Обучение новейшим методам компьютерного инжиниринга и виртуальной инженерии инженерных кадров

Внедрение информационных технологий в учебный процесс инженерных ВУЗов не сопровождается существенными изменениями в методологии преподавания всех общепрофессиональных дисциплин. На практике необходимые методологические преобразования заметно отстают от быстро развивающегося направления в процессе проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства - компьютерного инжиниринга. В частности, преподавание таких общепрофессиональных дисциплин, как «Начертательная геометрия» и «Инженерная графика», в значительной мере остается пока еще традиционным.

Традиционность преподавания начертательной геометрии заключается, прежде всего, в том, что едва ли не половина учебного времени отводится на изучение проекций абстрактных геометрических примитивов, не имеющих параметра формы - точки, прямой, плоскости, - и на решение позиционных и метрических задач, в том числе с использованием способов преобразования проекций.

Между тем современный инженер - проектировщик, конструктор, технолог - имеет дело не с абстрактными примитивами, а с деталями, объемными моделями, элементами которых являются вершины, ребра (прямые или криволинейные) и грани (в том числе кривые поверхности). Приходится ли проектировщикам и конструкторам применять на практике способы преобразования проекций? Знания, приобретенные при решении задач с проекциями геометрических примитивов, остаются невостребованными, но именно этот тип задач формирует объемное мышление на плоскости, без которого видеть, читать и понимать чертеж нельзя. Большинство деталей машиностроительного профиля имеют ось или плоскость симметрии, параллельно которым и располагают одну из плоскостей проекций комплексного чертежа. Для построения чертежей технических изделий надо знать два главных постулата начертательной геометрии:

1) три основных вида - спереди, сверху и слева - должны находиться в строгой проекционной связи;

2) если заданы два вида, то третий строиться по линиям связи на чертеже.

В настоящее время в инженерных ВУЗах все шире используются CAD-системы, обеспечивающие получение быстрого и точного решения на компьютере задач в трехмерном пространстве, в том числе и для начертательной геометрии. Для примера, на рис.1 приведено «компьютерное» определение линии пересечения фигур, т.е. показано наглядное изображение задачи.

Рис.1

Наиболее сложными для студентов является задачи на построение линий пересечения поверхностей вращения и тела вращения с многогранником. На компьютере решение подобных задач получается «автоматически». Если возникает задача о нахождении линии пересечения двух поверхностей «произвольной» формы, то ее решение методами начертательной геометрии теоретически возможно, но практически неосуществимо, а на компьютере искомая линия получается просто в результате построения заданных поверхностей.

Значительные преобразования необходимы и в преподавании инженерной графики. Методы компьютерного моделирования трехмерного твердотельного объекта - коренным образом изменяет методологию проектирования. На производстве главным, первичным носителем информации об объекте становится 3D-модель (макет), а создаваемые по этой модели чертежи представляют собой вторичную форму отображения объекта. Макет, являющийся наиболее полным, точным и наглядным носителем информации о проектируемом изделии, служит основным звеном в развитии методов виртуальной инженерии. В преподавании инженерной графики следует уделять внимание именно 3D-моделированию, по возможности, до минимума сводя применение CAD-систем лишь в качестве «электронного кульмана». Выполнение чертежей технических изделий по их 3D-моделям обычно значительно менее трудоемки. На примере учебной работы, студента второго курса Быкова Алексея, по созданию сборочной единицы и инженерной документации для клапана максимального давления, состоящего из 18 деталей, видно, что получен качественный чертеж этого сборочного узла, выполненный с 3D-модели (рис.2). С данной модели получаем и изометрическую проекцию клапана максимального давления, а также все необходимые изображения для рабочих чертежей (здесь они не показаны). Деталирование и построение изометрической проекции не по 3D-модели, а по сборочному чертежу потребовало бы гораздо больше рутинной графической работы.

Рис.2

В учебных планах инженерных ВУЗов целесообразно перераспределить учебные часы между начертательной геометрией и инженерной графикой, в сторону увеличения учебных часов, отводимых на освоение 3D-моделирования в рамках предмета инженерной графики. Качество подготовки инженерных кадров, владеющих новейшими методами компьютерного инжиниринга и виртуальной инженерии, зависит от форм подготовки и квалификации преподавателей.

Данная статья написана по материалам Л.Н.Каманина, e-mail: [email protected].