Клуб «Левша»: новые технологии обучения и производства

Сергей Кугаевский, Антон Орешкин

На кафедре электронного машиностроения Уральского государственного технического университета-УПИ (УГТУ-УПИ) при подготовке будущих инженеров по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» изучение CAD/CAM/CAE-систем является одним из профилирующих предметов. Для обучения на кафедре имеются лицензированные учебные и рабочие версии таких САПР, как КОМПАС, SolidWorks, ADEM, PowerSHAPE, PowerMILL, ArtCAM и др.

Программное обеспечение компании Delcam plc используется в учебном процессе УГТУ-УПИ уже более пяти лет. Применение пакета PowerSHAPE для моделирования сложных поверхностей изучается студентами по дисциплине «Компьютерная графика» (в виде ознакомительного курса) и на старших курсах по дисциплине «Компьютерное проектирование изделий» (лекции и лабораторные работы). Также в лекционном курсе и в лабораторных работах по дисциплине «Компьютерное проектирование технологий» изучаются пакеты PowerMILL и ArtCAM. При выполнении лабораторных работ на трехмерном лазерном сканере Replica студенты знакомятся с идеологией обратного инжиниринга и использованием пакета CopyCAD для преобразования результатов оцифровки в трехмерные компьютерные модели деталей.

Однако применение большого количества ПО в учебном процессе не всегда служит гарантией высокого качества обучения. На наш взгляд, существенными здесь являются два момента. Во-первых, лабораторная, а тем более лекционная форма изучения ПО основана на жестко формализованном методе освоения предмета, при котором студент просто повторяет заранее разработанный сценарий решения задачи. Во-вторых, для действительно качественного образования необходимо вводить в практику обучения разработку реальных проектов по заданию конкретных предприятий.

Идея создания студенческого CAD/CAM-клуба «Левша» родилась в октябре 1997 года. К тому времени у нас уже имелся негативный опыт ориентации кафедры на студентов-выпускников, которые оканчивали университет, так и не успев достаточно глубоко изучить сложное ПО, а преподавателям приходилось все начинать сначала с новыми учениками. Поэтому первый набор в клуб был произведен среди студентов-второкурсников. На объявление откликнулись всего шесть человек, которые впоследствии и составили костяк клуба. Занятия в клубе проводились бесплатно в свободное от учебы время. К моменту открытия клуба в распоряжении кафедры имелись три станка с ЧПУ, установка трехмерного лазерного сканирования Replica, а также минимально необходимое количество компьютеров. Сразу была поставлена задача: не ограничиваться подготовкой конструкторов-чертежников, владеющих только графическими компьютерными пакетами, а сделать так, чтобы итогом их работы стало либо изготовление реального изделия, либо создание готового технологического процесса для его обработки.

Спустя два года выяснилось главное преимущество такого подхода: когда направлений проектирования стало много и руководитель физически перестал справляться с обучением новых членов, ему на помощь пришли ветераны клуба. Процесс как бы перешел в стадию самообучения. В работе клуба ежегодно принимают участие от 10 до 15 студентов третьего-пятого курсов, что дает возможность обеспечить преемственность работы. Иными словами, старшекурсники передают накопленный опыт и знания в части компьютерного моделирования начинающим.

Компьютерный класс, в котором изучается ПО компании Delcam plc, территориально примыкает к станочной лаборатории, имеющей пять действующих станков с ЧПУ. Это позволяет завершить выполненные разработки и довести разработанные в ArtCAM и PowerMILL управляющие программы до реальной обработки на фрезерных и гравировальных станках с ЧПУ. В соответствии с заданием на курсовую работу по дисциплине «Компьютерное проектирование технологий» студенты разрабатывают трехмерную компьютерную модель изделия, управляющую программу и сами отлаживают эту УП на станке с ЧПУ. Многие из них уже с пятого курса работают технологами-программистами на предприятиях, участвуют в хоздоговорной деятельности кафедры.

В 2000 году мы добились первых успехов на всероссийском уровне: победителями всероссийского конкурса студенческих работ на премии компании Delcam стали члены нашего клуба Дмитрий Рассохин (1-е место) и Владислав Жернаков (3-е место). В 2001 году Светлана Рагозина повторила данный результат, заняв 1?е место в этом престижном конкурсе. В 2003 году — вновь успешное выступление: 1-е место занял Александр Веретнов. В этом году воспитанники клуба заняли два третьих места. В настоящее время в работе клуба регулярно участвуют около 15 студентов.

Для поддержания постоянного интереса студентов к изучению программных продуктов необходимы реальные производственные задачи. В 2003 году это было моделирование и изготовление мастер-моделей для литья фаянсовых деталей иконостаса в Спасо-Преображенском соборе г.Невьянска. В данной работе непосредственное участие приняли студенты Светлана Рагозина, Антон Орешкин, Евгений Бородин и др.

Генеральный подрядчик проекта — архитектурная фирма ООО «Терем» выполнила разработку чертежей фасада иконостаса и деталировку для каждой из деталей в виде двумерных электронных моделей в формате *.dwg. Далее был применен пакет Компас 5.11 для преобразования электронного чертежа в электронную модель, удобную для моделирования объемных рельефов. Векторные проекции разработанных контуров использовались в дальнейшем для построения объемных моделей с учетом литейных уклонов и коэффициента усадки. Наиболее сложные части моделей, связанные с созданием объемных рельефов, были изготовлены на станках с ЧПУ с применением технологий фирмы Delcam plc — использовался пакет художественного моделирования ArtCAM. Для изготовления более простых моделей, требующих 2,5-координатной обработки, эффективно применялось программное обеспечение ADEM v.6 фирмы Omega ADEM Technology.

Исходная версия электронного чертежа и электронной модели представлена на рис. 1 и 2.

По векторам и сечениям были созданы рельефы, которые в дальнейшем использовались для расчета управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ (рис. 3, 4, 5, 6). Рельефы были по­строены при помощи пакета ArtCAM, предназначенного для художественного моделирования и имеющего удивительно простую оболочку, благодаря чему он легко осваивается пользователем. Встроенный интерактивный скульптор дал возможность сглаживать или изменять форму и высоту рельефа в проблемных местах модели. Набор мастеров и функций для работы с рельефом позволил четко смоделировать даже самые мелкие объекты.

Для расчета управляющих программ также использовались возможности пакета ArtCAM, с помощью которого были получены черновые и чистовые траектории движения инструмента. Примеры расчета показаны на рис. 7 и 8.

Разработанный на кафедре постпроцессор помог четко адаптировать полученную УП к имеющемуся оборудованию с ЧПУ.

Полученные в результате проектирования управляющие программы были использованы для изготовления мастер-модели из материала OBO-modulan (рис. 9).

Благодаря применению данной технологии фирма «Фарфор Сысерти» в кратчайшие сроки изготовила более тысячи фаянсовых отливок, которые уже осенью 2003 года были успешно смонтированы в Спасо-Преображенском соборе (рис. 10 и 11).

В этой статье представлена только одна работа, в которой принимали участие студенты CAD/CAM-клуба. В ходе изучения современных программных продуктов студенты разрабатывают модели формообразующих элементов штампов и пресс-форм, электродов для ЭХО, мастер-модели для литья и т.д. Очень важно, что у нас имеется возможность довести работу до выпуска реальных изделий, используя обработку на станках с ЧПУ.

«САПР и графика» 12'2004