СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА»

Скачать презентацию в виде документа Microsoft Word

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время в связи с принятием Международного стандарта инновация (нововведение) — это конечный результат творческой деятельности, получившей воплощение в виде новой или усовершенствованной продукции, реализуемой на рынке, либо нового или усовершенствованного технологического процесса, используемого в практической деятельности. Другими словами, инновация — это результат реализации новых идей и знаний с целью их практического использования для удовлетворения определенных запросов потребителей.
Сфера образования представляет собой одну из наиболее инновационных отраслей. В ходе осуществления и распространения инноваций в сфере образования формулируется и развивается современная образовательная система — глобальная система открытого, гибкого, индивидуализированного, созидающего знания, непрерывного образования человека в течение всей его жизни.
В основе развития новой образовательной системы лежат современные технологии обучения: Интернет-технологии, технология электронной почты, компьютерные обучающие программы, Web-технологии, «кейс-стади» (обучение с использованием конкретных ситуаций), рефлексия как метод самопознания и самооценки, тренинговые технологии, технология обучения с применением метода проектов.
Преподаватель колледжа — личность, которая по содержанию профессиональной деятельности должна обладать совокупностью качеств, доступной не многим: он должен уметь проектировать учебный процесс, сочетать различные подходы к технологии обучения, использовать инновационные системы обучения, осуществлять педагогическую рефлексию, т.е. решать творческие, проблемные задачи профессионально-педагогической деятельности.
Деятельность преподавателя должна быть направлена прежде всего на создание условий для сознательного выбора студентом «образовательной траектории» (индивидуального выбора учебных дисциплин и очередности их изучения), на уточнение целей, которые ставит перед собой студент, на помощь студенту в планировании своей деятельности, на консультирование по применению конкретных учебников, средств, приемов, методов обучения.

1 Теоретические аспекты инновационных процессов

Нововведения, или инновации, характерны для любой профессиональной деятельности человека и поэтому естественно становятся предметом изучения, анализа и внедрения. Инновации сами по себе не возникают, они являются результатом научных поисков, передового педагогического опыта отдельных преподавателей и целых коллективов.
Словарь С.И.Ожегова даёт следующее определение нового: новый — впервые созданный или сделанный, появившийся или возникший недавно, взамен прежнего, вновь открытый, относящийся к ближайшему прошлому или к настоящему времени, недостаточно знакомый, малоизвестный. Ожегов, С.И. Словарь русского языка/ С. И. Ожегов. — М.: 1978. — с.381. Следует заметить, что в толковании термина ничего не говорится о прогрессивности, об эффективности нового.
Понятие “инновация“ в переводе с латинского языка означает “обновление, новшество или изменение“. Это понятие впервые появилось в исследованиях в XIX веке и означало введение некоторых элементов одной культуры в другую. В начале XX века возникла новая область знания, инноватика — наука о нововведениях, в рамках которой стали изучаться закономерности технических нововведений в сфере материального производства. Педагогические инновационные процессы стали предметом специального изучения на Западе примерно с 50-х годов и в последнее двадцатилетие в нашей стране.
Применительно к педагогическому процессу инновация означает введение нового в цели, содержание, методы и формы обучения и воспитания, организацию совместной деятельности преподавателя и студента.
Об инновациях в российской образовательной системе заговорили с 80-х годов XX века. Именно в это время в педагогике проблема инноваций и, соответственно, её понятийное обеспечение стали предметом специальных исследований. Термины “инновации в образовании“ и “педагогические инновации“, употребляемые как синонимы, были научно обоснованы и введены в категориальный аппарат педагогики.
Педагогическая инновация — нововведение в педагогическую деятельность, изменения в содержании и технологии обучения и воспитания, имеющие целью повышение их эффективности. Рапацевич, Е. С. Педагогика. Большая современная энциклопедия/Е. С. Рапацевич.- Минск: Современное слово. — 2005.- с. 198.
Таким образом, инновационный процесс заключается в формировании и развитии содержания и организации нового. В целом под инновационным процессом понимается комплексная деятельность по созданию (рождению, разработке), освоению, использованию и распространению новшеств. В научной литературе различают понятия “новация“ и “инновация“. Для выявления сущности этих понятий составим сравнительную таблицу 1.

Понятия «новация» и «инновация»
Таблица 1
Критерии
Новация
Инновация
Масштаб целей и задач
Частный
Системный
Методологическое обеспечение
В рамках существующих теорий
Выходит за рамки существующих теорий
Научный контекст
Относительно легко вписывается в существую-
щие «нормы» понимания и объяснения
Может вызвать ситуацию непонимания, разрыва и конфликта, поскольку противоречит принятым «нормам» науки
Характер действий (качество)
Экспериментальный (апробирование частных нововведений)
Целенаправленный поиск и максимально полное стремление получить новый результат
Характер действий (количество)
Ограниченный по масштабу и времени
Целостный, продолжительный
Тип действий
Информирование субъектов практики, передача «из рук в руки» локального новшества
Проектирование новой системы деятельности в данной практике
Реализация
Апробация, внедрение как управленческий ход (сверху или по договорённости с администрацией)
Проращивание, культивирование (изнутри), организация условий и пространства для соответствующей деятельности
Результат, продукт
Изменение отдельных элементов в существующей системе
Полное обновление позиции субъектов практики, преобразование связей в системе и самой системы
Критерии
Новация
Инновация
Новизна
Инициатива в действиях, рационализация, обновление методик, изобретение новой методики
Открытие новых направлений деятельности, создание новых технологий, обретение нового качества результатов деятельности
Последствия
Усовершенствование прежней системы, рационализация её функциональных связей
Возможно рождение новой практики или новой парадигмы исследований и разработок

Итак, новация — это именно средство (новый метод, методика, технология, программа и т.п.), а инновация — это процесс освоения этого средства. Инновация — это целенаправленное изменение, вносящее в среду обитания новые стабильные элементы, вызывающие переход системы из одного состояния в другое.

2 Инновации в преподавании инженерной графики

Динамика техносферы, развитие новых информационных технологий, изменения в социокультурном пространстве XXI века ставят перед педагогической наукой задачу осмысления традиций и оценки инноваций при выработке стратегии и тактики развития технического образования. Одной из составляющих компетенции техника  является владение профессионально-ориентированным языком инженерной культуры — языком графики.
Язык графики в силу ряда своих свойств является уникальным в коммуникативном процессе. Этот древнейший из языков мира является международным языком общения; он точен, нагляден и лаконичен. Наглядное представление информации в любой области человеческих знаний осуществляется средствами графического языка. В условиях сегодняшнего мира массовых коммуникаций, необходимости уплотнения огромного объема информации и возможностей, предоставляемых новыми информационными технологиями, графическая культура обретает роль второй грамотности.
Предмет “Инженерная графика” вобрал в себя имена трех графических дисциплин (под графическими дисциплинами подразумеваются «дисциплины, изучающие средства, законы и способы представления информации с помощью графических моделей: рисунков, чертежей, схем, диаграмм и т.д.»): начертательной геометрии — ядра теории графического отображения, черчения и технического рисунка. Традиционные цели дисциплины — воспитание профессиональной и графической культуры и грамотности, развитие пространственного мышления, творческих способностей к анализу и синтезу пространственных форм и отношений на основе их графических отображений, конструктивного мышления, приобретение знаний и умений конструкторского документирования,  повышение уровня технического интеллекта остаются актуальными и сегодня.

Примеры применяемых инновационных образовательных средств
в практике преподавания инженерной графики

Наряду с традиционными методами преподавания, широко используются следующие формы обучения:
— переход на новые УМК, и соответственно, освоение авторских технологий;
— комбинация элементов традиционных методик с инновационными подходами, их синтез и модификация; наличие наглядности, видеотеки по предмету;
— проведение уроков в компьютерном классе – использование компьютерных технологий, Интернет-технологий, интерактивной доски;
—   компьютерное тестирование;
— создание  проблемных  ситуаций,  использование  тренинговых технологий, игровых технологий, активизация деятельности студентов и преподавателя на основе сотрудничества, сотворчества, соавторства, акцент на практической значимости материала;
— использование  дистанционных   форм  работы  (участие  в конференциях, олимпиадах).
Все это дает преимущества при усвоении материала, обеспечивает высокий уровень контроля знаний и помощь в устранении пробелов, расширяет возможности инноваций в традиционных уроках.
В настоящее время вопрос о том, применять или не применять на занятиях компьютерные технологии, уже не стоит. Использование компьютера на занятиях значительно облегчает работу преподавателя, экономит время, в том числе и за счет сокращения работы мелом на доске. Особенно важно последнее при преподавании инженерной графики, т.к. требуется демонстрация значительного количества сложных, безукоризненно выполненных графических изображений. Используя компьютер и мультимедийную установку, можно показать студентам в течение занятия большое количество чертежей такого размера, при котором их хорошо видит вся аудитория, а также неоднократно продемонстрировать последовательность их построения, что затруднительно при использовании мела и доски.
Использовать компьютер в учебном процессе можно не только как средство облегчения трудоемкости выполнения графических работ, но и как средство, облегчающее понимание методики построения чертежей. А можно, используя компьютерные технологии при соблюдении необходимых условий их применения, полностью отказаться от традиционных методов преподавания графики (например, программы AutoCAD или «Компас», позволяют выполнять построение любых графических объектов последовательным вводом команд на клавиатуре), но при этом за рамками обучения остаются логика и геометрические правила построения чертежей. Учащиеся могут запомнить очередность нажатия определенных клавиш и получить необходимый результат, но при этом не поймут самого процесса построения изображений, тем самым не смогут решать другие графические задачи и находить новые пути их решения.
При помощи мультимедийных анимаций можно показать деталь со всех сторон, для выявления внутренних очертаний и полного выявления формы применить разрез, продемонстрировав в динамике, как секущей плоскостью рассекается деталь и как удаляется половина детали, находящаяся между наблюдателем и секущей плоскостью. Показ этого процесса может быть дополнен чертежами детали до и после выполнения разреза. При изучении начертательной геометрии, используя эффекты анимации можно демонстрировать последовательность проецирования пространственных геометрических образов на плоскости проекций, более наглядно рассмотреть взаимное положение различных геометрических образов в пространстве и их проецирование на плоскости. Все вспомогательные построения, которые характеризуют ход решения задачи можно скрыть, что облегчит чтение чертежа, а также восстановить, чтобы проследить логику и проверить правильность выполненного изображения.

3 Исследовательская деятельность студентов

Исследовательская деятельность обучающихся — деятельность учащихся, связанная с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением (в отличие от практикума, служащего для иллюстрации тех или иных законов природы) и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, нормированную исходя из принятых в науке традиций: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы. Любое исследование, неважно, в какой области естественных или гуманитарных наук оно выполняется, имеет подобную структуру. Такая цепочка является неотъемлемой принадлежностью исследовательской деятельности, нормой ее проведения.
Исследование подводит к одной из сложнейших категорий современности – понятию интеллектуальной собственности, то есть исследовательская деятельность студентов выступает не как самоцель, а как средство воспитания, развития и образования.

Предмет и назначение научно-исследовательской работы студентов  (исследовательской деятельности)

Исследователь – студент, занимающийся под руководством преподавателя исследовательской работой в различной форме.
Исследовательская работа (сокращенно ИР) – это научная, исследовательская, прикладная, творческая работа «исследователя», которая может быть представлена в виде наблюдения, сценария, литературного  исследования, компьютерной программы, эссе, научной статьи, самостоятельного исследования, учебно-наглядного пособия и проч.
Оформление ИР – отдельная папка, в которой находится описание выполненной работы. К описанию работы прилагаются чертежи, графики, таблицы, фотографии, электронные носители информации (для компьютеров), учебно-наглядные пособия и проч.
1.  В основе ИР должна лежать частная проблема, вытекающая из научно-методической темы  учебной программы.
2. ИР представляет собой творческую, исследовательскую работу студента (или группы студентов), выполненную под руководством преподавателя за рамками учебной программы.
3. Цели исследовательской работы студентов заключаются  в:
—   повышении мотивации к учебному процессу, интереса к предмету;
— дальнейшем  развитии  чертежно-графических  навыков, необходимых для последующего изучения ряда общепрофессиональных и специальных дисциплин; приобретении знаний и умений конструкторского документирования,  повышение уровня технического интеллекта;
— развитии  творческих и интеллектуальных способностей студентов,  стремящихся совершенствовать свои знания в профессиональной и графической культуре и грамотности;
— моделировании решений данных ситуаций и в соответствии с заданием, представлении различных подходов к разработке планов действий, ориентированных на конечный результат;
— приобретении навыков четкого и точного изложения собственной точки зрения в устной и письменной форме, умения отстаивать и защищать свою точку зрения;
— принятии правильного решения на основе группового анализа ситуации;
— отработке умений работы с информацией, в том числе умения затребовать дополнительную информацию;
— для формирования первоначальных практических умений организации исследовательской  работы.

Структурные компоненты исследовательской работы

1. Предъявление темы программы,  проблемы, вопросов, задания.
2. Формирование целей исследовательской работы.
3. Методы исследования, средства исследования.
4. Учебно-методическое обеспечение:
— наглядный, раздаточный или другой иллюстративный материал;
— рекомендации по выполнению исследовательской работы;
— литература основная и дополнительная;
— критерии оценки работы по этапам.
5. Формирование исследовательских групп  (в зависимости от степени сложности темы исследовательской работы и по желанию студентов).
6. Задание на исследовательскую работу отдельным студентам или  группам.
7.  Непосредственная работа над заданием.
8. Информация о выполненной работе студентами или руководителем группы.
9.  Общение, обмен ответами между студентами.
10. Практическая реализация полученных результатов.
11. Обобщение, выводы и оценка преподавателем выполненного задания.

Общие требования к оформлению работы:

— каждая ИР, выполненная одним студентом или их группой, представляется в отдельной папке;
— работа может быть представлена в виде наблюдения, сценария, литературного  исследования, компьютерной программы, эссе, научной статьи, самостоятельного исследования, учебно-наглядного пособия и пр. на стандартных листах белой бумаги формата А4 или на электронных носителях для ПК.

Общие требования по содержанию описания ИР

1. В описании работы должны быть четко выделены следующие части:
а) постановка проблемы (задачи), ее значимость для обучения;
б) методы и способы ее решения; анализ полученных результатов; предложения по практическому использованию результатов;
в) выводы.
2. В работе, связанной с собственными изысканиями авторов, должны быть дополнительно освещены:
а) актуальность решаемой проблемы;
б) сравнение старых и предлагаемых методов решения задачи;
в) причины использования предлагаемых методов (эффективность, точность, простота и проч.);
г) методика исследования;
д) предложения по практическому использованию результатов.
3. Компьютерные программы, содержащиеся в работах, должны сопровождаться:
а) описанием задачи;
б) изложением алгоритма задачи, программного интерфейса;
в) описанием программы, входных и выходных данных;
г) исполняемым программным модулем на электронных носителях для IBM/PC совместимых компьютеров;
д) анализом результатов численного решения задачи;
е) описанием характеристик вычислительной техники, на которой решалась задача.

Защита исследовательской работы

1. Защита ИР производится исследователем (или группой) по графику защиты, разработанному преподавателем инженерной графики  в пределах 10–15 минут.
2. После выступления исследователь (или группа) отвечает на возникшие вопросы и возражения.
3. Работу оценивает  преподаватель инженерной графики.

Приведем план-конспект урока с использованием исследовательского материала студентов.

План-конспект урока

Тема: «Правила разработки и оформления конструкторской документации средствами машинной графики.  Системы автоматизированного проектирования. Компас — надёжная платформа автоматизации»
Тип урока: урок изучения нового материала
Вид урока: комбинированный урок с элементами студенческого исследования и компьютерной визуализации
Цели урока:
-образовательная: ознакомить с удобным и эффективным ПО для автоматизированного проектирования и выпуска конструкторской документации, возможностями КОМПАС-3D; содействовать формированию исследовательских умений;
-развивающая: придать направленный характер развитию конструкторских умений и навыков, формированию практических навыков дальнейшей обработки полученной информации;
-воспитательная: способствовать воспитанию самостоятельности и ответственности в решении поставленных задач, побудить интерес к познавательной поисковой деятельности.

Оснащение урока:
1. Мультимедийный  проектор, экран, ПК
2. Видеозаписи / видеоролики, презентации/
3. Наглядные пособия, детали, сборочные единицы, плакаты, КД предприятий
4. Раздаточный материал: опорные конспекты

Литература: основная
1. С.К. Боголюбов. Инженерная графика: Учебник для средних специальных    учебных заведений. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. – 392 с.,   ил.
2.  Н.А.Бабулин. Построение и чтение машиностроительных чертежей: Учебник для   профессиональных учебных заведений, — 9-е изд., перераб., М: Высшая школа,   1997г.
3.  Компьютерная графика. Учебник /М.Н. Петров, В.П.Молочков – СПб.: Питер,  2002.-736с.: ил.
4.  Леонтьев В.П. Большая энциклопедия компьютера и Интернета 2005. –М.:ОЛМА- ПРЕСС Образование, 2005.-1104 с.: ил.
5.  КОМПАС-3D V6. Руководство пользователя, том I
6.  КОМПАС-3D V6. Руководство пользователя, том II
7.  КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том I и  II
8.КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том III
9.КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том  IV
дополнительная
10. А.П. Ганенко и др. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке  дипломных  проектов,  курсовых  и  письменных  экзаменационных работ (требования ЕСКД): Учеб. пособие для нач. проф. Образования, 2-е издание  стереотип – М:  изд. центр «Академия», 2000г.

Межпредметные связи: компьютерная графика, радиотехнические цепи и сигналы,  ремонт радиоэлектронной техники, выполнение курсовых проектов по специальности.

Структура урока

1.  Начальный этап
— организационный момент / отмечаются  отсутствующие  перекличкой  в журнале или согласно рапортичке, заполняется учебный журнал/;
— сообщение темы занятия, постановка целей и задач урока, мотивация учебной деятельности.
2. Подготовка к изучению нового материала через актуализацию имеющихся знаний
Подготовка к изучению нового материала ведется  со студентами через диалоговую форму общения проверки имеющихся знаний по теме урока.
3. Основной этап – объяснение нового материала
Виды изделий и конструкторских документов. Необходимость использования машинной графики при разработке и оформлении конструкторской документации. Общие сведения о системах автоматизированного проектирования (САПР); использование различных САПР предприятиями г. Саранска; ознакомление с опытом взаимодействия Рузаевского колледжа и промышленного предприятия в подготовке  специалистов в области информационных технологий. Система трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D: назначение, основные компоненты и возможности системы. Демонстрация возможностей КОМПАС-3D.
4. Проверка усвоений знаний студентами
Контроль за усвоением учебного материала проводится  со студентами через диалоговую форму общения по воспроизведению содержания урока.
5. Заключительный этап:
— обобщение и анализ урока. Подведение итогов;
— формирование   домашнего  задания  постановкой  вопросов  для  самопроверки, сообщения списка рекомендуемой литературы и перечня заданий из учебной литературы.

СХЕМА УРОКА ПО ВРЕМЕНИ


п/п

Наименование этапа
Время
этапа урока
1
Начальный этап
3 мин.
2
Подготовка к изучению нового материала через актуализацию имеющихся знаний

10 мин.
3
Основной этап. Объяснение нового материала
60 мин.
4
Проверка усвоений знаний студентами
12 мин.
5
Заключительный этап
5      5 мин.

Структурные компоненты основного этапа занятия

1. Виды изделий и конструкторских документов
2.Проектирование на ПК
3.Общие сведения о системах автоматизированного проектирования  (САПР)
4.САПР, используемые предприятиями г. Саранска
5.КОМПАС-3D – надежная платформа автоматизации, основные  возможности
6.Демонстрация возможностей системы КОМПАС-3D
7.Политехнический     техникум      г. Рузаевки.      Сотрудничество с ОАО   «Рузхиммаш».  Уникальные опыты разработки изделий

Мы живем в обществе бурно развивающихся технологий, когда объем информации удваивается каждые 3 года, список профессий обновляется более чем на 50% каждые 7 лет и, чтобы быть успешным, человеку приходится менять место работы в среднем 3-5 раз в жизни (доказано статистикой). Фундаментальные академические знания в эпоху Интернет и электронных справочников перестают быть капиталом. От человека теперь требуется не столько обладание какой бы то ни было специальной информацией, сколько умение ориентироваться в информационных потоках, быть мобильным, осваивать новые технологии, самообучаться, искать и использовать недостающие знания или другие ресурсы.
В настоящее время среди многообразия профессий актуальными становятся профессии, связанные с современными компьютерными технологиями. От современного специалиста, кроме базовых знаний, требуется знание компьютерных технологий, языков программирования, организации программного обеспечения, офисных технологий, сложных графических систем. Он должен разбираться в структуре и управлении базами данных, уметь использовать различные информационные технологии. Следовательно, на современном этапе развития науки и техники появились новые требования к графической подготовке технических специалистов – владение компьютерной графикой.

1.  Виды изделий и конструкторских документов
/Видеоматериал «Виды изделий и конструкторских документов» приведен в Приложении А/

Слайд 1                                                        Слайд 2

Слайд 3                                                  Слайд 4

Слайд 5                                                               Слайд 6

Слайд 7                                                                           Слайд 8

Слайд 9                                                      Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13                                                                   Слайд 14

Слайд 15

2. Проектирование на ПК

Машинная графика становится все более доступным и популярным средством общения человека с компьютером. Знание азов компьютерной графики и умение их использовать на простейшем бытовом уровне становится неотъемлемыми элементами грамотности и культуры современного человека.
Машинная графика широко применяется в системах автоматизированного проектирования (САПР) различных изделий. Конструкторы средствами машинной графики получают чертежи отдельных типовых деталей и сборочные чертежи узлов.   Используя различные манипуляторы, инженеры могут многократно изменять виды и конструктивные характеристики проектируемого изделия.
Архитектор, рассматривая задуманную композицию в различных ракурсах, может многократно изменять ее, сравнивать десятки вариантов, на прорисовку которых вручную у него ушло много времени. Сочетание фототехники с машинной и ручной графикой значительно расширяет область применения компьютерной графики.
Машинная графика позволяет дизайнеру формировать геометрические объекты и наблюдать на экране дисплея их образы в различных ракурсах на всех этапах творческого процесса. С помощью ее средств автоматически изготавливаются объемные модели, сложные литейные формы и штампы, минуя трудоемкие шаблонные работы. Обувь и одежда могут конструироваться также средствами машинной графики, включенной в систему САПР.
При исследованиях в различных областях науки и техники компьютерная и машинная графика наглядно представляет результаты расчетных процессов и обработки экспериментальных данных. Компьютер строит модели и мультипликационные кадры, отображающие физические и химические процессы, структуры молекул, конфигурации электромагнитных полей. Средствами машинной графики воспроизводятся переданные из космоса снимки других планет и комет, а также томограммы и другие изображения в медицине и биологии.
Машинная графика применяется для моделирования (имитации) непредсказуемых ситуаций при подготовке на электронных тренажерах водителей автомобилей, летчиков, пилотов космических кораблей. Компьютерная модель автомобиля, «врезавшегося» в модель стены, позволяет инженеру проанализировать, что произошло с моделями пассажиров, и усовершенствовать конструкцию автомобиля.
Метрическая точность и высокая скорость изготовления машинных чертежей обуславливает их широкое применение в картографии и топографии.
Использование вычислительной техники при выполнении работ по проектированию принято называть САПР, что расшифровывается как система автоматизированного проектирования.  Главная задача ЭВМ — это делать то, что она сделает лучше, чем человек, оставив человеку то, что он сделает лучше, чем ЭВМ.

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ТРАДИЦИОННЫМ СПОСОБОМ И С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ САПР

Существуют два противоположных мнения о том, что инженерная графика должна быть полностью преобразована в машинную, и каждый студент, начиная познавать азы этой дисциплины, должен всё отображать с помощью ЭВМ, или же изучать весь курс «дедовским» способом, не прибегая к помощи машины, «которая всё вычертит за него». Оптимальным вариантом является среднее гармоническое между этими мнениями, т.е. изучение основ производить традиционно, дабы дать почувствовать принцип отображения пространственных фигур на плоскости, и закрепить жёсткость требований к оформлению КД, а затем, используя средства САПР на ЭВМ поднять уровень качества представления КД, в соответствии с современными требованиями. Но процесс выполнения в среде САПР имеет свои особенности мышления: так виртуальный эскиз детали составляется иначе, чем на бумаге, и студент должен научиться представлять его, как состав из ряда функций программы, которые взаимно переплетены в определённом соотношении. Можно с уверенностью заявить, что вторая часть намного сложнее первой, но, в случае её успешного завершения даёт превосходный результат.

3.  Общие сведения о системах автоматизированного проектирования  (САПР)

Основные определения

Проектирование —  это  процесс   описания, необходимого  для
построения в заданных условиях еще не существующего объекта или алгоритма его функционирования. Выделим три основных способа реализации проектирования:
1. Если весь процесс проектирования осуществляется человеком, то проектирование называют неавтоматизированным.
2. Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ называется автоматизированным. Автоматизированное проектирование, как правило, осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на основе применения специальных языков общения с ЭВМ.
3. Проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и алгоритма его функционирования осуществляется без участия человека, называется автоматическим.
Система автоматизированного проектирования (САПР) – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование, т.е. САПР  расшифровывается как автоматизированное (с участием человека), а не автоматическая (без человека) система проектирования.

Задачи САПР

1. Сокращение трудоемкости и сроков конструкторской подготовки производства.
2. Повышение качества конструкторской документации.
3. Сокращение трудоемкости и сроков технологической подготовки производства.
4. Повышение качества разрабатываемых технологических процессов.
Автоматизацию проектирования обычно начинают с выполнения на ЭВМ тех работ, которые выполнялись без ЭВМ.  Это так называемые рутинные работы: составление смет, ведомостей, изготовление несложных чертежей и выполнение расчётов.

Стадии проектирования

Совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем, в котором представлен результат проектирования, называется проектом.
1. Предпроектная стадия (НИР). Изучаются потребности, анализируются ресурсы, основные принципы построения и формируется техническое задание для изделий. В обязательном порядке проводится обследование всех литературных источников на данную тему, проводится полное патентное исследование, и анализируются все подобные системы.
2. Стадия эскизного проекта (ОКР). ОКР — опытно-конструкторские работы, проверяется корректность и реализуемость основных принципов.
3. Стадия технического проекта. Выполняется всесторонняя проработка всех частей проекта, и детализируются все технические решения.
4. Стадия рабочего проекта. Формируется вся необходимая документация для изготовления изделий.
5. Стадия испытаний. Приемочные испытания. Выявляются недостатки, и уточняются технические решения.
6. Стадия опытной эксплуатации. Позволяют выявить недостатки, и уточнить технические решения.
7. Стадия внедрения. Передается вся необходимая документация для выпуска готового изделия.
Каждый этап делится на процедуры, а они подразделяются на операции.
Автоматизация этих работ уменьшает число ошибок при проектировании, сокращает время, необходимое для выпуска документации. Автоматизация таких работ улучшает параметры процесса проектирования, однако при этом надо понимать, что такая автоматизация не улучшает качество объектов проектирования. Действительно, если изделие не находится на уровне мировых стандартов, то выпуск документации на ЭВМ качество его не улучшит.
Системы автоматизированного проектирования занимают исключительное положение среди компьютерных приложений — это индустриальные технологии, непосредственно направленные в сферу самых важных областей материального производства. Сейчас можно с уверенностью сказать, что уровень развития и стратегический потенциал нации определяются не количеством лежащих под ногами запасов золота или нефти, а в гораздо большей степени тем, сколько она имеет рабочих мест компьютерного проектирования и сколько инженеров творчески владеют соответствующими методами. Уровень развития САПР непосредственно сказывается на благосостоянии каждого члена социума, в отличие, например, от степени развитости мультимедийных технологий, что тоже важно, но все же менее существенно. Нужно принять как непреложный факт, что сегодня уже невозможно без компьютерной автоматизации производить современную технику, ставшую чрезвычайно сложной и требующей исключительной точности при изготовлении.

Виды САПР

1. САПР изделий. (CAD — Computer Aided Design). Дословно «проектирование с помощью компьютера». Как правило, в CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.
2. Научно – исследовательский этап автоматизированного проектирования иногда выделяют в самостоятельную автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) или автоматизированную систему инжиниринга (CAE — Computer Aided Engineering). Такие системы представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.
3. САПР технологических процессов (САПР ТП). Или АС ТПП — автоматизированные системы технологической подготовки производства (CAPP — Computer Automated Process Planning). Дословно автоматизирование планирование процесса. С помощью этих систем разрабатывают и оформляют технологические процессы.
4. САП управляющих программ (САП УП) – системы автоматизированного программирования управляющих программ для оборудования с ЧПУ. CAM-системы (Computer Aided Manufacturing — компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.
5. САПР электрических схем и монтажных плат.
6. САПР объектов строительства.

Виды обеспечения САПР

Современные технические средства САПР должны отвечать следующим требованиям:
— обеспечивать возможность оперативного взаимодействия инженеров с ЭВМ;
— иметь достаточную производительность и объем оперативной памяти ЭВМ для решения задач всех этапов проектирования;
— обладать возможностью одновременной работы с техническими средствами необходимого числа пользователей для эффективной деятельности всего коллектива разработчиков;
— иметь комплекс технических  средств  для  расширения и модернизации системы;
— обладать высокой надежностью;
— иметь приемлемую стоимость и др.
Вышеперечисленные требования наиболее полно могут быть реализованы при организации комплексов технических средств.

Составные части САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) — это совокупность средств и методов для осуществления автоматизированного проектирования. Она состоит из нескольких составных частей, называемых техническим, математическим, программным, лингвистическим, информационным, методическим и организационным обеспечением.
Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Техническое обеспечение делится на группы средств программной обработки данных, подготовки и ввода данных, средств отображения и документирования, архива проектных решений, средств передачи данных.
Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, т.е. устройствами ЭВМ, в которых реализуются преобразования данных и программное управление вычислениями. Средства подготовки, ввода, отображения и документирования данных служат для общения человека с ЭВМ. Средства архива проектных решений представлены внешними запоминающими устройствами. Средства передачи данных используются для организации связей между территориально разнесенными ЭВМ и терминалами (оконечными пунктами).
Математическое обеспечение САПР включает в себя математические модели (ММ) проектируемых объектов, методы и алгоритмы проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании. Элементы математического проектирования САПР чрезвычайно разнообразны. К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума и т.д. Специфика предметных областей проявляется прежде всего в ММ проектируемых объектов, она заметна и в способах решения задач структурного синтеза. Формы представления математического обеспечения также довольно разнообразны, но его практическое использование происходит после реализации в программном обеспечении.
При создании математического обеспечения САПР должны учитываться следующие показатели: универсальность, алгоритмическая надежность, точность, затраты машинного времени, объем используемой памяти.
Программное обеспечение САПР объединяет собственно программы для систем обработки данных на машинных носителях и программную документацию, необходимую для эксплуатации программы. Программное обеспечение (ПО) делится на общесистемное, базовое и прикладное (специальное). Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов, и представлено операционными системами ЭВМ и ВС. Общесистемное ПО обычно создается для многих приложений и специфики САПР не отражает. Базовое и прикладное ПО создаются для нужд САПР. В базовое ПО входят программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ.
В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное ПО обычно имеет форму пакетов прикладных программ (ППП), каждый из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования или группу однотипных задач внутри различных этапов.
Информационное обеспечение САПР объединяет всевозможные данные, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера об оборудовании, инструментах, приспособлениях, нормах, о материалах, комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов и т.п. Основная часть информационного обеспечения САПР — банк данных, представляющий собой совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных (БНД) состоит из базы данных и системы управления базой данных.
База данных (БД) — сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и структурированные в соответствии с принятыми в данной БД правилами. Система управления базой данных (СУБД) — совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование БД. С помощью СУБД производятся запись данных в БД, их выборка по запросам пользователей и прикладных программ, обеспечивается защита данных от искажений, несанкционированного доступа и т.п.
Лингвистическое обеспечение.  Включает различные языковые средства, которые делятся на две группы: 1) языки программирования; 2) языки проектирования.
В САПР должны быть предусмотрены средства описания объектов проектирования в форме, удобной для отображения и ввода в ЭВМ. Эти средства должны описывать не только математические объекты — числа, переменные, массивы, но и различные виды графической информации — конструкторские чертежи, схемы и т. п.
Под термином язык в данном случае понимается любое средство общения, любая система символов или знаков, используемых для обмена информацией.
Языки программирования служат для записи программ. Ими пользуются главным образом при подготовке программ, а не при эксплуатации САПР.
Языки проектирования предназначены для представления и преобразования исходной информации при выполнении проектных процедур с помощью программного обеспечения. Эти языки применяются пользователями САПР в процессе их инженерной деятельности
Методическое обеспечение САПР составляют документы, характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Допускается более широкое толкование понятия методического обеспечения, при котором под методическим обеспечением подразумевают совокупность математического, лингвистического обеспечения и названных документов, реализующих правила использования средств  проектирования.
Основным документом, разрабатываемым в рамках методического обеспечения, является пояснительная записка, которая содержит следующие разделы: общие положения; назначение и область применения; описание процесса проектирования; общее описание системы; описание видов обеспечения; описание подсистем; связь САПР с другими системами проектирования и управление производственными подразделениями.
Для предприятия-пользователя, обеспечивающего функционирование САПР после ее внедрения, разрабатывается специальный комплект эксплуатационных документов, который объединяет общее описание САПР и инструкции по эксплуатации комплекса средств автоматизации проектирования.
Организационное обеспечение САПР включает методические и руководящие материалы, положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования.
.
4.САПР, используемые предприятиями г.Саранска

Информационные технологии используются на современных предприятиях в любой области деятельности. Бухгалтерский учет и кадровая работа, управление производством и служебная переписка, подготовка проектно-конструкторской документации и собственно процесс производства становятся практически невозможными без применения соответствующего программного обеспечения.
При внедрении информационных технологий на предприятиях различных отраслей промышленности прослеживается устойчивая тенденция — постепенный отказ от автоматизации отдельных видов деятельности в пользу комплексного решения задач. В частности, все большее распространение находят решения по сквозной автоматизации проектирования изделий и подготовке производства.
Главной задачей применения компьютерных технологий является эффективная информационная поддержка бизнес-процессов предприятия. Комплекс программных продуктов семейства КОМПАС успешно используется для решения многих вопросов автоматизации документооборота, проектирования и подготовки производства.
Однако с разработкой и даже с выпуском продукции ее жизненный цикл не только не заканчивается, а с точки зрения экономической лишь начинается. Как известно, целью любого производства является получение прибыли. А значит, успешно спроектированная и качественно изготовленная продукция должна быть реализована. При этом работа от стадий проектирования и производства переходит в область маркетинга. Потенциальные заказчики должны узнать о существовании продукции и в наиболее удобной для них форме получить максимум информации о ее характеристиках.
/Видеоматериал о САПР, используемых предприятиями г. Саранска приведен в Приложении Б , видео ролик «Интервью с победителем. ОАО «САРЭКС» – в Приложении В/

5. КОМПАС-3D – надежная платформа автоматизации, основные возможности

С целью совершенствования графической подготовки при изучении инженерной графики предлагается использование технологии трехмерного твердотельного параметрического компьютерного моделирования с применением CAD/CAM-систем.
При изложении новых технологий проектирования прежде всего до студентов доводятся суть и преимущества трехмерного твердотельного моделирования. В мире двухмерного моделирования результирующими данными проектирования являются чертежи, с которыми идет постоянная работа на протяжении всего жизненного цикла изделия. При трехмерном моделировании ключевой элемент – твердотельная модель. Чертежи являются лишь одним из видов представления модели. По модели гораздо проще представить себе изделие еще до того, как оно будет физически изготовлено.
Выполнение КД в среде САПР  позволяет оптимизировать работу инженера. Набор функций программы позволяет существенно ускорить процесс построения чертежа, когда эскиз вычерчивается не из последовательного семейства сопряженных линий, а из набора взаимно пересекающихся простейших геометрических фигур, а, в случае, если деталь симметрична, выполняется лишь одна половина, а вторая получается автоматически зеркальным отображением. Важно отметить, что любой эскиз может быть выполнен в реальном масштабе, вне зависимости от его габаритов, что существенно облегчает работу при его построении, после которого эскиз масштабируется с требованиями формата. Размеры исполнения эскиза детали могут быть заданы с высокой точностью. При этом оформление чертежа происходит по заранее установленным требованиям (ГОСТ), и инженер избавлен от вычерчивания стандартных элементов оформления чертежа, он лишь вносит необходимые данные в уже готовые графы. Цифровой формат записи чертежа открывает возможности лёгкого и быстрого  редактирования, копирования,  создания пакета чертежей, библиотек, с использование которых в будущем можно ещё быстрее создавать чертежи, пользуясь сохранёнными в библиотеке фрагментами   (например:    при составлении     сборочного     чертежа), также цифровой формат позволяет производить оперативный обмен данными (на накопителях или через Интернет), создавать архивы чертежей, доступ к которым, по сравнению с бумажной библиотекой, может осуществляться почти мгновенно. Всё это формирует особую культуру КД, выполненную в среде САПР, которая отличается более качественной и всесторонне грамотно оформленной, в сравнении с традиционным исполнением.
Основная задача, решаемая системой КОМПАС-3D — моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство. Эти цели достигаются благодаря возможностям:
— быстрого получения конструкторской и технологической документации, необходимой для выпуска изделий (сборочных чертежей, спецификаций, деталировок и т.д.);
— передачи геометрии изделий в расчетные пакеты;
— передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ;
— создания дополнительных изображений изделий (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

Основные компоненты КОМПАС-3D:

1.  Система трехмерного твердотельного моделирования
Предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.
2. Чертежно-графический редактор (КОМПАС-График)
Предназначен для автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Он может успешно использоваться в машиностроении, архитектуре, строительстве, составлении планов и схем — везде, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную документацию.
3. Модуль проектирования спецификаций
Используется совместно с Системой трехмерного твердотельного моделирования и/или Чертежно-графическим редактором. Модуль позволяет выпускать разнообразные спецификации, ведомости и прочие табличные документы. Документ-спецификация может быть ассоциативно связан со сборочным чертежом (одним или несколькими его листами) и трехмерной моделью сборки.
4. Текстовый редактор
Предназначен для разработки различного рода текстовой документации. Возможно как стандартное, так и произвольное оформление документов. При работе можно использовать любые доступные в Windows шрифты — как векторные, так и растровые.
При разработке функций и интерфейса КОМПАС-3D учитывались приемы работы, присущие машиностроительному и строительному проектированию.

/Презентация о компании АСКОН и системах КОМПАС приведена в Приложении Г/

6. Демонстрация возможностей системы
КОМПАС-3D

Преподаватель демонстрирует возможности системы с выполнением чертежа и объемной модели валика.  Можно использовать при демонстрации видеоролик по выполнению сборки, приведен в Приложении Д
7. Политехнический техникум г. Рузаевки. Сотрудничество с ОАО «Рузхиммаш».  Уникальные опыты разработки изделий

/Видеоролик  приведен в Приложении Е/

План-конспект урока составлен по итогам студенческой конференции, материалам студенческого исследования.  В случае невозможного использования полного объема приведенного материала на одном уроке,  рекомендуется  использование  его  на нескольких уроках.

Список использованных источников

1. С.К. Боголюбов. Инженерная графика: Учебник для средних специальных    учебных заведений. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. – 392 с.,   ил.
2.  Н.А.Бабулин. Построение и чтение машиностроительных чертежей: Учебник для   профессиональных учебных заведений, — 9-е изд., перераб., М: Высшая школа,   1997г.
3.  Компьютерная графика. Учебник /М.Н. Петров, В.П.Молочков – СПб.: Питер,  2002.-736с.: ил.
4.  Леонтьев В.П. Большая энциклопедия компьютера и Интернета 2005. –М.: ОЛМА — ПРЕСС Образование, 2005.-1104 с.: ил.
5.  КОМПАС-3D V6. Руководство пользователя, том I
6.  КОМПАС-3D V6. Руководство пользователя, том II
7. КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том I и  II
8. КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том III
9. КОМПАС-3D V6. Практическое руководство, том  IV
10. Интернет

Приложения

1.Приложение А. Презентация «Виды изделий и КД»
2.Приложение Б. Презентация «Виды обеспечение САПР»; «САПР, используемые предприятиями  г. Саранска»
3.Приложение В. Видео ролик «Интервью с победителем. ОАО «САРЭКС»
4.Приложение Г. Презентация «Компания АСКОН и системы КОМПАС»
5.Приложение Д. Видео ролик «Демонстрация создания сборочной единицы»
6.Приложение Е. Видео ролик «Рузаевский  политехникум. Моя будущая профессия»

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s