9 - 2000

Применение отечественных программных продуктов в учебном процессе

И.С. Моисеева, Н.Н. Голдина, А.С. Белозерцев, С.В. Шахов

Для студентов Воронежской государственной технологической академии (ВГТА), факультет пищевых машин и автоматов (ПМА), на кафедре машин и аппаратов пищевых производств (МАПП) читается несколько дисциплин (САПР, техоборудование и спецоборудование отрасли, расчет и конструирование, холодильная техника и т.п.), требующих от студентов навыков автоматизированного проектирования путем непосредственной работы с пакетами прикладных программ САПР. При подготовке занятий возникла необходимость в выборе программного обеспечения — в первую очередь чертежно-графического редактора и системы расчета, — отвечающего целому ряду требований.

Несмотря на широкое пропагандирование и распространение зарубежных САПР, в частности AutoCAD, до настоящего времени при изучении специализированных дисциплин кафедры они не применялись из-за того, что не учитывали отечественных стандартов.

Для изучения специальных дисциплин нами выбраны одна из новейших разработок фирмы «Аскон» — графический пакет КОМПАС-ГРАФИК 5, который учитывает требования ЕСКД, да к тому же легко усваивается, и инструментально-экспертная система автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве АРМ WinMachine.

Новая оригинальная технология обучения студентов вырабатывает у них навыки использования чертежно-конструкторского редактора КОМПАС-ГРАФИК 5.

Во втором семестре прошлого учебного года практические работы по дисциплине САПР проводились на базе учебного комплекса вычислительного центра ВГТА, где были установлены демонстрационная версия пакета, позволяющая работать с ним в полном объеме, и электронная версия инструкции по его эксплуатации.

К каждому занятию подготавливались задания, выполнение которых позволяло студентам освоить возможности редактора и приобрести навыки работы с графическим пакетом. В начале занятия преподаватель ставил задачу и объяснял особенности ее выполнения. Основное внимание уделялось вводу и редактированию геометрических объектов, простановке размеров, допусков и требований, использованию возможностей текстового процессора и автоматическому формированию спецификаций, работе с прикладной машиностроительной библиотекой.

При затруднениях в выполнении какой-либо операции студент имел возможность либо проконсультироваться с преподавателем, либо применять оперативную помощь, предусмотренную редактором, либо вызвать на экран соответствующий раздел руководства по использованию, где отражены все особенности и возможности выполнения процедур. Согласно методике по использованию обучение строилось на заранее разработанных примерах (рис. 1), оформленных в виде графических файлов-заданий. Упражнения построены таким образом, что студент учится строить не просто абстрактные отрезки, окружности, прямоугольники и т.п., а решать конкретные задачи.

Графическая часть файла-задания обычно состоит из двух частей. Одна из них помечена как образец. На образце изображено то, что студенты должны получить в результате выполнения задания. Образец дан студенту для самостоятельного контроля правильного выполнения задания.

Алгоритм задания дается в виде последовательных пронумерованных шагов. Следуя указаниям преподавателя, студент выполняет предлагаемое задание. Одно и то же построение чертежа можно выполнить несколькими способами, и предлагаемый порядок действий является далеко не единственным, поскольку в разных заданиях по возможности используются различные приемы типовых действий; при этом студент постепенно учится самостоятельно выбирать оптимальный.

Самостоятельное выполнение заданий стимулирует у учащегося творческое осмысление полученной информации и закрепление приоритетных знаний.

После того как заканчивается знакомство с основными средствами системы, наступает время практического черчения. На заключительном этапе обучения студент разрабатывает чертеж пищевого оборудования (рис. 2).

В результате освоения редактора в прошлом семестре большинство курсовых проектов на кафедре выполнялось с использованием графического пакета, что подтверждает как правильность выбора данного редактора в учебных целях, так и эффективность использованной технологии обучения.

Так, в 1998/99 учебном году на кафедре было защищено семь дипломных проектов (7,4%) (А.С.Рудометкин, гр. М-945; Ю.В.Новикова, гр. М-944; В.В.Калинцев, гр. М-943; Р.Н.Лопасов, гр. М-945; С.В.Малыгин, гр. М-945; А.Н.Кузнецов, гр. М-946; М.А.Васечкин, гр. М-943), полностью выполненных с использованием системы ГРАФИК-КОМПАС 5, и 20 (14,5%) проектов, выполненных с частичным применением данной системы.

Наряду с этим в настоящее время продолжается внедрение этой системы в учебный процесс для выполнения курсового проекта по дисциплине «Технологическое оборудование» пять студентов (И.С.Моисеева, гр. М-955; А.В.Савченко, гр. М-952; Н.Н.Голдина, гр. М-955; В.Ю.Овсянников, гр. М-952; В.В.Шандановин, гр. М-952) защитили курсовые проекты, полностью разработанные с использованием данной системы.

Следующим шагом в совершенствовании учебного процесса было приобретение пакетов прикладных программ по расчету и проектированию механических передач, тел вращения и пружин (рис. 3).

Характерными чертами этих пакетов являются диалоговый режим, многовариантность решений, значительная емкость базы данных, исключающая необходимость пользования справочной литературой. Работа пакетов осуществляется в среде КОМПАС-ГРАФИК 5, что позволяет в процессе расчетов автоматически формировать чертежи деталей в полном объеме, включая простановку размеров, заполнение таблиц (например, параметров зацепления), вычерчивание выносных элементов с размерами.

В первом семестре текущего года мы намерены использовать в учебном процессе и это программное обеспечение, которое позволит студентам в полной мере оценить достоинства автоматизации проектных работ.

Несмотря на удобство пользования и большой интерес к системе КОМПАС-ГРАФИК 5 со стороны студентов, данный чертежно-конструкторский редактор не смог полностью удовлетворить потребности обучения в плане создания оптимальных по весу, энергопотреблению и ряду других параметров конструкций.

Поэтому дополнительным программным продуктом стала русскоязычная инструментально-экспертная система автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве АРМ WinMachine — российская разработка научно-технического центра «Автоматизированное проектирование машин» при МГТУ им. Н.Э.Баумана, которая сейчас активно осваивается в курсовом и дипломном проектировании. В дальнейшем, при приобретении дополнительных мест, предполагается все практические работы по курсу «Расчет и конструирование» проводить на ее основе. Такой выбор сделан прежде всего потому, что данная система представляет собой энциклопедию по машиностроению, включающую инструменты и программы для автоматизированного расчета и проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов. АРМ WinMachine содержит современные, эффективные и надежные алгоритмы и программы для расчета: энергетических и кинематических параметров; прочности, жесткости и устойчивости; выносливости при постоянной и переменной внешних нагрузках; вероятности, надежности и износостойкости; динамических характеристик.

Кроме того, АРМ WinMachine образует целый комплекс, состоящий из различных подсистем, например, для проектирования передач вращения (рис. 4), для расчета неидеальных подшипников качения (рис. 5), для расчета и анализа радиальных и упорных подшипников скольжения (рис. 6), работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения, для расчета и проектирования кулачковых и мальтийских механизмов с автоматическим генератором чертежей (рис. 7).

Технология обучения экспертной системе автоматизированного расчета и проектирования АРМ WinMachine такая же, как и для КОМПАС-ГРАФИК 5.

В результате применения систем КОМПАС-ГРАФИК 5 и АРМ WinMachine в учебном процессе на кафедре МАПП у студентов стало развиваться творческое мышление, снизились затраты времени на выполнение чертежной документации и повысилась компьютерная грамотность.

«САПР и графика» 9'2000