ЭЛЕКТРОННОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРУКТУРЕ КУРСА «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА»

Серегин В.И.¹, Сенченкова Л.С.², Суркова Н.Г ³, Белобородова Т.Л.⁴

¹ORCID: 0000-0001-5542-7536, Кандидат технических наук, доцент, ²ORCID: 0000-0001-9719-9404, Кандидат технических наук, доцент, ³ORCID: 0000-0001-6778-3781, Кандидат технических наук, доцент, ⁴ORCID: 0000-0001-6796-3272, Старший преподаватель, Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана

ЭЛЕКТРОННОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРУКТУРЕ КУРСА «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА»

Аннотация

В статье освещается изучение правил построения чертежей на плоскости и электронных моделей деталей и сборочных единиц, что дает возможность соединить в процессе обучения разные методы получения изображения изделий. При этом чертежи в прямоугольных проекциях и электронные геометрические модели взаимно дополняют друг друга и помогают лучшему усвоению разделов курса. Созданный учебно-методический комплекс курса «Инженерная графика» ориентирован на современные требования высоко технологичного производства и отражает базовые требования ФГОС нового поколения.

Ключевые слова: Курс, инженерная графика, чертежи деталей и сборочных единиц, компетенции, Autodesk Inventor, электронные геометрические модели.

Seregin V.I.¹, Senchenkova L.S.², Surkova N.G.³, Beloborodova T.L.⁴

¹ORCID: 0000-0001-5542-7536, PhD in Engineering, Associate Professor, ²ORCID: 0000-0001-9719-9404, PhD in Engineering, Associate Professor, ³ORCID: 0000-0001-6778-3781, PhD in Engineering, Associate Professor, ⁴ORCID: 0000-0001-6796-3272, Senior Lecturer, Bauman Moscow State Technical University in Moscow

ELECTRONIC GEOMETRIC MODELS IN THE STRUCTURE OF “ENGINEERING GRAPHICS” COURSE

Abstract

The article discusses the study of rules for constructing drawings on the plane and electronic models of parts and assembly units, which enables combining different methods of obtaining images of products in the learning process. In this case, drawings in rectangular projections and electronic geometric models complement each other and help to better assimilate the sections of the course. The created educational and methodological complex of the course “Engineering Graphics” is focused on modern requirements of highly technological production and reflects basic requirements of the new generation Federal State Education Standards.

Keywords: course, engineering graphics, drawings of parts and assembly units, competencies, Autodesk Inventor, electronic geometric models.

Курс «Инженерная графика» в МГТУ имени Н.Э. Баумана состоит из традиционного раздела машиностроительного черчения и электронного геометрического моделирования (ЭГМ) и ориентирован на современные требования высоко технологичного производства.

Созданный учебно-методический комплекс курса «Инженерная графика» адаптирован к технологиям геометрического моделирования и отражает базовые требования ФГОС нового поколения. Требования стандартов поколения 3+ к результатам образования представлены в виде перечня компетенций, которыми должен обладать будущий выпускник [5, С. 172].

Выпускник должен владеть навыками использования в своей профессиональной деятельности современных технологий создания и применения конструкторской документации – электронных чертежей и электронных геометрических моделей изделий.

В рамках курса «Инженерная графика» формируется первый базовый уровень геометро-модельной компетенции, которая является начальным звеном в формировании проектно-конструкторской компетенции [4, С. 72].

Разработанная программа курса «Инженерная графика» имеет модульную структуру, каждый модуль которой соответствует тематике разделов курса и обеспечивается набором учебно-методических материалов.

Уменье студентов составить и прочитать изображения деталей и сборочных единиц на бумажном носителе (2D) и на экране компьютера (2D, 3D) есть цель преподавания курса «Инженерная графика». На кафедре «Инженерная графика» МГТУ имени Н.Э. Баумана с 2008 года ведется работа по использованию в учебном процессе твердотельных электронных геометрических моделей. Разработаны содержание и планы аудиторных занятий по теме электронного моделирования, комплекты домашних заданий, варианты контрольных работ. Созданы методические указания для проведения занятий, презентации для сопровождения пояснений, учебные пособия по моделированию деталей и сборочных единиц [3, С. 144].

Выделенные в курсе часы работы в компьютерных классах используются для изучения основных положений твердотельного моделирования: структура модели детали, последовательность создания модели, зависимости, выбор операций для создания элементов модели.

Обучение построено по принципу от простого к сложному на примерах, которые параллельно выполняются студентами на чертежах (2D).

В настоящее время существует большое количество программ, предназначенных для создания твердотельных моделей. В учебном процессе кафедры «Инженерная графика» используются графические пакеты Autodesk Inventor и Solid Works [2, С. 120].

Важным моментом в модернизации курса «Инженерная графика» является тесное сотрудничество университета с ведущей мировой компанией Autodesk, в результате чего был создан на кафедре Научно-образовательный центр Autodesk-МГТУ. Представленные для учебного процесса программные продукты позволили студентам и преподавателям использовать последние версии программ в области автоматизированного проектирования.

В структуре курса «Инженерная графика» место электронного геометрического моделирования представлено в таблице 1.

 

Таблица 1 – Краткое содержание курса «Инженерная графика»

Раздел	Краткое содержание раздела
Основные положения	Стандартизация. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Общие правила оформления чертежей и выполнения изображений (видов, разрезов, сечений).
Детали	Чертежи (эскизы с натуры) детали. Стандартные элементы конструкции детали. Электронная геометрическая модель (ЭГМ) детали и электронный чертеж (ЭЧ) детали.
Соединения	Виды соединений. Изображения и условности. Соединения с помощью стандартных крепежных деталей. Электронные геометрические модели (ЭГМ) соединений и электронные чертежи (ЭЧ) соединений.
Сборочные единицы	Составление чертежа сборочной единицы с натуры и ЭГМ сборочной единицы. Чтение чертежа сборочной единицы: построение ЭГМ деталей и ЭЧ деталей сборочной единицы.

 

Начало изучения курса «Инженерная графика» традиционно связанно с решением задач по практическому применению правил прямоугольного проецирования фигур трехмерного пространства на плоскости, правил оформления чертежей и выполнения изображений по стандартам ЕСКД (виды, разрезы, сечения).

Этот начальный раздел содержит задачи построения на плоскости изображений геометрических фигур разной сложности: построить третью проекцию по двум заданным, достроить изображения заданной фигуры, построить прямоугольные проекции по заданным аксонометрическим проекциям фигуры и т.д.

На первом этапе обучения моделированию студенты составляют ЭГМ (3D)и ЭЧ (2D) геометрических фигур, используя полученные навыки в составлении и чтении изображений геометрических тел по правилам стандарта ГОСТ 2.305 (рис. 1) [1, С. 112].

Рис. 1 – Модели геометрических фигур

 

Следующий важнейший раздел курса – выполнение чертежей (эскизов) деталей с натуры, основной задачей которого является приобретение умений проводить анализ формы и расположения поверхностей, ограничивающих деталь, и изображать детали в соответствии с правилами стандартов.

Одновременно с работой по составлению эскизов студенты изучают правила построения электронных геометрических моделей деталей. Для составления моделей и чертежей используются изображения (2D) стилизованных деталей средней сложности, представляющие два основных класса деталей: «тела вращения» и «не тела вращения» (рис. 2).

Рис. 2 – Модели деталей

 

Для закрепления навыков студенты выполняют домашние задания, а по эскизам деталей с натуры выполняют ЭГМ деталей.

Работа по съемке эскизов и созданию ЭГМ деталей ведется в последовательности: эскиз детали – ЭГМ детали – ЭЧ детали (рис. 3).

Рис. 3 – Эскиз от руки, модель и ЭЧ детали

 

Изучение видов соединений, правил и условностей вычерчивания их на плоскости предваряет работу по составлению чертежа и модели сборочной единицы. Наибольшее внимание в курсе уделено условностям при изображении резьбовых соединений.

Традиционно изучение раздела «Соединения» основывалось на изображении в ортогональных проекциях фрагментов соединений, что не дает возможности показать соединяемые детали и затрудняет понимание конструкции.

В предлагаемом задании на тему «Соединения» студенты выполняют по чертежам несложных стилизованных деталей их твердотельные модели, (рис. 4), а затем ЭГМ и ЭЧ соединения (рис. 5).

Рис. 4 – Модели деталей сборочных единиц

Рис. 5 – Модель и ЭЧ сборочной единицы

 

На примере таких простых сборочных единиц студенты изучают различные соединения и основные этапы работы по составлению электронной модели сборочной единицы (при сборке «снизу вверх»): создание проекта, выбор первого (базового) компонента, последовательность вставки компонентов, наложение зависимостей, работа с библиотеками. По модели сборочной единицы составляется электронный чертеж.

Знания и навыки в составлении изображений сборочной единицы средней сложности студенты приобретают при выполнении чертежа сборочной единицы с натуры по эскизам деталей. Последовательность выполнения работы по созданию ЭГМ сборочной единицы и ЭЧ сборочной единицы: эскизы деталей (рис.6) – модели деталей (рис.7) – модель сборочной единицы (рис.8) – чертеж сборочной единицы (рис.9).

Рис. 6 – Эскизы деталей с натуры

Для проверки размеров деталей и приобретения навыков составления чертежа сборочной единицы предусмотрена работа по предварительной проработке изображений сборочной единицы на чертеже, после чего студенты могут приступить к составлению ЭГМ деталей и ЭГМ сборочной единицы.

Рис. 7 – Модели деталей

Рис. 8 – Модель сборочной единицы

 

Кроме уменья составить изображения сборочной единицы эта работа предваряет получение необходимых навыков для чтения чертежа сборочной единицы.

Чтение чертежа сборочной единицы является заключительной работой в структуре курса. Работа состоит в выполнении чертежей деталей, входящих в сборочную единицу, с определением конфигурации и размеров деталей по чертежу сборочной единицы средней сложности. Работа выполняется в компьютерных классах.

На первом этапе работы создание электронных моделей деталей сборочной единицы свидетельствует о правильном прочтении конструкции сборочной единицы и ее составных частей.

Выполнение ЭЧ деталей на втором этапе работы дает возможность подтвердить полученные при изучении курса навыки выбора изображений и нанесения размеров на чертежах деталей, (рис. 10).

Рис. 10 – Электронные модели и чертежи деталей

Полученный опыт работы на кафедре «Инженерная графика», при котором параллельно изучаются правила построения чертежей на плоскости и электронных моделей деталей и сборочных единиц, показал возможность органически соединить в процессе обучения разные методы получения изображения изделий. При этом чертежи в прямоугольных проекциях и электронные геометрические модели взаимно дополняют друг друга и помогают лучшему усвоению разделов курса.

Список литературы / References

1. Алиева Н. П., Журбенко П. А., Сенченкова Л. С. Построение моделей и создание чертежей в системе Autodesk Inventor. Учебное пособие. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 112 с.
2. Гузненков В. Н., Журбенко П. А. Autodesk Inventor 2012. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей. Учебное пособие. – М.: ДМК Пресс, 2013. – 120 с.
3. Гузненков В. Н., Демидов С. Г. Autodesk Inventor в курсе инженерной графики. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. – 144 с.
4. Гузненков В. Н. Геометро-графическое образование в техническом университете / В. Н. Гузненков // Alma mater (Вестник высшей школы). – 2014. – № 10. – С. 71–75.
5. ГузненковВ. Н., Журбенко П. А. Учебный процесс с использованием графических пакетов / В. Н. Гузненков, П. А. Журбенко // Теория и практика общественного развития. – 2014. – № 1. – С. 173–175.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Alieva N. P., Zhurbenko P. A., Senchenkova L. S. Postroenie modeley i sozdanie chertezhey v sisteme Autodesk Inventor. Uchebnoe posobie. [Build models and create drawings in Autodesk Inventor. Tutorial.] – M.: DMK Press, 2011. – 112 P. [in Russian]
2. Guznenkov V. N., Zhurbenko P. A. Autodesk Inventor 2012. Trehmernoe modelirovanie detaley i sozdanie chertezhey. Uchebnoe posobie. [Three-dimensional modeling of parts and the creation of drawings. Tutorial.] – M.: DMK Press, 2013. – 120 [in Russian]
3. Guznenkov V. N., Demidov S. G. Autodesk Inventor v kurse inzhenernoy grafiki. Uchebnoe posobie dlya vuzov. [Autodesk Inventor in the course of engineering graphics. Tutorial for high schools] – M.: Goryachaya liniya – Telekom, 2009. – 144 [in Russian]
4. Guznenkov V. N. Geometro-graficheskoe obrazovanie v tehnicheskom universitete [Geometrical and graphic education at the Technical University] / V. N. Guznenkov // Alma mater (Vestnik vyisshey shkolyi) [Alma mater (Journal of higher school)]. – 2014. – № 10. – P. 71–75. [in Russian]
5. Guznenkov V. N., Zhurbenko P. A. Uchebnyiy protsess s ispolzovaniem graficheskih paketov [The educational process using graphic packages] / N. Guznenkov, P. A. Zhurbenko // Teoriya i praktika obschestvennogo razvitiya [Theory and practice of social development]. – 2014. – № 1. – P. 173–175. [in Russian]