TEACHING HOW TO USE COMPUTER SIMULATION OF ELECTRONIC PRODUCT MODELS TO STUDENTS MAJORING IN MACHINE BUILDING

ОБУЧЕНИЕ СТУДЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОФИЛЯ КОМПЬЮТЕРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОДУКТОВ

Научная статья

Гаджиев К.Г.¹, Рябов В.А.², Портнов М.А.³, Писарев Д.С.⁴, Чугунов В.И.^5, *

^{1, 2, 3, 4, 5} Национальный исследовательский университет "МЭИ", Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (gkamg55[at]gmail.com)

Аннотация

Современное машиностроение требует подготовки инженеров, уверенно владеющих наиболее распространенными программами для создания не просто чертежного изображения деталей, а цифровых двойников, позволяющих достоверно моделировать работу изделия в системном взаимодействии под рабочей нагрузкой и критическими внешними воздействиями. Моделирование рабочих процессов существенно ускоряет этапы проверки конструкции на прочность, технологической подготовки производства сертификации, начала серийного выпуска продукции.

Ключевые слова: методика, моделирование, студент, методика.

TEACHING HOW TO USE COMPUTER SIMULATION OF ELECTRONIC PRODUCT MODELS TO STUDENTS MAJORING IN MACHINE BUILDING

Research article

Gadzhiev K.G.¹, Ryabov V.A.², Portnov M.A.³., Pisarev D.S.⁴, Chugunov V.I.^5, *

^{1, 2, 3, 4, 5} National Research University “Moscow Power Engineering Institute,” Moscow, Russia

* Corresponding author (gkamg55[at]gmail.com)

Abstract

Modern machine building requires the training of engineers who are confident in working with the most common programs designed to create both a drawing image of parts and digital twins that can reliably simulate the operation of a product in a systemic interaction under a workload and critical external influences. Modeling of work processes can significantly accelerate the stages of design verification for strength, as well as technological preparation of production certification, and the start of serial production.

Keywords: methodology, modeling, student.

Введение

Система образования современных инженеров должна обеспечить студентам с разным уровнем начальной подготовки уверенное владение программами 3D-моделирования уже на первом курсе обучения.

Преподавателю необходимо научить студентов системному инжинирингу. Необходимо строить архитектуру дерева построений подобно действиям инструментов при обработке детали с учетом технологии изготовления. Действия студента, конструирующего деталь должны прогнозировать последующие возможные итерации вариантов конфигурации изделия. Нужно уже на этапе создания основы моделирования детали облегчить  последующую модернизацию детали, позволяющую без дополнительных временных затрат реорганизовывать взаимосвязи с другими объектами в сборке.

Методы и принципы исследования

Методика обучения трехмерному моделированию может быть построена на основе построения электронной модели детали с использованием материального аналога, который можно измерить, покрутить в руках. Метод копирования оригинала достаточно часто используются на производстве для изготовления детали, заменяющей изношенную при ремонте оборудования, т.к. зачастую быстрее и дешевле самостоятельно изготовить заменяющую деталь. Многие производители копируют изделия конкурентов с использованием приемов реверс-инжиниринга. Современные способы копирования имеющихся деталей предлагают возможность получения электронной модели при помощи 3D-сканера. Обратное проектирование – это не просто копирование, зачастую производители аналогов разрабатывают оригинальную обходную технологию изготовления. Начальный этап обучения студентов твердотельному моделированию оказывается востребованным приемом при работе на производстве. Таким образом, рутинное копирование детали может оказаться интересным конкурентным соревнованием на учебном занятии в группе студентов – кто быстрее и точнее предоставит электронную модель заказчику.

Обучение трехмерному проектированию наиболее эффективно начинать с выявления определяющего примитива – тела, к которому удобно добавлять или из которого более короткими ходами можно вычитать материал электронной модели при помощи булевых операций. Определяющим примитивом целесообразно выбрать многогранную призму  или тело вращения, в зависимости от технологии изготовления [1].

Преподавателю необходимо обращать внимание на принципы проектирования и критерии выбора технологии изготовления. Детали могут быть получены не только традиционными методами металлообработки, предусматривающими удаление припусков с заготовки. Современные разработки удешевляют производство мелкосерийных и штучных продуктов путем использования аддитивных технологий. Некоторые отрасли предъявляют особые требования к деталям, накладываются особые требования к весу изделия, к прочности отдельных элементов конструкции. Появились новые программные инструменты, позволяющие оптимально генерировать расположение материала детали только в тех местах, где имеется путь для минимального количества материала, воспринимающего действующие нагрузки.

Достаточно важный этап обучения цифрового проектирования – построение модели по существующим чертежам, имеющим несколько проекций и сечения. Такие работы пока еще приходится производить для изготовления на современном технологическом оборудовании давно разработанной продукции. Поддержка выпуска имеющейся продукции и ее оптимизация современными методами проектирования уже невозможна без использования современного оборудования, в качестве основы использующего электронную модель изделия. Современное машиностроение нуждается в оцифровывании ранее разработанных конструкций на основе чертежей и бумажной документации. Преподаватель должен показать студентам примеры действующих энергетических установок, летательных аппаратов или транспортных средств, которые были ранее спроектированы на длительный срок эксплуатации. Технические решения многих устройств оказываются утраченными, теряется преемственность конструкторских решений в связи с отсутствием электронных моделей устаревающей продукции.

В связи с ужесточающимися требованиями, направленными на повышение энергоэффективности, продукты становятся легче и экономичнее. Появляются требования к бесшумности, обеспечению роботизированной или автоматизированной сборки. Зачастую дизайнерские решения и требования аэродинамики и теплообмена требуют особых форм переходов и сопряжений поверхностей. Начальные знания, полученные при освоении одной из программ автоматизированного проектирования должны служить основой для ускоренного освоения комплекса конструкторских и расчетных программ, необходимых для работы современного инженера-проектировщика.

Современный процесс создания продукта еще на этапе начальной разработки прописывает не только прочность, жесткость, вес, а несколько сотен или тысяч требований к продукту, конструирование становится многопараметрическим, выходит за рамки интуитивного дизайна. [2]. Преподаватель, как один из способов обучения трехмерному моделированию, в качестве задания для построения электронной модели может использовать твердотельную электронную модель без дерева построений. Такой прием учит студентов работать с покупными деталями, с деталями от других производителей, закрывающих внутреннее устройство своих изделий. Происходит обучение привязке к чужим размерам, производить измерения в виртуальной среде.

Заключение

В современных условиях освоение графических дисциплин являются важной частью инженерных компетенций выпускников технических вузов. Современные проектировщики должны уверенно владеть ГОСТами, стандартами проектирования, знать нормы разработки и правила оформления проектно-технической документации, владеть методами проектирования и проведения технико-экономических расчетов, иметь навыки проектирования и разработки чертежей. С точки зрения работодателя, выпускник должен уверенно работать с различными программами трехмерного проектирования, для ускорения конструкторского процесса использовать библиотеки и базы данных САПР, быстро находить необходимые комплектующие изделия от мировых производителей. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Серков С. А. Инновационное образование в области конструирования машин в НИУ «МЭИ» / С. А. Серков // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 31 августа. – 2015. Часть 1.М.: "АР-Консалт".-c.77-79.
2. Карпов А. В. Методы обучения студентов автоматизированному проектированию в современных условиях / А. В. Карпов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции.-Рсобразование,2004-c.167.

Список литературы / References in English

1. Serkov S. A. Innovacionnoe obrazovanie v oblasti konstruirovaniya mashin v NIU «MEI» [Innovative education in the field of machine design in the National Research University "Moscow Power Engineering Institute"] / S.А. Serkov // Collection of scientific papers on the materials of the modern scientific-practical conference on August 31. - 2015. Part 1.M.: AR-Consult .- pp.77-79. [in Russian]
2. Karpov A. V. Metody obucheniya studentov avtomatizirovannomu proektirovaniyu v sovremennyh usloviyah [Methods of teaching students an automatic design engineering in modern conditions] / A.V.Karpov // Materials of the All-Russian Scientific Practical Conference.-Education, 2004-p.167. [in Russian]