Отмечена целесообразность использования в учебном процессе, практических работ содержащих элементы конструирования. Перечислены направления конструкторской деятельности, степень их углублённости и возможность использования на разных этапах обучения в рамках курса «Инженерная и компьютерная графика». Указанные работы позволяют развивать навыки конструирования и несут в себе творческие начала.
Ключевые слова: конструирование, инженерная геометрия, компоновочная геометрия, компьютерная графика, творчество.
Во многих случаях, студенты проходящие обучение в техническом вузе по дисциплине «Инженерная и компьютерная графика» получают в качестве исходных данных, информацию об уже сформированной конструкции, требующей дальнейшей разработки в плане выпуска конструкторских документов.
В качестве исходного материала могут выдаваться учебные задания с фрагментами чертежей, чертежи общего вида, сборочные чертежи, выполненные на бумажном носителе или в «электронном» виде. В помощь студенту предлагается: учебная литература, методические разработки, справочники, стандарты ЕСКД (например, [1-3]). Практически, в любом случае, выполняемые работы, в основном, имеют исполнительский характер, т. е. не содержат творческих действий.
В настоящее время, в условиях многочисленных вызовов, такой подход явно недостаточен. Сегодня необходимо формулировать и выдавать такие задания, которые содержали бы творческую составляющую, развивающую мышление, заставляющую продумывать возможные варианты решения.
В связи с этим, можно отметить основные направления конструкторской деятельности, используемые в учебных целях:
-
Восстановление частично или полностью «утерянной» геометрической информации конструкции или её части (в рамках компоновочной и конструктивной геометрии);
-
Изменение присоединительных элементов (посадочных мест и их геометрических характеристик, параметров соединений);
-
Изменение схем уплотняющих элементов и их параметров;
-
Изменение компоновочной схемы с оценкой занимаемого объёма и массы;
-
Изменение компоновочной схемы в условиях жестких ограничений по месту и зоне расположения;
-
Конструирование в условиях максимально отсутствующей информации (по принципиальной схеме);
-
Дополненная реальность MCAD (сравнение с прототипами, уточнение обстановки, что особенно важно для крупных комплексов (стартовые сооружений, башни обслуживания и т.д.)).
Восстановление «утерянной» геометрической информации является важным компонентом конструкторской деятельности. Потеря геометрической информации может быть сделано специально, исходя из учебных целей, или невольно при разборке сборочных единиц, или их разрушение, связанное с эксплуатацией [4].
Наиболее простой вариант – наличие в оставшейся (не разрушенной) части детали информации о геометрии, и её параметрах.
Однако иногда приходится домысливать геометрические формы, которые оказались уничтоженными или имели значительную деформацию. Указанная работа может быть «утяжелена» необходимостью микроконструирования, т.е. приданию деталям или их композициям дополнительных свойств, например, обеспечение герметичности соединения (рис. 1), обеспечение герметичности ввода движения (рис. 2), стопорение соединений (рис. 3) или иным конструкторским обременениям.
Такая работа имеет творческую составляющую. Восстановление «утерянной» части геометрии детали или отсутствующей полностью, дополнение новыми конструкторскими решениями выстраивает цепочку действий, базирующихся на имеющейся предыстории (аналог, прототип или стандартное решение).
При работе со сборочными единицами также возможна потеря её отдельных геометрических составляющих. Это могут быть детали, геометрическая форма которых практически однозначно определяется обстановкой, т.е. геометрией окружающих её и находящихся в наличии деталей [4]. В этом случае возможно только уточнение их определенных геометрических характеристик по справочным материалам.
При отсутствии реальной геометрической информации работа уже переходит в русло конструирования.
И здесь приходиться решать более широкий круг задач, а именно:
-
какие составляющие части изделия(сборочной единицы) взаимодействуют между собой и какие геометрические особенности они имеют;
-
какой характер взаимодействия имеют составляющие части изделия (подвижные, неподвижные, разборные, неразборные и т. п.);
-
на какие качественные характеристики взаимодействия элементов конструкции необходимо обратить внимание (точность сопряжения, параметры шероховатости и т.п.);
-
оценка характера и условий износа, влияющего на работоспособность деталей и в целом сборочной единицы;
-
необходимость смазки поверхностей, тип смазки и условия её подачи в зону трения;
-
возможный учёт технологических особенностей изготовления деталей;
-
решение комплекса вопросов по собираемости изделия;
-
оценка возможности модернизации деталей и изделия в целом, для увеличения срока работы, уменьшения массы, изменения марки материала и т.п.;
-
анализ о целесообразности использования антифрикционных или антикоррозийных покрытий;
-
возможность использования унифицированных и стандартных элементов.
Данный перечень вопросов, которые приходиться решать (он в значительной степени связан с геометрией, как отдельных деталей, так и всей конструкции) может быть расширен или уточнён.
Более того при решении значительной части этих вопросов имеет смысл использовать CAD/CAE/CAM технологии.
Возможно, целый ряд поставленных задач может оказаться за пределами области знаний конкретных обучаемых, но это не значит, что эти вопросы не следует ставить или их обговаривать.
При отсутствии геометрической информации о более чем двух деталях практически приходится выстраивать, так называемую, концептуальную геометрическую модель сборочной единицы, с возможными геометрическими вариантами её составляющих. Концептуальная геометрическая модель изделия включает в себя компоновочную часть и геометрию возможно известных, унифицированных или стандартных геометрических элементов (конструктивная часть или конструктивная геометрия) [5].
Одним из возможных вариантов заданий («тяжёлых», в исполнительском плане) может быть конструкторская разработка изделия по заданной кинематической схеме, в которой нет конкретно выполненных деталей. Их нужно предложить, осмыслив конструкцию и сделав соответствующие оценки.
В задании необходимо по кинематической схеме (рис. 4) разработать простое изделие, состоящее из двух и более деталей, изобразив конструкцию на чертеже общего вида или сборочном чертеже в зависимости от содержательной части задания. Исходные данные могут содержать другие кинематические схемы, большее количество звеньев и, следовательно, большее количество соединяемых элементов с набором ограничений по геометрии и исполняемым функциям. Также может быть указано на необходимость применения стандартизованных элементов и размерных рядов. В задании могут присутствовать различные варианты.
На рис. 4 в качестве примера показаны исходные данные в качестве кинематических схем и словесного описания проектируемого изделия.
К примеру, представим две взаимно перпендикулярных оси. Одна из них – ось рычага (тумблера), другая – ось вала. Рычаг и вал могут быть регулирующими или переключающими устройствами, разновидности их в технике встречаются часто.
В исходных данных оговариваются некоторые параметры, среди которых могут быть следующие:
-
рычаг и вал представляют собой разъемное неподвижное соединение;
-
рычаг может иметь различную форму (круглый, профильный, прямой криволинейный и т.п.);
-
вал должен иметь ступенчатую цилиндрическую поверхность для размещения и крепления подшипника скольжения или качения;
-
вал должен иметь неподвижное, разъемное соединение с регулирующим элементом.
Формирование такой конструкции с выполнением сборочного чертежа или вида общего неизбежно потребует от исполнителя проявления конструкторской фантазии и ознакомления с технической литературой. То и другое очень важно для становления будущего технического специалиста.
В целом, прикладная нагрузка (по мнению авторов) на чисто теоретический материал, изучаемый в рамках базовой геометрии, и введение дополнительных условий и ограничений, в рамках инженерной и компьютерной графики, способствует проявлению интереса к техническим приложениям фундаментальной частью которых, является геометрия.
Список литературы
-
Справочное руководство по черчению./В.Н. Богданов, И.Ф.Малежик, А.П. Верхола и др. – М.: Машиностроение, 1989.
-
Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно – методическое пособие. В 2-х кн. / Под ред. Н.П. Учаева – Изд. 3-е, испр. – М.: Машиностроение, 1988.
-
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой.—8-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 2001. — ISBN 5-217-02962-5.
-
Абросимов С.Н. Скицирование и восстановление геометрической информации в образовательном процессе/ C.Н. Абросимов, Б.И.Рыбин // Сборник материалов 5-ой Международной научно-практической интернет-конференции «Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации ». Пермь-2015, С. 522-529
-
Абросимов С.Н. Проектное обучение в курсе «Основы автоматизированного проектирования» // Сборник материалов 5-ой Международной научно-практической интернет-конференции «Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации ». Пермь-2015, С. 469-475
Рисунки к докладу
Рис. 1
Рис. 2
Вариантное моделирование узла ввода движения и соответствующего его уплотнения
Рис. 3
Конструкторские решения по стопорению соединений
Рис. 4
Конструирование по кинематической схеме
Вопросы и комментарии к выступлению:
Лепаров Михаил Николаевич (17 марта 2016 г. 21:12) |
Здравствуйте, Сергей Николаевич и Борис Иванович! Приятный доклад. Спасибо за представления. Предложен один хороший подход. Конечно возможны и другие подходы, напр. функциональный или на базе другие описания технического объекта. У меня следующие вопросы: 1. Это концептуальная разработка или она частично/ целиком применена в учебном процессе? 2. Вы пишете „Более того при решении значительной части этих вопросов имеет смысл использовать CAD/CAE/CAM технологии”. Как это будет возможно в курсе „Инженерная и компьютерная графика”? 3. Вы предлагаете „оценка возможности модернизации деталей и изделия в целом, для увеличения срока работы, уменьшения массы, изменения марки материала и т.п.”; "оценка характера и условий износа, влияющего на работоспособность деталей и в целом сборочной единицы;" и др. Пожалуйста, поясните как студент в курсе „Инженерная и компьютерная графика” будет успеть этого сделать? Пожалуйста, извините мой русский. С уважением млепаров |
|
Абросимов Сергей Николаевич (20 марта 2016 г. 20:36) |
Здравствуйте, Уважаемый Михаил Николаевич! Пишем Вам уже второй раз, наше первое сообщение от 17.03.16, видимо, потерялось в "дебрях" интернета. Просим извинить нас за это. На наш взгляд, всё обучение в ВУЗе должно быть проектным и творческим. Однако не все студенты это понимают, а ряд из них даже и не хотят понимать (им заниматься конструированием не нужно). И поэтому обучение не может строится для всех одинаково. В любом случае, конструирование это творческий процесс, но может иметь разную степень углублённости в зависимости от уровня подготовки и желания студента. В нашем сообщении, мы пытались выделить (не претендуя на полноту) направления конструкторской деятельности связанные с "Инженерной геометрией и графикой", распространяемые на весь период обучения. Однако, начать заниматься конструированием можно уже и со второго семестра и в рамках "Инженерной и компьютерной графики", продолжить в третьем (об этом говорит материал, представленный в виде рисунков №1-4 нашего сообщения) и далее, развивать в "Компьютерной графике" или "Основах САПР", если они есть в рабочих программах. К этому времени студенты начинают изучать информационные технологии, метрологию, детали машин, теорию прочности и ряд других дисциплин. Всё это в целом, уже к середине всего процесса обучения, думающей и желающей получить знания и навыки части студенчества позволяет достаточно уверенно решать конструкторские задачи. На это направлены все наши мысли и рассуждения. С наилучшими пожеланиями, авторы. |
Назад Go Back