10 - 2013

Применение системы КОМПАС-3D в преподавании инженерных дисциплин

Наталия Сторчак
Доцент кафедры механики, Волжский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО ВолгГТУ, г. Волжский

Широкое внедрение компьютерных технологий в производство предполагает подготовку квалифицированных специалистов, способных использовать современные системы автоматизированного проектирования.

Город Волжский — это один из крупнейших промышленных городов Нижнего Поволжья, и подготовка высококвалифицированных инженеров является одной из актуальных задач. Волжский политехнический институт (филиал Волгоградского ГТУ) одним из первых ввел в программу обучения дисциплины «Машинная графика», «Компьютерная графика» и «Инженерная и компьютерная графика». Целью данных дисциплин является изучение компьютерного проектирования на базе известных графических программ. Преподавание компьютерной графики в Волжском политехническом институте осуществляется на кафедре механики. Одной из базовых программ, используемых в учебном процессе, является система автоматизированного проектирования КОМПАС­3D.

 КОМПАС­3D — это отечественный программный продукт, позволяющий не только автоматизировать создание конструкторских документов, но и выполнять их в строгом соответствии с ЕСКД, что отличает его от ведущих иностранных систем проектирования.

По данной программе преподавателями ВПИ разработаны учебные пособия и лабораторные практикумы, рекомендованные Учебно­методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебных пособий для студентов, обучающихся по направлению «Конструкторско­технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Как правило, современные студенты не знакомы с такими инструментами, как кульман, циркуль, рейсшина и т.п. Теперь в конструкторской практике все чаще используются не циркуль и линейка, а компьютер, специализированные программы, графопостроители. Утратило актуальность и использование аксонометрии (наглядного проецирования на некоторую плоскость). Создание объемных моделей с помощью специальных программ — куда более легкий и удобный способ увидеть пространственную фигуру. Еще в начале XX века знаменитый голландский художник Мориц Корнилис Эшер пытался в своих гравюрах соединить плоские и пространственные изображения (рис. 1).

Рис. 1. Гравюра М. К. Эшера «Рептилии»

Рис. 1. Гравюра М. К. Эшера «Рептилии»

Компьютер и систему КОМПАС­3D можно представить как некий электронный кульман, который позволяет получать более качественную и точную конструкторскую документацию за более короткий срок.

Задача преподавателя — научить студентов не только использовать различные команды в построении чертежа, но и применять определенные методики, например построение графических образов с помощью слоев или вспомогательных линий.

Трехмерное моделирование стало активно развиваться с начала 1990­х годов. К сожалению, еще многие конструкторы, инженеры и преподаватели, особенно старшего поколения, недооценивают возможности виртуальной модели в разработке нового изделия и воспринимают этот процесс как некую игру, детское развлечение. Однако плоское проектирование неестественно для человека и требует достаточно сложной подготовки. Мы живем в окружении трехмерных объектов и мыслим в трехмерном пространстве. Нам легче воспринимать виртуальную объемную модель, нежели при прочтении плоского чертежа воображать трехмерное тело.

Рис. 2. Конкурсная работа «Приспособление для проверки пружин»

Рис. 2. Конкурсная работа «Приспособление для проверки пружин»

Рис. 2. Конкурсная работа «Приспособление для проверки пружин»

Новое направление компьютерной графики — 3D­моделирование, в основе которого лежит не чертеж, а трехмерная геометрическая модель, получило широкое распространение в самых разных областях человеческой деятельности. Поэтому в процессе обучения в нашем вузе значительное внимание уделяется методикам построения трехмерных моделей деталей и моделей сборочных единиц. При этом особое место отводится использованию параметризации.

Нашими преподавателями разработана лабораторная работа «Создание параметрических (гибких) моделей сложной формы и построение ассоциативных видов в КОМПАС­3D». Выполняя данную работу, студенты обучаются не просто использовать программный продукт, а использовать его максимально эффективно. Им предлагается по заданным вариантам построить модель детали, после чего преподаватель меняет определенные параметры. Если в результате внесенных изменений модель перестроилась, не потеряв своего гармоничного вида, и не распалась на отдельные элементы, то считается, что студент успешно справился с заданием.

Рис. 3. Вариатор конусный

Рис. 3. Вариатор конусный

В процессе обучения инженерной графике преподаватели часто используют термин «чтение чертежей»: студенту выдается сборочный чертеж и предлагается выполнить по нему несколько чертежей отдельных деталей. Cтудент должен «прочитать» сборочный чертеж, то есть увидеть за плоскими линиями объемные тела, их конструкцию и форму.

Тема «чтения чертежей» уже на более высоком уровне продолжается в лабораторной работе «Моделирование сборок»: студенты не только учатся видеть отдельные формы и конструкции в сборочном чертеже, но и получают уникальную возможность создать виртуальные модели отдельных деталей и собрать их в тот или иной механизм, тем самым постигая некоторые навыки слесаря­сборщика.

Рис. 4. Насос

Рис. 4. Насос

Результатом такого разностороннего обучения стало активное участие наших студентов в Конкурсе Будущих Асов компьютерного 3D­моделирования, учрежденном компанией АСКОН. В 2009 и 2012 годах наши работы «Вариатор конусный» (автор проекта Виталий Платонов), «Приспособление для проверки пружин» (авторы проекта: Николай Суботин и Александр Рыльков) и «Насос 3В 40/63ГТ­ВМ» (автор проекта Никита Журкин), заняли первые места в номинации «До 200 деталей» (рис. 2­4).

Преподаватели Волжского политехнического института не только обучают студентов работе в системе КОМПАС­3D, но и используют возможности данного программного продукта в процессе изложения материала по начертательной геометрии и инженерной графике. Как уже говорилось, далеко не каждому дана способность видеть за изображением плоских линий объемные тела. При выполнении построений на доске студенты часто не понимают их смысла. И в данном случае КОМПАС­3D становится для преподавателя настоящим помощником. В системе мы имеем возможность одновременно построить комплексный чертеж гиперболического параболоида на доске и увидеть его в объеме на плазменной панели или экране компьютера.

При рассмотрении позиционных задач, которые считаются наиболее сложными в инженерной графике, с помощью трехмерных моделей можно показать студентам сечение геометрических тел плоскостями и сферами, а также линии пересечения различных поверхностей.

Рис. 5. Учебный класс

Рис. 5. Учебный класс

КОМПАС­3D используется преподавателями и в научных исследованиях. С помощью этой САПР разработана новая методика определения площади контакта вала с поверхностью подшипника скольжения и объем износа вала. Методика достаточно проста и не требует сложных расчетов, при этом позволяет получать необходимые величины с большей точностью.

САПР КОМПАС­3D позволяет моделировать реальные вкладыши подшипников скольжения с учетом их разнотолщинности, полученной в процессе изготовления. При этом различную толщину могут иметь не только два вкладыша, но и один вкладыш по различным сечениям. Соединяя модели вкладышей в условную втулку и определяя положение центра масс, можно подобрать варианты, в которых центр масс будет иметь наименьшее отклонение от теоретической модели, и тем самым определить наиболее благоприятные сочетания вкладышей для оптимизации работы ДВС и других механизмов и машин, в которых применяются подшипники скольжения.

Осуществляя процесс обучения, необходимо помнить, что развитие науки и техники требует постоянной корректировки и совершенствования рабочих программ. Внедрение системы КОМПАС­3D в учебный процесс дает возможность вести обучение на качественно новом уровне. Студенты, изучающие данную программу в рамках дисциплин «Машинная графика» и «Компьютерная графика» (рис. 5), становятся специалистами высокого класса, обладающими всеми необходимыми в современных условиях профессиональными навыками. 

САПР и графика 10`2013