 3: Масштабирование, управление масшта- 20 - 30 мин ветствии с рисунками. бом изображения (виды), Деформация сдвигом.

Сохранить после заполнения Фиг. 4: оформление выносного элемента (созда- Фиг. 4:

полей Обозначение и Наимено- ние вида), Конструкторская библиотека; по- 15 - 20 мин вание основной надписи. строения с помощью вспомогательных прямых.

Н. С. Иванова, Г. А. Красильникова, Т. В. Маркова, В. В. Самсонов Частично эта проблема решается предварительным выполнением чертежа в эскизном варианте и промежуточными распечатками его электронной версии. В курсовом проектировании выполнение эскизного варианта компоновки сборочного чертежа является обязательным этапом работы над проектом. Это позволяет преподавателю оценить самостоятельность работы студента уже на первом этапе проектирования и снизить вероятность тиражирования готовых вариантов заданий.

Анализ проблем, возникающих в учебном процессе при изучении дисциплины «Инженерная и компьютерная графика», позволяет, по мнению авторов, рекомендовать в нормах расчета учебной нагрузки ограничить количество студентов в группе на одного преподавателя (не более восьми) и увеличить количество часов, отводимое для консультаций (от до 2-х часов на студента в семестр).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волошинов Д.В., Иванова Л.Б., Юрова С.А. Об особенностях и перспективах преподавания дисциплин инженерно-графического цикла в условиях действия федеральных образовательных стандартов третьего поколения на кафедре прикладной геометрии и дизайна // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конференции / Под ред. М.М. Радкевича и А.Н. Евграфова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – С. 35-47.

2. Использование технологий 3-D моделирования для изучения пространственных форм в курсе "Начертательная геометрия" / Н.С. Иванова [и др.] // Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке: материалы XVI Международной научнометодической конференции 13-14 февраля 2009 года, СанктПетербург. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – С. 314-315.

3. Иванова Л.Б., Крыжановская И.М., Маркова Т.В. Инженерная графика. Разработка конструкторской документации на сборочную единицу: метод. указания. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. – 63 с.

4. Инженерная графика. Основы оформления конструкторской документации: учеб. пособие / Иванова Л.Б. [и др.]]. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 140 с.

5. Инженерная графика. Разъемные соединения: учеб.пособие / Ю.Я. Андрейченко [и др.] — СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. – 90 с.

6. Маркова Т.В., Крыжановская И.М. Инженерная графика. Обозначение шероховатости поверхностей на чертежах: учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. – 45 с.

7. Меркулова О.В., Тарелкин С.М., Юрова С.А. Инженерная графика.

Сборка по схеме: учебно-методическое пособие. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 79 с.

8. Самсонов В.В., Красильникова Г.А. Автоматизация конструкторских работ в среде Компас- 3D: учеб. пособие. – М.: Изд-во «Академия», 2009. – 224 с.

9. Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей: сборник. – М.: Издательство стандартов, 2001. – 10. Афанасьева И.Б., Иванова Н.С., Смирнова И.С. Управление педагогическим процессом при обучении начертательной геометрии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб., 2011. – №1(117):

Наука и образование. – С. 302-308.

11. Олимпиада как одна из форм повышения уровня знаний студентов / Н.С. Иванова [и др.] // Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке: материалы XV Международной научно-методической конференции : 15 -16 февраля 2008 года, СанктПетербург. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – Т.1. – С. 212-213.

12.Олимпиады по графическим дисциплинам — этап формирования инженерного интеллекта / Н.С. Иванова [и др.] // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конференции / Под ред. М.М. Радкевича и А.Н. Евграфова.

– СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – С. 72-81.