Изучение дисциплины САПР на основе программных продуктов АСКОН

Александр Исаев
К.п.н, доцент, директор авторизированного учебного центра «АСКОН-ЯГТУ»
Дарья Федорова
На момент написания статьи — студентка кафедры профессионального обучения ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный технический университет»

В 2014 году в Центре «АСКОН­ЯГТУ» для организации электронного документооборота по ряду дисциплин была установлена система ЛОЦМАН:КБ. Данная система предназначена для автоматизации управления проектированием и электронным архивом на промышленных предприятиях. Интуитивно понятный интерфейс, минимальное время на освоение принципов работы, а также широкие возможности по работе с документами обусловили использование данного продукта в учебном процессе. Можно выделить два взаимосвязанных направления применения ЛОЦМАН:КБ в техническом вузе:

• повышение квалификации про­фессорско­препода­ва­тельского состава (для последующего обучения студентов технических специальностей в рамках какой­либо дисциплины);
• использование программного продукта в качестве системы для организации электронного документооборота (в рамках дисциплины, кафедры, факультета или вуза в целом).

В настоящее время ЛОЦМАН:КБ используется совместно с системой проектирования КОМПАС­3D V15 и расчетно­информационной системой «Электронный справочник конструктора» для проведения занятий по дисциплине «Системы автоматизированного проектирования» направления 44.03.04 «Профессиональное обучение». Дисциплина реализуется на базе авторизированного учебного центра «АСКОН­ЯГТУ» (рис. 1) и ставит своими целями ознакомление студентов с концепцией современного автоматизированного производства, системой автоматизированного проектирования конструкторско­технологической документации в системе КОМПАС­3D. На данную дисциплину учебным планом в четвертом семестре отведено 72 часа (из них 36 часов аудиторных занятий).

Рис. 1. Дисплейный класс АУЦ «АСКОН-ЯГТУ»

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

• способность конструировать детали, узлы механизмов, а также развивать графическую компетентность;
• готовность разрабатывать конструкторско­технологическую документацию с помощью систем автоматизированного проектирования.

В результате изучения дисциплины студент должен:

• ?знать:

- интерфейс системы,

- основные приемы создания трехмерных деталей и сборок в системе КОМПАС­3D,

- алгоритмы сокращения времени разработки моделей и сборок за счет применения оптимальных способов проектирования;

• ?уметь:

- разрабатывать трехмерные модели деталей в системе КОМПАС­3D на основе параметрических эскизов,

- разрабатывать трехмерные сборки с использованием команд сопряжения и создавать сборки «на месте»,

- создавать ассоциативные чертежи на основе разработанной трехмерной модели;

• ?владеть:

- методикой создания трехмерных моделей деталей в системе КОМПАС­3D,

- методикой создания трехмерных моделей и сборок.

Данная дисциплина опирается на ранее изученную дисциплину «Компьютерная графика» (реализуется кафедрой инженерной графики и начертательной геомет­рии) и является ее логическим продолжением. Студенты, имеющие представление о создании чертежей, спецификаций и текстовых документов, в кратчайшие сроки переходят на трехмерное моделирование. В связи с этим в учебном плане не предусмотрены лекционные занятия, а только лабораторные.

За основу организации занятий по дисциплине взята операционно­комплексная система обучения.

На первом этапе студенты после проведения вводного инструктажа, под руководством преподавателя, овладевают приемами работы с основными командами твердотельного моделирования (выдавливание, вращение, кинематическая операция, операция по сечениям, а также аналогичные команды вырезания). Именно эти команды являются наиболее востребованными при создании трехмерной модели детали. Для овладения всеми тонкостями работы с данными командами (режимы, переключатели, особенности выбора элементов детали и т.д.) был разработан комплекс упражнений, размещенных в университетской системе дистанционного обучения Moodle (рис. 2) [5].

Рис. 2. Фрагмент главного окна дисциплины САПР в СДО Moodle

Рис. 3. Задание на выполнение детали «пластина»

Каждое упражнение содержит задание, необходимые графические материалы, справочную информацию об используемых в данном упражнении командах (рис. 3), а также полную структуру построения трехмерной модели детали. Представлены упражнения по трехмерному моделированию твердотельных и листовых тел, поверхностному моделированию и сборкам [4].

В СДО Moodle создано избыточное количество упражнений, что позволяет использовать разные их варианты для каждой группы/подгруппы, подстраиваясь под уровень студентов, а также предлагать неразобранные на аудиторных занятиях упражнения для успевающих студентов в качестве дополнительных заданий. Кроме того, упражнения могут выполняться студентами не только в рамках аудиторных занятий, но и дома, для повторения изученного ранее материала.

В учебном процессе активно используются:

?азбуки КОМПАС­3D — доступны через функционал системы и позволяют изучить (повторить) алгоритмы работы с командами, а также последовательность создания деталей и сборок;

?группы в соцсетях (ВКонтакте, Одноклассники, Твиттер и др.) —позволяют получить помощь от участников данных групп при возникновении затруднений при создании моделей. Среди разнообразных групп можно выделить официальные группы: КОМПАС­3D (http://vk.com/kompas_home), АУЦ АСКОН­ЯГТУ (http://vk.com/ascon.ystu) — рис. 4, и др.;

?видеоролики упражнений (размещенные, например, на канале http://www.youtube.com) [3].

Для контроля освоения студентами конкретной команды в конце темы предусмотрена самостоятельная работа (как для ­аудиторного, так и внеаудиторного выполнения). Вариант задания на самостоятельную работу представлен на рис. 5.

Рис. 4. Группа АУЦ «АСКОН-ЯГТУ» в соцсети ВКонтакте

Рис. 5. Вариант самостоятельной работы на команду
Операция выдавливания

Рис. 6. Комплексное задание

Результаты могут быть сохранены студентом в систему ЛОЦМАН:КБ или в локальную рабочую папку группы. Первый вариант является более предпоч­тительным, поскольку в течение семестра формируется портфолио каждого студента по данной дисциплине, при этом файлы «не исчезнут», что часто случается у студентов при работе в общих дисплейных классах или при случайном сохранении в другую папку локального диска. Кроме того, часть выполненных деталей используется в последующих упражнениях, поэтому их потеря нежелательна.

На втором этапе студенты выполняют комплексные задания, объединяющие в одной детали все ранее изученные команды (рис. 6). Деятельность студента на данном этапе приближена к производственной.

На данном этапе преподаватель является консультантом. Студенты выполняют задание самостоятельно, а преподаватель отвечает на возникающие вопросы, контролирует ход выполнения работы и указывает на ошибки. При возникновении ошибок, характерных для всей группы/подгруппы, преподаватель проводит текущий инструктаж, на котором разбирает способы их устранения. Результат в виде трехмерной модели детали проверяется преподавателем и сохраняется в портфолио.

Комплексных заданий в дисциплине несколько, что позволяет преподавателю отслеживать процесс усвоения материала в рамках всей дисциплины.

На третьем этапе студентом выполняется итоговая работа. Задание является более сложным и содержит большее количество операций (как моделирования детали, так и сборки узлов). На данном этапе студент работает самостоятельно. Результат проверяется преподавателем, выставляется оценка. Модель или сборка заносится в ЛОЦМАН:КБ в портфолио студента.

Рис. 7. Трехмерная модель детали «вал-шестерня» в Adobe Reader

На четвертом этапе бригадами студентов (два­три человека) выполняется расчетно­графическая работа, имитируя небольшое конструкторское бюро. В каждой бригаде выбирается (назначается) руководитель — «главный конструктор». Каждой бригаде выдается задание на создание трехмерной сборки какого­либо узла в системе КОМПАС­3D.

Представление исходных данных для РГР может быть в виде:

• ?альбомов чертежей и сборочных единиц (в печатном или электронном виде) [1 и 2, 6];
• ?карточек­заданий в печатном
  и/или электронном виде;
• ?ГОСТов (при изучении создания исполнений и работе с таблицей данных);
• ?PDF­документов 3D­моделей деталей и узлов (рис. 7), разработанных преподавателем (позволяют более детально ознакомиться с конструкцией предлагаемого для разработки узла);
• ?файлов компоновочной геомет­рии, разработанных преподавателем;
• ?реальных изделий (позволяет помимо выполнения трехмерной модели изучить назначение, конструкцию, принцип действия, а также научиться выполнять эскизирование с реального объекта).

Оно размещается преподавателем в ЛОЦМАН:КБ с установленными правами доступа. Студенты бригады имеют доступ только к своему заданию (рис. 8).

Система ЛОЦМАН:КБ (рис. 9) позволяет выполнять задание удаленно, в удобном для студента месте. При этом все результаты (модели деталей, чертежи, подсборки и сборка) хранятся на сервере. Это позволяет любому участнику бригады ознакомиться с уровнем выполнения задания, использовать выполненные на данном этапе детали и узлы другого участника для своей части работы, и, при необходимости, помочь, если возникают затруднения.

Рис. 8. Кран-регулятор подачи топлива в КОМПАС-3D V16

Рис. 9. Формирование структуры в ЛОЦМАН:КБ

Рис. 10. Вторичное представление крана-регулятора подачи топлива в ЛОЦМАН:КБ

Рис. 11. Ведомость материалов крана-регулятора подачи топлива в ЛОЦМАН:КБ

В процессе работы преподаватель может дистанционно контролировать процесс выполнения задания (рис. 10 и 11), определить долю каждого участника, а также средствами системы внести замечания к разрабатываемым документам. Данные замечания позволят устранить ошибки и недочеты на ранних стадиях выполнения РГР.

Выполненные студентами и утвержденные преподавателем работы (с использованием функционала ЛОЦМАН:КБ) помещаются в архив системы.

Применение архива в учебном процессе дает возможность преподавателю в качестве задания для РГР выдавать достаточно крупные узлы, разбивать их на части и осуществлять их разработку в течение длительного времени без потери данных и прекращения работы.

Таким образом, по результатам внедрения комплекса по дисциплине «Системы автоматизированного проектирования» можно сделать следующие выводы:

• комплекс программного обеспечения (КОМПАС­3D и ЛОЦМАН:КБ) эффективно использовать при изучении технических дисциплин;
• система ЛОЦМАН:КБ является эффективным инструментом для организации самостоятельной работы студентов в рамках аудиторных занятий, РГР, курсовых работ и проектов, а также выпускных квалификационных работ технического профиля. Кроме того, она позволяет организовать полнофункциональный электронный документо­оборот учебных документов.

Полученные знания по ЛОЦМАН:КБ и КОМПАС­3D будут использованы при изучении САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ в шестом семестре и формировании цепочки КОМПАС­График (включая приложения) ® КОМПАС­3D (включая приложения)/ЛОЦМАН:КБ ® САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ.

В перспективе рассматривается внедрение системы прочностных расчетов APM FEM в учебный процесс по дисциплине «САПР», что позволит более полно отразить конструкторско­технологическую подготовку производства. 

Литература:

1. Борковская Л.В. Альбом заданий для выполнения сборочных чертежей/ Л.В. Борковская. М.: Машиностроение, 1974. 73 с.
2. Бахнов Ю.Н. Сборник заданий по техническому черчению/ Бахнов Ю.Н. М.: Высшая школа, 1984. 160 с.
3. Винтовая линия в Компас­3D. Видеоурок [Электронный ресурс]/ Исаев А.Н. Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=uRe­BnDYi18.
4. Исаев А.Н. Методика проектирования листовых тел в КОМПАС­3D: учебно­практическое пособие / А.Н. Исаев. Ярославль: Изд. дом ЯГТУ, 2015. 208 с.
5. Исаев А.Н., Шевчук В.Ф., Герасимова Н.О. Дидактическое сопровождение учебного процесса технического вуза в системе MOODLE. [Текст] / А.Н. Исаев, В.Ф. Шевчук, Н.О. Герасимова // Теория и методика профессионального образования: Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2012. № 4­1 (55). С. 39­41.
6. Кувшинов Н.С. Изделия приборостроения. Альбом рабочих чертежей: Учебное пособие/ Кувшинов Н.С. Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007. 128 с.

САПР и графика 12`2015