Статья посвящается методике преподавания дисциплины «Инженерная графика» в системе СПО с использованием современных компьютерных технологий. Приведены преимущества по внедрению в учебный процесс раздела 3D-моделирования с точки зрения развития пространственного воображения, так необходимого современному специалисту технической направленности.
Технологии 3D и аббревиатура 3D широко вошли в нашу жизнь, начиная с уловок маркетологов «тушь 3D», «шампунь 3D», «кино 3D», «макет 3D» и т. п, заканчивая компьютерными играми всевозможными гаджетами. 3D — это уже своего рода бренд, добавляя который к названию товара повышается его привлекательность и популярность. Так что такое 3D на самом деле? Все просто, 3D — это сокращение английского термина Three-dimensional, который обозначает трехмерный, т. е. объект, лежащий в трех координатных осях X, Y, Z. Соответственно, 2D — это двухмерный т. е. объект, находящийся в двух осях координат [1].
Трехмерное моделирование является наиболее наглядным, точным и полным источником информации об объекте, с использованием которой может быть сформирована и оформлена, при необходимости, конструкторская документация на электронных или бумажных носителях.
Внедрение компьютерных технологий поставило под сомнение необходимость существования начертательной геометрии и инженерной графики в образовательных учреждениях. Двухмерные чертежи на бумаге уходят в прошлое, превращаются в принадлежность склада технической документации на случай изготовления детали для ремонта ранее выпускавшихся изделий. В качестве альтернативы во многих технических университетах появились учебные курсы компьютерной графики. Однако это не значит, что отпала необходимость обучать студентов правилам черчения, так как это основа, на которую должны накладываться новые навыки. На сегодняшний день основной компетенцией в области инженерной графики по-прежнему остается умение читать и разрабатывать чертежи деталей, а также сборочные чертежи.
Но наряду с ручным выполнением расчетно-графических работ на начальных курсах по дисциплинам общеобразовательного цикла, таких как «Инженерная графика», «Техническое черчение», неотъемлемой частью образовательного процесса является использование методов компьютерного моделирования [3].
При разработке курса инженерной графики следует использовать инновационные технологии для обучения конкурентоспособных выпускников техникумов. Для этого необходимо научить студентов создавать модели, а потом уже на их основе получать автоматический чертеж, с дальнейшей его доработкой в соответствии с единой системой конструкторской документации (ЕСДК).
Еще одной важной причиной использования 3D-моделирования в обучении студентов является возможность ускоренного развития пространственного мышления у студентов, которое необходимо для чтения чертежей и вообще конструкторской деятельности. В связи с уменьшением часов на геометрию и практически полным отсутствием уроков черчения в школе, пространственное мышление первокурсников на сегодняшний день очень плохо развито.
Опыт преподавания с внедрением компьютерного моделирования показал, что у студентов повышается устойчивый интерес к предмету. Из 75 опрошенных обучающихся 2 курса 65 однозначно ответили, что 3D-моделирование на занятиях им нравится, помогает проанализировать конструктивные элементы деталей и правильно отобразить их на плоских чертежах. Использование 3D-моделей позволяет показать объект со всех сторон, менять ракурс, поворачивать, вносить коррективы.
Очень важно, что моделирование развивает способность к анализу геометрической формы тел. Обучающиеся продумывают порядок операций, которые нужно использовать, чтобы создать модель детали. Замечено, что этот навык развивается с наработкой опыта. Сначала обучающиеся не могут оценить трудоемкость операций, но со временем начинают заранее анализировать и просчитывать последующие шаги по выполнению модели. Даже самую простую деталь можно построить различными способами. Поэтому еще на этапе анализа чертежарекомендуется выбрать наиболее целесообразный вариант построения 3D-модели детали, чтобы минимизировать время на выполнение задания.
На примере построения 3D-модели втулки (рис.1) покажем, насколько можно сократить процесс моделирования при правильном анализе формы детали.
Рис. 1. Чертеж втулки
Проанализируем форму детали. Поверхность втулки образована тремя цилиндрами разной длины с диаметрами 16, 40 и 30 мм. Имеется сквозное цилиндрическое отверстие диаметром 8 мм, а также две фаски разной величины с торцов втулки.
Построение модели данной детали можно выполнять путем применения целой цепочки операций: создание трех цилиндров (рис. 2), перенос и объединение цилиндров в одно тело (рис. 3), создание фасок с торцов втулки (рис. 4), создание и вычитание сквозного отверстия (рис. 4), и, наконец, создание фасок с торцов втулки (рис.5).
Рис. 2. Создание трех цилиндров
Рис. 3. Объединение цилиндров
Рис. 4. Создание сквозного отверстия
Рис. 5. Создание фасок
Стоит отметить, что все эти операции можно выполнить с помощью разного набора команд, что также может увеличить время выполнения работы.
Теперь покажем другой способ выполнения модели этой же детали. В данном случае необходимо вычертить половину контура детали в разрезе и нанести ось на расстоянии, равном радиусу сквозного отверстия (рис. 6). Далее, указав центром вращения ось, применяем команду Вращение. Таким образом сразу получаем модель втулки уже с фасками и сквозным отверстием.
Рис. 6. Создание модели операцией вращения
Данный пример наглядно показывает, что опыт моделирования позволяет сократить количество операций как минимум в четыре раза.
Студентам, недавно приступившим к 3d-моделированию, можно сформулировать несколько рекомендаций, которые помогут в приобретении новых навыков:
- Перед началом построения 3d-модели необходимо провести анализ чертежа детали, выявить внешние и внутренние формы поверхностей. Установить наличие резьб, фасок, проточек, канавок, пазов и других элементов.
- Определить, какие операции будут при проектировании основными, какова будет последовательность построения модели детали. Можно даже сначала выписать этапы 3d-моделирования на бумаге. Сначала следует использовать основные формообразующие операции (вытягивание, вращение), а последними операциями, естественно, будут построение отверстий, фасок, скруглений, оболочек и т. д.
Внедрение в учебный процесс курса инженерной графики заданий по выполнению чертежей с использованием элементов моделирования обладают рядом преимуществ перед традиционным — это лучшее визуальное представление проектируемых изделий, более высокая точность проектирования особо сложных пространственных объектов, а также неограниченные возможности и легкость в редактировании трехмерной модели в процессе проектирования и на любом этапе. Установленная ассоциативная связь: модель изделия — чертеж в образовании позволяет на любом этапе корректировать выполняемое задание. При внесении изменения в 3D-модель, оно автоматически отображается в остальных документах, связанных с этой моделью — например, чертеже и спецификации. В связи с этим достигается значительная экономия времени на проектирование [2].
На основании опыта преподавания было замечено, что 3D-моделирование играет ключевую роль в выполнении проектной работы «Сборочный чертёж» по Инженерной графике (рис.7).
Рис. 7
Этот метод является неотъемлемой частью современного инженерного проектирования и имеет множество преимуществ перед традиционными методами.
Во-первых , 3D-моделирование позволяет создать точную и реалистичную модель изделия, что значительно упрощает процесс проектирования и позволяет избежать ошибок на этапе разработки. Благодаря возможности просмотра модели со всех сторон, обучающиеся могут легко выявить потенциальные проблемы и внести необходимые коррективы.
Во-вторых , 3D-моделирование упрощает коммуникацию между различными участниками проекта. Благодаря возможности обмена файлами и просмотра моделей в реальном времени, обучающиеся могут эффективно взаимодействовать и быстро принимать решения. Кроме того, 3D-моделирование позволяет создавать анимацию и визуализацию созданных моделей.
Студенты в современной образовательной среде должны уверенно владеть программами 3D-моделирования, уметь пользоваться всеми возможностями пространственного проектирования сложных поверхностей для воплощения любых конструкторских решений. Практика обучения показывает, что уже на втором курсе обучающиеся могут параллельно успешно освоить на базовом уровне программы КОМПАС и АutoCad, совмещая учебные занятия и кружковую деятельность.
Таким образом, использование 3D-моделирования при выполнении проектной работы «Сборочный чертёж» по Инженерной графике является необходимой составляющей для повышения эффективности проектирования и ускорения процесса разработки учебных чертежей.
Литература:
- 3D-моделирование и инженерная графика. Ибраева С. Д., г. Кокшетау, 2015 г.
- 3D-моделирование в промышленной сфере / К. Ю. Маслов, М. Ю. Похорукова. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 11.3 (115.3). — С. 19–22. — URL: https://moluch.ru/archive/115/31349/ (дата обращения: 06.04.2024).
- Использование программ 3D-моделирования при обучении Инженерной графике. Фазлулин Э. М., Рябов В. А., 2018 г.
- Инженерная графика с основами проектирования. Редькин В. Ф., г. Красноярск, 2011 г.
- Трехмерное моделирование в изучении Инженерной графики. Туч В. В., 2013 г.
