ПРОЕКТНОЕ ОБУЧЕНИЕ В КУРСЕ «ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ»

Рассматривается один из путей совершенствования процесса обучения с использованием проектного метода, особенно актуального сегодня, в таких дисциплинах как «Основы автоматизированного проектирования» и «Введение в САПР». Отмечается необходимость организации коллективной работы студентов в рамках рабочей группы, повышения ответственности участников конструкторской разработки и приобретения навыков в управлении данными.

Одним из путей совершенствования образовательного процесса в техническом вузе является использование проектного обучения. Его характерной особенностью, говоря языком стандарта на САПР ГОСТ23501.101-87,  является целый ряд обеспечений в виде знаний и навыков, полученных на предшествующих этапах обучения (рис.1).

Дисциплины «Основы автоматизированного проектирования» или «Введение в САПР», как правило, изучаются на втором или третьем курсе и естественно к этому времени уже сформировался определенный багаж знаний и навыков, хотя и этого бывает недостаточно.

Основной смысловой нагрузкой при использовании проектного подхода обучения является повышение ответственности и самоорганизации участников разработки, развитие коллективного взаимодействия и приближение к реальным условиям работы творческого коллектива.

Сегодня ни одна из серьёзных инженерно-технических разработок не осуществляется без применения методов автоматизированного проектирования [1,2]  и  использования коллективного участия.

В целом работа над проектом является сложным итерационным процессом с наличием многочисленных редакций разработки и использовании оптимизации при принятии конструкторских решений (рис.2).

Следует напомнить, что составными частями курсов «Основы автоматизированного проектирования» или «Основы САПР» являются:

- изучение основных положений, определений, стандартов, формулировка решаемых задач;

-  изучение геометрического моделирования (на пользовательском уровне), приемов моделирования, особенностей с учётом возможностей инструментальных средств;

-  изучение инструментальной базы САПР (пакеты различных уровней и рекомендации по их выбору);

-  изучение средств поддержки САПР и собственно технической разработки («обратный инжиниринг», 3D – прототипинг, ИЭТР).

Все указанные разделы курса, в той или  иной степени, должны подкрепляться практическими работами. Однако не всегда в полной мере это может быть реализовано. Наиболее трудоёмкими  являются формирование геометрической модели разрабатываемого изделия и выпуск чертёжной конструкторской документации. Особенно в условиях модернизации или изменения их геометрических характеристик.

Практически отсутствует 3D сканирование и редко может быть реализована 3D печать.  Что касается разработки интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) и «фотореалистики», то в значительной степени это определяется заинтересованностью исполнителей разработки.

Важным обстоятельством является  то, что практическая часть работы должна складываться из целого ряда последовательности действий, а весь изучаемый курс занимает всего лишь один семестр (лекции и практические занятия  68 часов и работа студентов вне сетки расписания занятий). Правильно организовать учебный график самостоятельно в ряде случаев затруднительно. Также следует учитывать разную сложность технического задания на разработку, начиная от простейшей ситуации, когда  необходимо разработать комплект рабочей конструкторской документации на не сложную сборочную единицу, содержащую 5-6 деталей. В другом случае необходимо разработать конструкторскую документацию на стенд, включающий в себя несколько сборочных единиц, каждая из которых содержит от 5 до 12 деталей. И при этом необходимо предусмотреть компоновочные решения и уточнить геометрические параметры отдельных сборочных единиц, входящих в состав стенда.

В этом случае целесообразно использовать коллективный подход к разработке и это важно исходя из соображения развития коллективного взаимодействия.

Практически на начальном этапе формируется коллектив разработчиков, среди которых назначается (или выбирается) руководитель коллектива и определяются роли участников выполняемого проекта. Эти действия связаны с полученным техническим заданием, сложностью самой разработки (оценки трудоёмкости) и предполагаемых редакций и их количества.

Руководитель коллектива также берёт на себя обязанность по организационной структуре проекта (рис.3) и ведение контроля выполнения этапов проекта, начиная с использования известной диаграммы Ганта или подключения возможностей системы управления данными и документооборота.

Современная система управления данными должна быть инструментом для управления, анализа и хранения данных, обеспечивая коллективную работу проектной группы.

После этого осуществляется выбор инструментальных средств, т.е. те программные средства, которые целесообразно использовать в проекте. На самом деле, к сожалению, в этом плане широкого выбора нет. В тоже время сегодня уже сложился определённый используемый пакет программных единиц в зависимости от направления будущей специализации и всё же возможно потребуется дополнительное программное обеспечение. К этому дополнительному программному обеспечению, в частности, относится система управления данными. Как уже указывалось к ней предъявляются особые требования: доступность, простота использования, возможность удалённого доступа по локальной сети или через Интернет. Это очень важно в условиях дефицита времени и состояния заинтересованности разработчиков.

Исходные данные или техническое задание на разработку могут иметь различную формулировку. Учитывая, что в данном случае идёт речь об «Основах САПР», то в качестве объектов проекта должны быть уже существующие прототипы с определенными техническими характеристиками (серьёзным образом изменять их нецелесообразно) в виде чертежей общего вида или отдельных видов (рис.4).

В качестве вариационной части проекта должны, прежде всего,  выступать геометрические характеристики изделий. Это компоновочная геометрия и конструктивная геометрия (см. рис. 2).

Так на компоновочную геометрию  ложатся работы по «увязке»  расположения отдельных изделий. Например: в рамках стенда взаимное положение изделий и соединяющих их элементов, ограничение общих размеров, соединение (трассировка), обоснованность расположения присоединительных элементов (входных, выходных) и др.

Конструктивная геометрия несёт на своих плечах практически все известные сведения о различных соединительных элементах (фланцы, уплотнения, прокладки, штуцера, ниппеля и многое другое). Здесь существенным образом влияют на эффективность разработки имеющиеся в рабочем пакете библиотечные элементы. Тем не менее, могут присутствовать и самостоятельные конструктивные решения.

Следует отметить, что в добротно сформированном (ровном по уровню знаний и интересам) рабочем коллективе конструкторов, проводимые работы проходят с энтузиазмом и достаточно эффективно. Но даже в этом случае виден недостаток знаний и умений в области инжиниринга и технологии. Это естественно, ведь это студенты второго или третьего курсов. Поэтому напрашивается желание продолжить указанные работы в сотрудничестве со специальными кафедрами, т. е. переводя проектное обучение на междисциплинарный уровень.

В принципе, по мнению автора, за проектным обучением будущее и весь процесс обучения должен складываться из нескольких проектов (в зависимости от направления обучения и будущей специальности), идущих параллельно, начинающихся на первом курсе и защищаемых в конце обучения.

Список литературы

1. Малюх В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций, М.; ДМК Пресс, 2010. – 192 с.

2. Основы компьютерной графики САПР изделий машиностроения (MCAD): учебное пособие / С.Н. Абросимов; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2014. – 206 с. ISBN 978-5-85546-798-7

Рисунки к докладу

Дисциплинарное обеспечение курса "Основы САПР"

Этапы разработки

Организационная структура проекта

Горнов Александр Олегович (19 марта 2015 г. 13:22)	Сергей Николаевич, здравствуйте!  Тема доклада очень актуальна  и мы отдали  за  него свой  голос. Удавалось ли уже  реализовывать такие проекты? Рассматриваете ли такую работу как распространение "влияния кафедры"  ИГ  на старшие  курсы и как возможность и логичность   сопровождения геометро – графических аспектов   и проектного подхода до завершения всей подготовки?. Здесь мы  имеем в виду позицию, которой придерживаемся в рамках концепции естественного структурирования инженерной подготовки ( NL, например   [1 ] ) вообще. Но основе этой структуры, которую пропагандируем,  на  каждом  этапе подготовки  четко определяется  как содержательная формулировка  проектной задачи, её  предметно – модульная подготовка  и последующая  постпроектная  содержательная логика учебного процесса. Как другие общетехнические кафедры относятся к перспективе  такого сотрудничества?  Уже знакомы с опытом  ряда ведущих технических университетов, строящих  проектно-конструкторскую подготовку по проектному принципу. С уважением, Александр Олегович, Людмила Анатольевна. 1. Формирование образовательных программ в контексте концепции естественной структуры (NL) инженерной подготовки/ Е.В.Усанова, А.О.Горнов, Л.А. Шацилло // Материалы шестой Международной научно-практической конференции «Электронная Казань-2014». В 2-х ч. Ч.1. -Казань: ЮНИВЕРСУМ, 2014. – С.176-184. Р.S. В условиях информатизации проектно-конструкторской деятельности на базе интегрированных CAD/CAE/CAM/PDM/ERP– систем открываются трансфер-интегративные зоны в содержании дисциплин кафедр, обеспечивающих эту деятельность. Т.е. процесс «оптимизации» - объединения кафедр вызван именно этими обстоятельствами. Поэтому в технических университетах ряда зарубежных стран этот естественный процесс прошел. Вероятно активнее пойдет и у нас.
Абросимов Сергей Николаевич (22 марта 2015 г. 1:40)	Уважаемый Александр Олегович! Спасибо за внимание к докладу, На протяжении ряда лет я выступаю сторонником двухуровневой геометрической подготовки, однако, как Вы понимаете, сегодня это невозможно, но будущее за таким подходом. То что касается проектного обучения то оно реализовано, правда не в такой мере как хотелось бы. Важным аспектом, кроме коллективного взаимодействие, является  подтягивание слабых студентов. Проектный подход требует очень серьёзной методической и организационной подготовки, сбалансированности по знаниям и навыкам студентов из которых формируются рабочие группы. У нас в "Военмехе" некоторое время назад (на протяжении 3 лет) осуществлялся междисциплинарный курсовой проект кафедр "Прикладной механики", "Электротехники" и "Инженерной и компьютерной геометрии и графики" с хорошим результатом ( Разработки механических приводов, полностью в "электронном" виде и защитой с презентацией). В целом, проектная  форма обучения перспективна, интересна, но трудозатратна и требует согласованности действий заинтересованных сторон. С наилучшими пожеланиями, Абросимов
Горнов Александр Олегович (22 марта 2015 г. 2:30)	Сергей  Николаевич, спасибо за продолжение обмена мнениями . Подобный опыт я с коллегой описал на КГП2014.  Да, проектный и любой творческий подход  предполагает профессиональный энтузиазм, а, в наших условиях,  и альтруизм. Поэтому масса великолепных идей, даже   апробированных  некой практикой,  редко становятся нормой. Но альтруизм не может  быть в качестве источника бесперебойного питания. Поэтому, чаще  всего, такой   опыт  ждет своего часа. Иногда очень долго . Но, как  объективный фактор, все равно, рано или поздно, проявляет  себя.  Жалко, когда ситуация  доходит до абсурда, вместо того , что бы в свое время  быть фактором  развития дела.
Горнов Александр Олегович (22 марта 2015 г. 2:33)	P.S.   Конечно и Вам всех благ и , глвное, здоровья!  С  уважением, А.О.
Усанова Елена Владимировна (24 марта 2015 г. 11:36)	Да, Сергей Николаевич ,труднозатратное это дело. Но стоит того! А второй уровень подготовки после после Вашей кафедры логичнее продолжать профильным кафедрам на профильном материале, с применением профильно-ориентированных задач и специализированных для профильной подготовки приемов. Не зря же все кафедры конструирования уже взяли на себя эти функции. Сквозная ГГП получается.  С уважением, Усанова Е.В.