КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ В КУРСЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА»

Рассматриваются вопросы оптимизации и интенсификации графической подготовки в современных условиях. Показан раздел «Курсовое проектирование» в курсе «Инженерная графика» с использованием инновационных форм образования с целью формирования профессиональных компетенций. Приведены примеры достигнутых результатов.

ФГОС ВПО 3 поколения предполагает формирование у будущих специалистов – выпускников технических ВУЗов комплекс способностей, позволяющих быстро адаптироваться в условиях рынка, ориентироваться при переоснащении производства и обновлении технологий, участвовать в широкой международной интеграции с использованием новых информационных технологий.  Механизмом целенаправленности предметного обучения является компетентностный формат вузовской ООП, который позволяет планировать направленность отдельных дисциплин на освоение компетенций, делегированных выпускающими кафедрами соответствующего направления подготовки [1].

Важной составляющей воспитания грамотного технического специалиста  является геометро-графическая подготовка (ГГП) [2]. Не секрет, что высокопрофессиональный конструктор-разработчик, проектировщик очень востребован на рынке труда. Однако следует заметить, что при переходе на бакалавриат время подготовки специалистов значительно сократилось. В связи с этим, безусловно, и графическая подготовка студентов претерпевает изменения, в рамках очень ограниченного числа часов дисциплины, приходится изыскивать новые способы, позволяющие интенсифицировать процесс обучения.

Современные реалии жизни требуют использования новых информационных технологий. Сегодня студент, в совершенстве владеющий гаджетами, с большим интересом выполняет ту или иную работу с помощью компьютера, и поэтому создание любой, даже самой простой 3D модели мотивирует студента на совершенствование познаний в этом направлении.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ) является многопрофильным, студенты обучаются на 10 различных факультетах. ГГП для всех технических направлений включает в себя темы курса НГ (начертательной геометрии), ИГ (инженерной графики) и КГ (компьютерной графики), но в зависимости от направления и числа зачетных единиц направления дисциплины насыщенность модулей  дисциплины варьируется [3]. Только две специальности в университете обучаются по программе с максимальной трудоемкостью 288 час. Это специальности МОН («Оборудование нефтепереработки») горно-нефтяного факультета и специальность ОНГП  («Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов») химико-технологического факультета, объединенные в одно направление: 151000.62 «Технологические машины и оборудование» [4].

Базовые учебные планы данного направления предполагают трех семестровое обучение по графическим дисциплинам, с выполнением курсового проекта в рамках самостоятельной работы студентов в 3-м семестре [5].

Программа дисциплины направлена на формирование двух профессиональных компетенциях, содержащиеся в ФГОС ВПО данного  направления подготовки:

• способность принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПК-22);
• способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-23).

Эти компетенции были определены выпускающими кафедрами. Обе компетенции предполагают освоение профессиональных знаний и навыков, необходимых в процессе проектирования и эксплуатации соответствующего оборудования. Но компетенция ПК-22 предусматривает и средства автоматизации проектирования, что обусловливает изучение и освоение новых информационных технологий, которые должны обязательно осваиваться в курсе дисциплины.

Итогом освоения компетенции ПК-22  должно быть получение следующих образовательных результатов, которые обеспечиваются соответствующими формами учебной и самостоятельной работы студентов и представлены в табл. 1.

Таблица1

Требования к компонентному составу компетенции ПК-22

Компетенция ПК-23 обеспечивает получение уже законченных знаний по всему курсу дисциплины (табл. 2).

Таблица 2

Требования к компонентному составу компетенции ПК-23

 Первый семестр.  После изучения полного курса начертательной геометрии, включающей все темы, с проработкой задач и выполнением графических индивидуальных заданий начинается подготовка студентов к курсовому проектированию. При изучении темы «Изображения» на лабораторных практикумах после ознакомления с интерфейсом графического  пакета «КОМПАС» студенты знакомятся с технологией 3D-моделирования на примере простой корпусной детали с применением параметризации [6].  Данные знания затем успешно закрепляются и развиваются при выполнении остальных графических работ.

Второй семестр. Студенты изучают такие темы как виды соединений, эскизирование и деталирование. Для углубления и расширения  технического кругозора в области инженерной терминологии и конструктивных особенностей типовых деталей машиностроения студентам предлагаются темы рефератов:

1. Конструктивные элементы деталей;
2. Условности и упрощения, предусмотренные стандартами ЕСКД;
3. Соединения разъемные и неразъемные;
4. Виды зубчатых зацеплений;
5. Измерительный инструмент;
6. Особенности геометрической формы изделия и простановка  размеров в зависимости от процесса изготовления детали (с удалением части материала с заготовки и без удаления материала)
7. Электронная модель изделия;
8. Электронная структура изделия.

Тема должна быть представлена в виде реферата (печатный текст) и/или презентации с коротким докладом на 5-7 мин. Каждую тему реферата удобно давать двум студентам, чтобы был диалог и обучение командной работе. Кроме того, это добавляет им уверенности и является предварительной тренировкой к предстоящей защите курсового проекта.

Задача преподавателя  быть консультантом и направляющим вектором по выбранной теме реферата. Все это позволяет студентам приобрести опыт и быть более подготовленными  к курсовому проектированию в третьем семестре, где защита проекта должна проходить на более высоком уровне.

Лабораторные работы по компьютерной графике второго семестра расширяют комплекс образовательных результатов по освоению функций графического пакета и закрепления тем инженерной графики.  Так тема «Виды соединений.  Соединения стандартными крепежными деталями» обязательно выполняется с помощью графического пакета «КОМПАС», так как при выполнении данной работы студент имеет возможность познакомиться с работой библиотек и научиться осуществлять сборку изделия в 3D исполнении. Кроме того, все 3D модели сопровождаются получением ассоциативных чертежей с  учетом требований ГОСТ 2.305-2008.

Третий семестр. В силу специфики направления 151000.62 «Технологические машины и оборудование» обеспечивающего подготовку специалистов для отраслей горнодобывающей и химической промышленности темой курсового проектирования была выбрана «Трубопроводная арматура», как широко используемая в данных отраслях.

В рамках  курсового проекта студентам  выдается техническое задание на разработку комплекта проектно-конструкторской документации для сборочной единицы «Трубопроводная арматура» с использованием информационных технологий и средств автоматизированного проектирования.

Целью выполнения курсового проекта является закрепление, углубление и обобщение знаний студента по дисциплине ИГ и НГ и как результат,  развитие технической мысли студента.

Этапы выполнения проекта предполагают:

1. Анализ содержания технического задания;
2. Информационный поиск материала по теме. Ознакомление с принципом работы и видами трубопроводной арматуры, их назначение и устройство;
3. Выявление структурных аналогов сборочной единицы трубопроводной арматуры;
4. Проработка возможности конструктивных усовершенствований и изменений (например, крепление золотника к шпинделю или крышки к корпусу, и т.д.);
5. Подбор стандартных составных частей сборочной единицы;
6. Выполнение графической документации на оригинальные составные части объекта;
7. Подготовка комплекта проектно-конструкторской документации на сборочную единицу с использованием средств автоматизированного проектирования;
8. Оформление пояснительной записки с указанием области применения, назначения и принципа действия разрабатываемой сборочной единицы, ее технических характеристик;
9. Защиту курсового проекта (презентация с коротким докладом).

Студентам предлагается взять за основу сборочную единицу вентиль, кран, задвижку, любой другой вид запорной арматуры и согласно всем выше перечисленным этапам разработать комплект конструкторских документов. В ходе выполнения курсового проекта студенты должны использовать полученные ранее знания и навыки инженерной графики и работы с графическими пакетами, а также ориентироваться на использование современной технологии 3D моделирования [7].

В докладе приведены примеры выполненных студенческих работ, представлены вентили различной конструкции: рис.1 – корпус углового вентиля; рис.2 – угловой вентиль (сборка), рис.3 – вентиль (сборка), рис.4 – вентиль (разнесенная модель).

В процессе работы над курсовым проектом выполняются  параметрические модели деталей, входящих в сборочную единицу. На все детали  создаются ассоциативные чертежи. Затем выполняется электронная модель сборочной единицы и ее ассоциативный чертеж со спецификацией. Формат конференции не позволяет загрузку более четырех рисунков, в силу этого, представлены только 3D модели различных видов трубопроводной арматуры.

При защите курсового проекта студент обязан показать широкий спектр знаний по всей теме:

• технические характеристики изделия;
• знание конструктивных особенностей, принципа работы  и порядка сборки сборочной единицы;
• знание аналогов;
• знание основ геометрического моделирования;
• знание стандартов ЕСКД.

Выводы: 

Представленные работы наглядно показывают, что студенты в целом справляются с поставленной задачей. Уровень сложности проекта отвечает поставленным задачам, а разрабатываемая конструкция сборочной единицы и качество проработки элементов конструкции очень во многом зависит от интеллектуальных возможностей и уровня подготовленности конкретного студента.

Безусловно данный опыт требует совершенствования и доработки методического обеспечения проекта, но радует, что данная работа позволяет систематизировать и использовать весь спектр знаний инженерной и компьютерной графики, приобретенных студентами в процессе трех семестрового обучения на кафедре.

Ранее подобные работы (в технологии 2D) выполнялись в рамках полноценного курса обучения, когда почти все технические специальности обучались по трех-четырех семестровым программам, но в силу проведенных реформ образования теперь проводятся только для двух ООП. Сегодня расширен инструментарий, применяемый студентами, дополнено и усовершенствовано  содержание, изменены требования к защите проекта. Остается только сожалеть, что в ПНИПУ только две специальности имеют возможность в рамках курса инженерной графики получить навыки разработки почти реального проекта конструкторской документации.

Список литературы

1. Столбова И.Д. Организация предметного обучения: компетентностный подход // Высшее образование в России. 2012. № 7. С. 10-20.
2. Столбова И.Д., Шахова А.Б. Качество графической подготовки студентов в соответствии с современным состоянием единой системы конструкторской документации  //Геометрия и графика том 2-выпуск 2-2014. С. 27-31.
3. Столбова И.Д., Александрова Е.П., Крайнова М.Н. Об унификации компетентностно-ориентированного предметного обучения в условиях ФГОС ВПО // Инновации в образовании. 2012. № 12. С. 85-98.
4. Дударь Е.С.,  Шахова А.Б.  Модульное структурирование рабочих программ по графическим дисциплинам // Геометрия и графика том 1-выпуск 2-2013. С. 31-32.
5. Государственная программа РФ "Развитие образования" на 2013-2020 годы. Министерство образования и науки РФ [Электронный ресурс]. URL: http://минобрнауки.рф/документы/2882/файл/1406/12.11.22-Госпрограмма-Развитие_образования_2013-2020.pdf (дата обращения: 25.06.2014)
6. Сергеева И.А., Петухова А.В. Инженерно-графическая подготовка студентов в условиях компьютеризации обучения // Интернет журнал «Науковедение». – 2014. – №3 (май-июнь).URL: http://naukovedenie.ru/PDF/107PVN314.pdf (дата обращения: 16.02.2015)
7. Александрова Е.П., Носов К.Г., Столбова И.Д. Геометрическое моделирование как инструмент повышения качества графической подготовки студентов // Открытое образование. 2014. № 5 (106). С. 20-27.

Рисунки к докладу

Корпус углового вентиля

Угловой вентиль (сборка)

Вентиль (сборка)

Вентиль (разнесенная модель)

Васильев Вячеслав Владимирович (11 марта 2015 г. 21:30)	Уважаемые Евгения Владимировна и Евгения Бруновна Для меня, как любителя программы КОМПАС печально видеть, что за столь большое количество часов, которое отводится в Вашем ВУЗе на изучение данной программы, Вы выдаете такое минимальное количество информации. В связи с чем у меня возникло несколько вопросов. 1.Почему не ведется работа с анимацией, с прикладными библиотеками, листовыми телами, Shaft 3D и многими другими возможностями данной программы? 2.В докладе Вы упомянули вопрос параметризации, здесь подразумевается параметризация модели в целом с вводом внешних переменных или же параметризация только эскиза путем простановки в нем размеров? В дальнейшем применяются ли эти знания в курсовой работе? Студентами создаются полноценные параметрические модели с управляющими переменными?  3.Чем вы можете объяснить то, что на рисунках 3 и 4, которые вы представили имеется ошибка по выполнению фаски на нестандартных деталях, условно всех их обзовем "гайка"? 4.Почему для такой отличной специальности, как 151000.62 «Технологические машины и оборудование» вы используете в качестве задания на Курсовую работу «Трубопроводную арматуру»? Ведь есть огромное количество куда более интересных агрегатов и механизмов, разработка которых была бы более интересной и для студента и для преподавателя. С уважением В.В.Васильев
Васильев Вячеслав Владимирович (14 марта 2015 г. 18:35)	Уважаемые коллеги, Последуют ли ответы на поставленные вопросы? С уважением В.В.Васильев
Шахова Алевтина Бруновна (14 марта 2015 г. 21:09)	Здравствуйте Вячеслав Владимирович, извините , что не ответила сразу,  1. Количество часов лабораторных работ за три семестра составляет 24 часа, в рамках этих часов , расматриваются вопросы , интерфейса, 3D моделирования , работы прикладных библиотек, но конечно не всех, вопросы анимации не расматриваются, У мменя сразу возникает вопрос сколько у Вас часов КГ, что Вы успеваете дать анимацию. ( Из 288час. программы аудиторные часы -104) 2. Параметризация выполняется в эскизе без ввода внешних переменных данных. И опять же поделитесь своим опытом в этом вопросе и на примере какой работы, 3.В докладе представлены примеры студенческих  работ, причем не стоял вопрос показать самые идеальные, а хотели показать , что разрабатывалась не одна типовая модель а различные по конструкции, безусловно могут быть некоторые неточности и недоработки, а вы добиваетесь от студентов идеального исполнения работ? 4. При выборе задания на курсовое проектирование ориентировались на доступность модельного фонда( Вентиль , кран, или другой вид Трубопроводной арматуры легко приобрести, или можно воспользоваться модельным фондом кафедры) любой другой вид агрегата неизвестно где можно взять живым ( в металле)   С уважением Шахова А.Б.
Васильев Вячеслав Владимирович (14 марта 2015 г. 21:45)	Уважаемая Алевтина Бруновна, 1. На нашей кафедре за 2 семестра студенты выполняют 8 лабораторных работ, это без учета пар отведенных на контроль знаний студентов.По поводу анимации в учебный курс в обязательном порядке он не включен, здесь все зависит от групп, в целом если группа работает продуктивно, то в конце 2 семестра в качестве приятного бонуса рассматривается вопрос анимации, и в таком случае при защите курсовой работы студент представляет анимационный ролик показывающий принцип работы механизма. 2.Вопрос параметризации рассматривается в 1 и 2 семестрах. Пример работы по 1 семетру приведен на рисунке ниже. 3. Да от студентов я требую идеального создания трехмерных моделей. Т.к. они работают в САПР, а там имеется возможность редактирования, то студент просто обязан создать идельную модель. Ведь если модель сделана с ошибками, то все эти ошибки перейдут на чертеж.  4. Как на счет сотрудничества с другими кафедрами, в частности кафедры "Детали машин и агрегатов", думаю у них найдутся инетересные экземпляры для курсовых работ. С уважением В.В.Васильев
Столбова Ирина Дмитриевна (15 марта 2015 г. 11:12)	Здравствуйте, уважаемый Вячеслав Владимирович! Мне бы хотелось отметить, что "идеального" выполнения любой работы, особенно студенческой, просто быть не может. Идеал - это то, к чему нужно стремиться. Можно говорить о качестве выполненного задания и о разработанных критериях, на основании которых это качество оценивается. У меня вопрос: по каким критериям вы оцениваете созданные студентами трехмерные модели и что с Вашей точки зрения заслуживает наивысшей оценки (отлично), а что удовлетворяет требованиям, чтобы работа была Вами зачтена? С уважением, И.Д. Столбова
Васильев Вячеслав Владимирович (15 марта 2015 г. 21:25)	Уважаемая Ирина Дмитриевна, В данном случае речь не идет о чертежах, в которых студенты допускают множество ошибок. Речь идет про трехмерные модели, создавать которые студент должен без ошибок согласно заданию, которое является основным критерием при проверке моделей. Я не думаю, что это так сложно, создать в том же КОМПАСе безошибочно призму или пирамиду. На каждом занятии я повторяю, прежде чем создать модель, представь ее. Если Вы обратите внимание на рисунки 3 и 4, которые представленны в данном докладе, то увидите, что модель "гайки" созданна не верно. Студент, который это делал не представил себе, как выглядит фаска, и как итог выполнил ее неверно. Следовательно эта ошибка отразится в чертеже. Если это было бы реальное производство, то этот чертеж забраковали. Под словом "идеально" я подразумивал правильное понимание геометрии детали, возможно слово "идеально" и звучит вызывающее и несколько некорректно, но так до студентов доходит лучше. А вот что касается чертежей, то здесь я как и любой преподаватель понимаю, что все мы люди и все ошибаемся, и добиться от студента "идеального" чертежа не возможно. Да и не бывает "идеальных" чертежей.)))) С уважением В.В.Васильев
Столбова Ирина Дмитриевна (15 марта 2015 г. 21:45)	Уважаемый Вячеслав Владимирович! В вопросе своем я не имела в виду оценку чертежей, а как раз меня интересует порядок оценки 3D модели. Вы оцениваете только правильноость созданной конструкции? Это единственный критерий? А рациональность дерева построений, например? Вопрос оценки всегда самый сложный. При переходе к новым технологиям хотелось бы выработать какие-то общие основания для оценивания электронных моделей, создаваемых студентами. С уважением, И.Д. Столбова
Шахова Алевтина Бруновна (15 марта 2015 г. 22:11)	Уважаемый Вячеслав Владимирович, в случае когда студенты выполняют лабораторную по созданию одной модели , содержащей 5-7 операций, при условии единого задания для всех, безусловно, никаких отклонений быть не может, у всех должна быть идеально правильная модель, причем рациональность построения тоже учитывается. Так ту же пирамиду можно создать и за одну операцию. Но в нашем докладе представлены абсолютно индивидуальные проекты студентов, каждая работа состоит из 15-20 файлов, я абсолютно согласна , что все ошибки проявляются, именно в чертеже, о чем не устаю повторять студентам., но в силу большого объема работ , возможно и произошли некоторые неточности. В докладе четко сформулировано, что задачей пректа является расширения кругозора и технической мысли, что мы и попытались донести до сообщества коллег преподавателей. Относительно переменных данных на вашей модели, очевидно она содержится в наработках ваших библиотек, студентам остается только задать свои размеры и по варианту выбрать элементы вала,( отв. пазы и т.д.) , конечно удобно а где же творчество.   С уважением Шахова А.Б.
Васильев Вячеслав Владимирович (15 марта 2015 г. 22:12)	Уважаемая Ирина Дмитриевна, Опирасясь на свой опыт работы с САПР, очень тяжело выработать четкие критерии оценки модели. Есть лишь некоторые моменты, на которые приходится обращать внимание. Это геометрия детали, конструктивные элементы, соответсвие требуемому заданию и многие другие факторы, которые меняются в зависимости от рассматриваемой модели. Здесь нам надо объединить усилия, это то о чем вы говорили с Л.О. Мокрецовой. Рациональность дерева построения я учитываю, но в меньшей степени, объясню почему. На лабораторных работах нам зачастую приходится создавать модели нерациональными способами, это вызвано тем, что студенту необходимо показать, как можно больше функций и возможностей новой программы, которую он только начал изучать. Рациональность создания моделей к ним приходит со временем, чем больше функций студент знает в программе, тем более рациональным путем он в конечном итоге будет создавать модель. Студент выступает в роли "первоклассника", который по буквам только учится читать, чтоб в последствии создавать красивые предложения. А вот уже во 2 семестре на защите курсовой работы, после того как изучен весь материал, есть отдельный пункт учитывающий рациональность создания модели. И несмотря на все сказанное, в конечном итоге мы с Вами оцениваем чертежи, которые в настоящее время все больше создаются из трехмерных моделей. Ведь у нас общая с Вами задача подготовить квалифицированного инженера, который сможет не только правильно "читать" чертежи, но и создавать их, а чтоб его создать, надо для начала создать правильную модель, такова уж реальность.  С уважением В.В.Васильев
Васильев Вячеслав Владимирович (15 марта 2015 г. 22:24)	Уважаемая Алевтина Бруновна, Модель которая была представленна на рисунке ранее, это лишь Лабораторная работа. Причем модель студенты создают на паре целиком, никаких заранее подготовленных шаблонов не используется. В противном случае просто теряется весь смысл этой работы. Что же касается творчества, то здесь два варианта либо студенту предлагается выполнить домашнее задание по этой ЛР по вариантам (каждый вариант имеет свою модель и управляющие параметры), либо особо талантливые выбирают сами какую модель будут параметризировать.  А по поводу индивидуальности проекта, здесь может получится такая же беда, с которой мы столкнулись на своей кафедре. Курсовые работы из года в год повторяются, а студент идет нынче хитрый, и вместо того чтобы сделать свое, он ищет прошлогоднее. Как результат никакой работы, кроме как поменять фамилию в основной надписи, он не делает. Поэтому и возник вопрос, который обсуждали Ирина Дмитриевна с Людмилой Олеговной о создании нового банка работ, который благодаря параметризации сборок позволил бы обеспечить наши кафедры заданиями на многие года. С уважением В.В.Васильев
Шахова Алевтина Бруновна (15 марта 2015 г. 22:37)	Уважаемый Вячеслав Владимирович, относительно ушлого и хитрого студента, я конечно согласна, но очевидно желательно иметь очень большой модельный фонд, чтобы работы повторялись не чаще чем через один два года, всвязи с этим я активно работаю с заочниками, они тоже выполняют курсовой проект, и я обращаюсь к ним с просьбой работать по возможности не с типовыми вентилями и кранами ( они народ взрослый, активно отзываются и пополняют мод. фонд приносят очень интересные вентили, задвижки, краны живые, и еще и врезают четвертинку для наглядности восприятия). С уважением Шахова А.Б.
Васильев Вячеслав Владимирович (15 марта 2015 г. 22:58)	Уважаемая Алевтина Бруновна, С заочниками Вам безусловно повезло у нас к сожалению нет такой возможности, все своими силами. Надеемся что в недалеком будущем, все таки появится единая база заданий для всех ВУЗов. С уважением В.В.Васильев