МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SOLIDWORKS В КУРСЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА» НА КАФЕДРЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» МГТУ ИМ. Н.Э. БАУМАНА

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SOLIDWORKS В КУРСЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА» НА КАФЕДРЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» МГТУ ИМ. Н.Э. БАУМАНА

Научная статья

Головачева Л.И.^1, *, Максутова Р.А.², Федоритенко Н.А.³

¹ ORCID: 0000-0003-0594-5866;

² ORCID: 0000-0002-8123-5893;

³ ORCID: 0000-0003-1016-7827;

^{1, 2, 3} Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (golovocheva.ludmila[at]mail.ru)

Аннотация

В статье содержится информация о программе САПР SolidWorks, изучаемой в МГТУ им. Н.Э.Баумана. Подробно расписана программа занятий «от простого к сложному», выполняемых в SolidWorks на один семестр, отмечаются особенности этой программы перед Autodesk Inventor, приведены учебные пособия, разработанные преподавателями МГТУ им. Н.Э.Баумана, для успешного изучения программы SolidWorks.

Может быть полезно для слушателей факультета повышения квалификации и начинающих молодых преподавателей в качестве вспомогательного материала в работе со студентами.

Ключевые слова: инженерная графика, компьютерн6ая графика, САПР, ЕСКД, трехмерное моделирование.

METHODS OF TEACHING COMPUTER-AIDED DESIGN SOLIDWORKS IN THE COURSE "ENGINEERING AND COMPUTER GRAPHICS" AT THE DEPARTMENT "ENGINEERING GRAPHICS" OF THE BAUMAN MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY

Research article

Golovacheva L.I.^1,*, Maksutova R.A.², Fedoritenko N.A.³

¹ ORCID: 0000-0003-0594-5866;

² ORCID: 0000-0002-8123-5893;

³ ORCID: 0000-0003-1016-7827;

^{1, 2, 3} Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia

* Corresponding author (golovocheva.ludmila[at]mail.ru)

Abstract

The article contains information about the CAD program SolidWorks, which is being studied at the Bauman Moscow State Technical University. The program of classes "from simple to complex", performed in SolidWorks for one semester, is described in detail, the features of this program before Autodesk Inventor are noted, the tutorials developed by the teachers of the Bauman Moscow State Technical University for the successful study of the SolidWorks program are given.

It can be useful for students of the faculty of advanced training and novice young teachers as an auxiliary material in working with students.

Keywords: engineering graphics, computer graphics, CAD, ESKD, three-dimensional modeling.

Современный мир уже нельзя представить без применения вычислительной техники, а полноценное образования невозможно представить без использования новейших компьютерных технологий, которые значительно расширили и упростили изучение таких предметов, как начертательная геометрия и инженерная графика. Студенты, изучая компьютерную графику, получают возможность визуализации деталей – получения наглядных объёмных моделей деталей, что в свою очередь способствует развитию у студентов пространственного воображения, увеличивает качество и скорость усвоения нового материала, делает обучение более доступным и интересным.

Так же, в дальнейшем, в инженерной практике вычислительная техника широко используется для организации и планирования экспериментальных исследований, выполнения расчетов, для обработки результатов испытаний, для автоматизации проектирования и оформления документации и для многих других целей.

Автоматизацию работ на стадиях проектирования и подготовки производства позволяет решить использование Систем Автоматического проектирования (САПР).

САПР дает возможность повысить эффективность труда инженеров, благодаря:

• сокращению трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращению сроков проектирования; сокращению себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
• повышению качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
• сокращению затрат на натурное моделирование и испытания.

Повышение эффективности труда достигается путем:

• автоматизации оформления документации;
• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
• использования технологий параллельного проектирования;
• унификации проектных решений и процессов проектирования;
• повторного использования проектных решений, данных и наработок;
• стратегического проектирования;
• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
• повышения качества управления проектированием; применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Преподаватели МГТУ им. Н.Э.Бауман поставили перед собой задачу улучшать графическую подготовку студентов, разрабатывать и совершенствовать методики преподавания дисциплины, вводить новые современные графические программы.

На данный момент среди систем автоматизированного проектирования (САПР) наибольшую популярность приобрели так называемые системы среднего класса и основными лидерами рынка являются:

• SolidWorks
• Autodesk Inventor
• Autodesk AutoCad

Все программы предназначены для трехмерного параметрического моделирования изделий. Каждая из этих САПР обладает широким набором инструментов для комфортной работы пользователя и дает возможность разрабатывать проекты любой сложности [2], [3].

Программы SolidWorks и Autodesk Inventor — конкуренты, имеющие свои преимущества и недостатки.

Программа SolidWorks (SW) — мощный инструмент для 3D моделирования и автоматизированного проектирования сложных изделий различного назначения. В этом пакете можно создать большое количество разнообразных деталей для разных технических целей, в том числе и для 3D печати. SW позволяет не только конструировать изделия в цифровом виде, но и содержит множество дополнительных инструментов, позволяющих производить виртуальные технические испытания над созданной моделью.

Ключевыми особенностями САПР SolidWorks являются:

• Удобные настраиваемые среда проектирования и пользовательский интерфейс, за счет работы в среде Microsoft Windows;
• Возможность настройки оформления чертежей и моделей в соответствии с разными стандартами, включая ЕСКД;
• Инструменты импорта и распознавания геометрии из других CAD-систем;
• Обилие надстроек сторонних разработчиков для решения узкоспециализированных задач;
• Инструменты оценки стоимость изготовления деталей на этапе разработки.

SolidWorks – система, давно присутствующая на рынке и хорошо себя зарекомендовавшая, поэтому студенты нашего вуза изучают ее наравне с программой Autodesk Inventor при прохождении курса «Инженерная и компьютерная графика».

К изучению основ работы в САПР SolidWorks студенты приступают только после получения знаний по теоретическим основам начертательной геометрии и инженерной графики [9]. Без знания этих дисциплин нельзя приступать изучать компьютерную графику.

На кафедре РК-1 была разработана и применена новейшая методика преподавания компьютерной графики для студентов факультета ГУИМЦ МГТУ им. Н.Э.Баумана. Это факультет для слабослышаших студентов.

Преподавание ведется с помощью интерактивных обучающих программ, которые внедрены в учебный процесс.

Для более качественного и продуктивного обучения преподавателями кафедры были разработаны и написаны учебные пособия по программе SolidWorks [10].

Обучающий курс рассчитан на 8 недель и проводится в виде лабораторных работ. Занятия проходят один раз в две недели.

Курс построен по принципу «от простого к сложному» и каждая лабораторная работа включает в себя теоретическую и практическую часть.

Так же разработаны варианты типовых заданий для самостоятельной проработки студентами.

Первое занятие – вводное. В теоретической части рассматривается понятие САПР (Систем Автоматического Проектирования) и основные принципы и этапы работы в SolidWorks: построение эскиза; создание объемной модели; создание сборок; генерация чертежей; инженерные расчеты. В практической части – знакомство с интерфейсом программы и построение эскиза (работа в 2хмерном пространстве).

На данный момент времени САПР SolidWorks доступна для работы только на операционных системах Windows. Программа популярна в том числе потому, что интерфейс доступен и прост в освоении. Он полностью настраивается под нужды пользователя.

Второе занятие. Переход от двухмерного пространства эскиза к трехмерному пространству модели. Создание деталей типа призмы, тела вращения и конструктивных элементов деталей.

Третье занятие. Построение твердых тел сложной конфигурации. Построение твердых тел по сечениям. Построение трехмерного эскиза. Создание детали типа спирали.

Рабочие функции располагаются на панели инструментов в верхней части рабочего экрана, поэтому управление 3D моделью удобно для пользователя.

Четвертое занятие. Формирование чертежа. Создание нового чертежа и стандартных видов. Возможности SW в оформлении чертежей: разрезы, местные виды, нанесение размеров, текстовые пояснения.

Для данного занятия студенты вспоминают и используют знания, полученные при изучении курса «Инженерная графика» [1], [4], [5]. Для грамотного создания и оформления чертежей необходимо пользоваться ГОСТами ЕСКД.

Пятое занятие. Создание сборок. Оформление сборочного чертежа и спецификации [6].

Для этого занятия помимо ГОСТов необходимо знать ГОСТ 2.106-96 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Текстовые документы, для правильного оформления спецификации.

Шестое занятие. Создание поверхностей и деталей на их основе. Основные способы построения поверхностей. Преобразование поверхностей. Детали на основе поверхностей. Построение детали вытягиванием до поверхности, утолщением поверхности.

Седьмое занятие. Создание деталей из листового материала. Проектирование деталей непосредственно из листового материала. Конструирование детали из твердого тела и преобразование ее в деталь из листового материала. Многотельные детали из листового металла.

Восьмое занятие. Защита студентами типовых заданий своего варианта.

Данное итоговое мероприятие помогает определить уровень усвоения студентами изученного теоретического и практического материала.

Разработанная методика данного курса преподавателями кафедры «Инженерная графика» МГТУ им. Н.Э. Баумана, поможет всем студентам освоить еще одну (после Autodesk Inventor) [7], [8] инновационную систему автоматизированного проектирования и после окончания института стать более конкурентоспособными на рынке труда.

Полученные знания и умения пригодятся им как во время дальнейшей учебы, так и после окончания вуза в дальнейшей трудовой деятельности, чтобы успешно и быстро проектировать, моделировать и подготавливать конструкторскую документацию.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Белобородова Т.Л. Проекции многогранников / Т.Л. Белобородова, Е.Ю. Кичигина 2016, 24 с. [Электронный ресурс]. – URL: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/92/bookhtml (дата обращения:15.06.2020)
2. Болоненко С. А. Применение САПР Solid Works и CAE-системы Cosmos Works для компьютерных испытаний и оптимизации конструкций приборов систем управления летательных аппаратов /Болоненко С. А., Захаров С. А., Овчинников И. А., Попов Е. Н. // Технология машиностроения. - 2007. - № 9. - С. 61-63.
3. Вельтищев В. В. Практические основы геометрического моделирования на базе системы Автокад: Методические указания по курсу "Инженерная графика". Под ред. В. В. Вельтищева / Вельтищев В. В. Момджи Т. Д. - 1991. - 89с.
4. Горюнова И.А. Эскиз детали с резьбой. Изображение, измерение и обозначение стандартных резьб / И.А. Горюнова, А.Ю. Горячкина, Р.А. Максутова 2017, 44 с. – [Электронный ресурс]. – URL: https://clck.ru/Stv8E (дата обращения:15.06.2020)
5. Горячкина А.Ю. Проекционное черчение / А.Ю. Горячкина, Н.С. Иванова, Т.И. Мурашкина, Н.Г. Суркова, 2015, 44 с. [Электронный ресурс]. – URL:http://ebooks.bmstu.ru/catalog/92/bookhtml (дата обращения:15.06.2020)
6. Горячкина А.Ю. Стандартные элементы конструкций изделий. Справочные таблицы / А.Ю. Горячкина, О.М. Корягина, 2017, Учебно-методическое пособие, 144 с. [Электронный ресурс]. – URL: https://clck.ru/StvH5 (дата обращения:15.06.2020)
7. Гузненков В. Н. Модель как ключевое понятие геометро-графической подготовки / Гузненков В. Н., Журбенко П. А. //Альма матер (Вестник Высшей школы). - 2013. - № 4. - С. 82-87.
8. Гузненков В. Н. Autodesk Inventor 2016. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей: учеб. пособие для вузов /Гузненков В. Н., Журбенко П. А. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 119с.
9. Жирных Б. Г. Начертательная геометрия: учебник / Жирных Б. Г., Серёгин В. И., Шарикян Ю.Э. МГТУ им. Н. Э. Баумана; общ. ред. Серёгин В. И. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 167 с.
10. Щеглов Г.А. Практикум по компьютерному моделированию геометрии изделий с использованием SolidWorks / Г.А. Щеглов, А.Б. Минеев, 2019, Учебное пособие 184 стр. [Электронный ресурс]. – URL: https://clck.ru/StvR9 (дата обращения:15.06.2020)

Список литературы на английском языке / References in English

1. Beloborodova T.L. Proekcii mnogogrannikov [Projections of polyhedral] / T.L. Beloborodova, E.Ju. Kichigina, 2016, 24 p. [Electronic resource]. – URL: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/92/book1491.html (accessed: 06/15/2020) [in Russian]
2. Bolonenko S. A. Primenenie SAPR Solid Works i CAE-sistemy Cosmos Works dlja komp'juternyh ispytanij i optimizacii konstrukcij priborov sistem upravlenija letatel'nyh apparatov [Application of CAD Solid Works and CAE-systems Cosmos Works for computer testing and optimization of the design of instrumentation for aircraft control systems] / Bolonenko S. A., Zakharov S. A., Ovchinnikov I. A., Popov E. N. // Tehnologija mashinostroenija [Technology of mechanical engineering]. - 2007. - No. 9. - P. 61-63. [in Russian]
3. Veltishchev V.V. Prakticheskie osnovy geometricheskogo modelirovanija na baze sistemy Avtokad: Metodicheskie ukazanija po kursu "Inzhenernaja grafika [Practical principles of geometric modeling based on the AutoCAD system: Guidelines for the course "Engineering Graphics"] / Ed. V.V. Veltishchev / Veltishchev V.V. Momji T.D. - 1991. - 89 p. [in Russian]
4. Goryunova I.A. Jeskiz detali s rez'boj. Izobrazhenie, izmerenie i oboznachenie standartnyh rez'b [Sketch of a threaded part. Image, measurement and designation of standard threads] / I.A. Gorjunova, A.Ju. Gorjachkina, R.A. Maksutova, 2017, 44 pages [Electronic resource]. – URL: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/92/book1634.html (accessed: 06/15/2020) [in Russian]
5. Goryachkina A.Yu. Proekcionnoe cherchenie [Projection Drawing] / A.Ju. Gorjachkina, N.S. Ivanova, T.I. Murashkina, N.G. Surkova, 2015, 44 pp. [Electronic resource]. – URL: http: //ebooks.bmstu.ru/catalog/92/book1234.html (accessed: 06/15/2020) [in Russian]
6. Goryachkina A.Yu. Standartnye jelementy konstrukcij izdelij. Spravochnye tablicy [Standard elements of product designs. Reference tables] / A.Ju. Gorjachkina, O.M. Korjagina, 2017, Educational-methodical manual, 144 p. [Electronic resource]. – URL: http: //ebooks.bmstu.ru/catalog/92/book1545.html (accessed: 06/15/2020) [in Russian]
7. Guznenkov V.N. Model' kak kljuchevoe ponjatie geometro-graficheskoj podgotovki [Model as a key concept of geometric graphic preparation] / Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. // Alma Mater (Bulletin of the Higher School). - 2013. - No. 4. - P. 82-87. [in Russian]
8. Guznenkov V.N. Autodesk Inventor 2016. Trehmernoe modelirovanie detalej i sozdanie chertezhej [Autodesk Inventor 2016. Three-dimensional modeling of parts and creating drawings: a tutorial. manual for universities] / Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. - M.: DMK Press, 2013. – 119p. [in Russian]
9. Zhirnykh B. G. Nachertatel'naja geometrija [Descriptive geometry]: textbook / Zhirnykh B.G., Seregin V.I., Sharikyan Yu.E. MSTU named after N.E. Bauman; total ed. Seregin V.I. - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2016 .-- 167 p.
10. Scheglov G.A. Praktikum po komp'juternomu modelirovaniju geometrii izdelij s ispol'zovaniem SolidWorks [Workshop on computer modeling of product geometry using SolidWorks] / G.A. Shheglov, A.B. Mineev , 2019, Tutorial 184 pp [Electronic resource]. – URL: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/92/book2024.html (accessed: 06/15/2020) [in Russian]