В статье представлен опыт многолетней работы по совершенствованию геометро-графической подготовки в контексте формирования компетенций в системе интегрированных общеинженерных и специальных дисциплин. Рассмотрены принципы построения системы сквозной графической подготовки на основе 3D моделирования в современных профессиональных CAD/CAM программах. Приведены примеры использования электронных библиотек параметрических геометрических моделей изделий.
Ключевые слова: геометро-графическая подготовка, интеграция дисциплин, геометрическое моделирование, параметризация геометрических моделей
Современный уровень проектирования процессов конструкторско-технологической подготовки производства предполагает широкое использование информационных технологий.
С целью повышения эффективности 3D моделирования конструкторы повсеместно используют параметрические 3D модели стандартных и типовых деталей. Использование 3D параметрических моделей позволяет технологам реализовать сквозное проектирование процессов изготовления типовых деталей, что особенно актуально в условиях многономенклатурного производства.
При этом технологи используют объемные (3D) модели изделий, узлов, деталей, оборудования, средств технологического оснащения и инструмента, так как они являются основой при проектировании оптимальных технологических процессов изготовления деталей, заготовок, формообразующей оснастки на современном высокопроизводительном оборудовании; позволяют осуществить инженерный анализ сопутствующих преобразованию заготовки в готовую деталь процессов (силового, теплового и пр.) поведения технологических систем, контролировать геометрические параметры сложно-фасонных деталей с использованием современных контрольно-измерительных машин (в процессе изготовления и контроля), реализовать автоматизированный выпуск необходимой технологической документации и пр.
Принципы, положенные в основу подготовки специалистов в институте "Двигатели и энергетические установки" СГАУ, соответствующей современному уровню проектирования и производства двигателей различного назначения:
1. Системный подход - достижение высокого качества подготовки за счет реализации учебных планов, составленных на основе объектно-ориентированного подхода, позволяющих осуществить сквозную подготовку в процессе обучения по различным направлениям в условиях ограниченного ФГОСами учебного времени и постоянно снижающегося уровня довузовской подготовки.
2. Имитационное моделирование, предполагающее погружение в различные области знаний, сопутствующих (соответствующих) современному проектированию и производству изделий.
3. Ориентация на углубленное изучение предметных областей путем исследовательского характера приобретения знаний и самостоятельной работы студентов с использованием специально разработанного методического обеспечения, соответствующего принятой в институте методологии подготовки специалистов.
4. Широкое использование в учебном процессе современных средств информационной поддержки процессов проектирования, управления производством и изготовления изделий (лицензионных CAD/САЕ/САРР/САМ/PDM систем).
5. Сквозное конструкторско - технологическое проектирование на основе использования 3D моделей изделий, в том числе 3D совмещённых (междисциплинарных) параметрических моделей типовых и стандартных деталей.
6. Использование в учебном процессе современных (интерактивных) информационных технологий, ЧПУ оборудования, аддитивных технологий (в том числе быстрого прототипирования) при решении задач, необходимых производству.
7. Целенаправленная профориентационная работа с учащимися преимущественно инновационных довузовских образовательных учебных заведений.
8. Тесное сотрудничество в подготовке специалистов с базовым предприятием; совместное решение стоящих перед предприятием задач в подготовке кадров, в разработке новых технологических процессов и в изготовлении изделий с использованием оборудования с ЧПУ последнего поколения; сопровождение выпускников, переподготовка ИТР и подготовка рабочих дефицитных профессий.
Реализация требований государственных образовательных стандартов (ФГОСов) к компетенциям выпускников в дисциплинах геометро-графического цикла в институте "Двигатели и энергетические установки" СГАУ осуществляется на основе использовании возможностей отечественной лицензионной, свободно распространяемой для выполнения некоммерческих проектов САD/САМ/САРР системы АDЕМ v.8.1.
Начиная с 2000/2001 учебного года, каждому вновь поступившему студенту института предоставлена возможность использования средств информационной поддержки для выполнения и оформления типовых (традиционных) задач инженерной графики с использованием средств вычислительной техники. Поставленную руководством института цель: обучить всех студентов разработке и выпуску технической документации (в соответствии с ГОСТами ЕСКД) без использования карандаша и чертёжных инструментов была в то время достигнута с использованием оригинального, разработанного на кафедре инженерной графики методического обеспечения.
Достижение вновь поставленной руководством института цели: научить студентов по новому мыслить и создавать 3D модели деталей и сложных сборок без использования эскизов и рабочих чертежей деталей осуществляется в институте в виде занятий с экспериментальными группами студентов младших курсов, начиная с 2010/2011 учебного года.
Для этого в институте разработаны 3D параметрические базы канонических геометрических объектов, стандартных деталей крепежа, деталей арматуры трубопроводов, типовых деталей машин, а также комплекты методического обеспечения для освоения новых подходов при самостоятельной работе дома или в компьютерных классах подразделений вуза.
Работа не завершена, однако, благодаря такой подготовке, ряд студентов третьего курса в процессе работы над курсовым проектом по основам конструирования (деталям машин) успевают не только создать 3D модели отдельных деталей и сборки в целом для различных схем вертолётного редуктора (в соответствии с индивидуальным заданием), но выполнить инженерные расчёты, имитирующие поведение отдельных деталей редуктора в процессе работы конструкции в среде CAE системы (ANSYS).
Осознанные и усвоенные студентами - конструкторами принципы и приёмы работы с 3D параметрическими моделями деталей позволяют на старших курсах в среде Siemens NX, ANSYS (Workbench, LS-Dina), другого ПО (в соответствии с требованиями работодателей) выполнять комплексные проекты по проектированию перспективных двигателей (а не только их деталей или отдельных узлов) на основе широкого использования совмещённых (междисциплинарных) параметрических моделей.
У студентов - технологов появляется время на освоение современных подходов проектирования групповых технологий, программирования, отладки управляющих программ и самостоятельного изготовления деталей на оборудовании с ЧПУ (в том числе с использованием аддитивных технологий).
Более детальная информация представлена в ранее опубликованных работах и презентациях к ним /1-6/.
Список литературы
1. Ермаков А.И., Проничев Н.Д., Фалалеев С.В., Чемпинский Л.А. Система подготовки авиадвигателестроителей. Совершенствование системы подготовки кадров для предприятий оборонно-промышленного комплекса // VII Всероссийское совещание "Совершенствование системы подготовки кадров для предприятий оборонно-промышленного комплекса", 21-22 октября 2014 , Ижевск, ИННОВА, 2014 г., С. 54-64
2. Балякин В.Б., Ермаков А.И., Чемпинский Л.А. Подготовка специалистов для инновационного машиностроения на основе сквозной параметризации // Вестник СГАУ. 2011. 3(27), часть 2. С. 315-322
3. Балякин В.Б., Ермаков А.И., Проничев Н.Д., Чемпинский Л.А. Реализация методики подготовки специалистов на основе сквозного использования CAD/CAM/CAE систем для авиационного двигателестроения // Вестник СГАУ. 2011. 3(27), часть 2. С. 323-329
4. Ермаков А.И., Чемпинский Л.А. Роль объёмного моделирования в подготовке специалистов для инновационного машиностроения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 3(34), ч. 2. С. 360-368.
5. Ермаков А. И., Чемпинский Л. А. К вопросу о новом подходе преподавания начертательной геометрии в вузе с точки зрения сквозной подготовки современного специалиста // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. № 5(47), ч. 3. С. 192-201.
6. Иващенко В.И., Ермаков А.И., Чемпинский Л.А. Задачи кафедры инженерной графики СГАУ в контексте реинжиниринга учебных планов // Материалы и доклады всероссийского совещания заведующих кафедрами инженерно-графических дисциплин технических вузов (п. Дивноморское, 26-28 мая 2015 г.). Ростов на Дону, ДГТУ, 2015 г., С.56-63.
Вопросы и комментарии к выступлению:
Тихонов-Бугров Дмитрий Евгеньевич (3 марта 2016 г. 19:23) |
Здравствуйте, уважаемые авторы. На конференции появился новый вид докладов: информационное сообщение с библиографическим списком для интересующихся. Спасибо. Интересуюсь. На досуге поищу. |
Сальков Николай Андреевич (3 марта 2016 г. 20:00) |
Я тоже так хочу! Спасибо за подсказку! |
Горнов Александр Олегович (5 марта 2016 г. 0:32) |
Здравствуйте, уважаемые авторы ! ... Знаком, с некоторыми Вашими работами и представляю более - менее суть и масштаб трансформации ГГП в СГАУ для указанной области подготовки. Поэтому позвольте вопросы, скорее, организационного характера. Вы пишите, что перестройка ГГП проведена по инициативе руководства факультета и, наверно, это был естественный отклик на потребность данных отраслей наукоемкого промышленного производства. Хотя, может быть, этот переход начался на основе некого прогноза? И еще такие три вопроса: 1) Как и как давно потребители - отдельные проектно- конструкторские организации и предприятия (работодатели), а затем и руководство аргументировали и cформулировали свой заказ в “Ваш адрес”? И когда у Вас началась перестройка ГГП? 2) Сколько “образовательных продуктов” подготовлено по этой технологии? Можно ли указать явные, и какие, признаки эффективной адаптации новой генерации ИТР в процесс ПКД, в том числе в его творческой составляющей? 3) Можно ли говорить о каких либо проблемах в рамках собственно такой технологии и её образовательном аспекте ? С уважением, А.О. |
Усанова Елена Владимировна (5 марта 2016 г. 1:07) |
Уважаемый Владимир Иванович и все Ваши коллеги и соавторы! Давно ждали представительства СГАУ на полях этой конференции. Поэтому позвольте наши вопросы.
Рис.1. Классификация пространственных представлений Образы воссоздающего воображения – новые мысленные образы, создаваемые путём мысленной переработки на основе известного (хранящегося в памяти, прототипа) или заданного материала: комплексных чертежей изделий, их словесного описания – это наиболее частый вариант. Образы творческого воображения – новые мысленные (не известные ранее) образы, формирование которых приводит к созданию новых форм, конструкций и т.д. И их формирование - это не вопрос 1-3-х семестров. Как минимум с детства. Разными способами. На готовых наглядных изображениях уровня творческого воображения, по-видимому, не достичь… Наглядность не стимулирует их развития, в педпсихологии это известный факт. Думается, отчасти поэтому «цифровое поколение» настроено на потребление технологий, а не на работу мысли: с развитием ТВ и ИКТ оно давно мыслит алгоритмами. Но в индустриально продвинутом Китае не бросили техрисунок, а в Японии сейчас исследуют влияние безбумажного перехода, поскольку уже обнаруживают последствия: по возрасту уже уходит поколение конструкторов от чертежа к КГ, остаются только на КГ. Из каких «воображений» 2. А почему АDЕМ? По Москве и в Белоруссии, известно, разъезжают наши «толмачи» NX и ProE, диссертации забросили, потому что семьи кормить надо, а эти продукты востребованы на предприятиях наукоемкого машиностроения. 3. Сквозная технология предполагает интеграцию деятельности кафедр или даже их объединение. И как эти вопросы решаются в СГАУ? С уважением Е.В. Усанова и Л.А.Шацилло |
|
Усанова Елена Владимировна (5 марта 2016 г. 1:11) |
Из каких «воображений», на основе чего ваши студенты создают 3D-модели? С уважением Е.В. Усанова и Л.А.Шацилло |
|
Иващенко Владимир Иванович (9 марта 2016 г. 12:12) |
Здравствуйте, уважаемые Елена Владимировна и Людмила Анатольевна !
1.Просим извинить, но вопрос без комментариев: нет смысла, да и времени вести разговоры, а тем более спорить на общие (в большей части, по нашему мнению, вызывающие сомнения) темы. 2.Специалисты различных областей деятельности, как правило, используют для решения конкретных задач инструмент, позволяющий решать эти задачи наиболее эффективно. Не принято спрашивать, зачем, например, слесарю столько различных напильников, или столяру столько стамесок. Это и так очевидно. ADEM - интегрированная среда проектирования, позволяющая эффективно, "малой кровью" в ходе учебного процесса приобрести знания о возможностях, освоить принципы работы в среде любой современной САПР и поддерживающая идеологию "сквозного" проектирования (в том числе "сквозной" параметризации). 3.Вы совершенно правильно отметили, что "сквозная технология предполагает интеграцию деятельности кафедр", однако у нас каждая из кафедр обучает студентов своей предметной области, поэтому об укрупнении кафедр речь не идёт. 4.Ваша ирония не уместна. Мы с уважением и серьёзно относимся к опыту, приобретённому коллегами. При внимательном прочтении нашего сообщения вы выясните, что студенты экспериментальных групп создают 3D-модели, используя наперёд разработанные базы параметрических моделей, сначала канонических геометрических объектов. С уважением, авторы. |
|
Иващенко Владимир Иванович (9 марта 2016 г. 12:12) |
Здравствуйте, уважаемый Александр Олегович! Спасибо за проявленное внимание к нашему сообщению. 1.Наше сотрудничество с базовым предприятием (ПАО "Кузнецов") осуществляется в сфере образования и науки с момента организации факультета двигателестроения в 1942г. В годы перестройки с учётом потребностей предприятия на факультете организована подготовка специалистов в группах ЦИПС. Потребность в специалистах нового уровня (владеющих навыками работы с САПР) появилась на предприятии в конце 80-х (когда в ОКБ началось внедрение системы СГМ БПИО АСК на платформе VAX 9000) и усилилась одновременно с оснащением подразделений отдела гл. технолога ПЭВМ в начале 90-х. В последнее десятилетие сотрудниками факультета (с привлечением студентов) в интересах предприятия (совместно с работниками предприятия) выполнен ряд проектов по постановлению Правительства РФ (в частности, № 218). Таким образом, как Вы правильно отметили, "это был естественный отклик на потребность наукоемкого промышленного производства" и "этот переход" постоянно учитывает состояние дел у наших (в т.ч. зарубежных) коллег. 2.Перестройка ГГП начала осуществляться в экспериментальных группах различных категорий учащихся и студентов по авторским программам в первую очередь и одновременно с началом перестройки всего учебного процесса на факультете под новые (очевидные) потребности производства с начала 90-х (см.п.1), когда кульманы в ОКБ были списаны. Деятельность руководства факультета (теперь института) носит инициативный характер (никаких директивных указаний к нам до сих пор не поступает). Тогда же были сформулированы принципы организации нового учебного процесса (см. текст нашего сообщения). 3."Образовательные продукты" генерируются инициативной деятельностью коллектива института (в частности, коллектива кафедры инженерной графики). Например, в середине 90-х годов известно успешное выступление команды СГАУ на соревнованиях по геометрическому моделированию и компьютерной графике в г.Нижнем Новгороде, успешное выступление студентов на ежегодных отраслевых олимпиадах по двигателестроению. Можно привести примеры карьерного роста недавних выпускников не только работающих на базовом предприятии, но и на других родственных предприятиях (в РФ, и за рубежом). 4.Проблемы, конечно, есть. Одна из них - инертность мышления педагогического сообщества, отдельные "продвинутые" представители которого пытаются выйти из очевидного тупика, как правило, спонтанно предлагая различные вероятные пути, иногда с оглядкой на "авторитеты" (чаще всего сомнительные). Большинство же привыкло ждать, выполняя приказы (директивы) сверху, по мере их поступления. Такая картина наблюдается повсеместно (в нашем университете, кроме института двигателей, учебные подразделения по разным причинам не торопятся с реинжинирингом учебных процессов, считая, что компьютерной графики им на ближайшее время хватит). А ведь речь идет о необходимости восстановления в новых условиях естественной последовательности этапов творческой деятельности, заложенной человеку природой. С уважением, авторы |
|
Горнов Александр Олегович (9 марта 2016 г. 13:34) |
Здравствуйте Владимир Иванович и Леонид Андреевич! Спасибо за обстоятельный ответ на мой вопрос. Насколько я знаю, ваша система подготовки имеет и довузовскую - “компенсирующую и ориентирующую” составляющие . …А особенно мне близко ( и NL – концепции инженерной подготовки, пропагандируемой совместно с Людмилой Анатольевной, тоже ) и понятно заключительное в ответе, что “…. речь идет о необходимости восстановления в новых условиях естественной последовательности этапов творческой деятельности, заложенной человеку природой.” Дальнейших успехов вам, коллеги! А.О.
|
|
Усанова Елена Владимировна (9 марта 2016 г. 20:20) |
Здравствуйте, уважаемые Владимир Иванович и Леонид Андреевич!! 1. «Просим извинить…» По поводу вызывающих сомнение тем. Здесь принципиальный вопрос: изменилось строение графической деятельности. Сейчас не по Ломову Б.Ф., Степаковой и др. академикам. Теперь читаем чертеж изделия, активизируя составляющие его элементы. (Прекрасную avi-шку с ADEMa послали Горнову с разрезом ГТД. Используется в демонстрациях при объяснительных чтениях. Не помним, откуда она у нас, на ADEMе давно не работаем. Возможно, у Вас же и взяли, или из Израиля А.П.Тунаков привез). Новое поколение студентов, не знакомое с чертежами должно «3D-моделировать» с чего-то. CAD-системы высокого уровня позволяют выполнять эскизы не отталкиваясь от симметрии. Здесь вопрос, как учить студентов с неразвитой внутренней координацией и ощущением симметрии или не симметрии. Некоторые приемы развития пространственных представлений в черчении, которые применялись традиционно, в КГ просто детренируются. У практикующих CAD-образование в преподавателей корпоративного университета от GM (Флинт) и Мичиганского (Форд, государственный) толстые альбомы практических заданий на эту тему. В Массачусетсе, на их сайте в 2011г., объяснение все ведется от плоских эскизов в PPT. Сейчас уже давно не обращались к ним. На КГП-15 была прекрасная работа Военмеха по развитию пространственных представлений «Скицирование и восстановление геометрической информации в образовательном процессе». Это современный тренинг, развивающий дополнительно и профессиональную интуицию в условиях КГ. 2. Назидание про «Не принято спрашивать» принимаем. Просто ADEM давно не используем, оттого и возник вопрос. 3. "Сквозная технология предполагает интеграцию деятельности кафедр" потому, что методология инженерной деятельности стала интегрированной и в предметных областях порой образуются трансфер-интегративные зоны с новыми областями знаний (обновляя их содержание), объединяя эти зоны в единое целое. Проф. Г.А.Щеглов в МВТУ, например, активно пересекает свою преподавательскую деятельность по РД с каф.графики. Поэтому подозреваем, что грядет еще объединение кафедр по направлениям подготовки, как в Европах и Америках. Это только у нас на каждого профессора по кафедре. 4. Мы не иронизировали. Расстроились, вообще не думали обидеть... Просто сами напрягаемся над начальным процессом создания 3D-модели, когда перед тобой нет чертежа, как мы привыкли. Подсмотрели опыт не тронутых педагогической наукой американцев: на картинках начинают учить. А параметризация потом. Создавать Всероссийскую Базу параметрических моделей, канонических геометрических объектов вторую КГП всех уговариваем. Не самопальную, для отдельного вуза, а чтоб все специалисты оценили, разобрали по косточкам и внесли в общее хранилище, рассортировав все как надо. Офиициальный, так сказать, е – документ. Не враги же мы своему образованию и, тем более, студентам. 5. Личное. Если еще работают Валечка Окорочкова и декан факультета ДЛА, с которыми была на ФПК в МАИ во время последнего съезда КПСС (мы с ним на первом ряду в театре Маяковского сидели, контрамарки я от самого Андрея Гончарова получала), передайте им от Шацилло огромнейший привет. С уважением Е.В.Усанова и Л.А.Шацилло. |
Назад Go Back