Трехмерная модель. Изучение САПР в колледже

В условиях всемирной конкуренции предприятия в мире должны выпускать продукцию лучшего качества, более низкой стоимости и тратить на изготовление продукции меньше времени. Поэтому предприятия стараются использовать максимальные возможности компьютеров, то есть их высокое быстродействие, возможности графического интерфейса. Компьютер помогает автоматизировать и связать друг с другом задачи проектирования и производства. При этом используются технологии САПР или CAD/CAM/CAE.

САПР – система автоматизированного проектирования.

CAD (computer – aided drafting) – технология автоматизированной разработки чертежей.

CAM (computer – aided manufacturing) – технология автоматизированного производства.

CAE (computer – aided engineering) – технология автоматизированной разработки или конструирования.

Международная конкуренция требует более опытных специалистов, работающих на предприятиях. И как следствие, преподавателям учебных заведений необходимо повышать уровень будущих инженеров, техников в области проектирования. В наше время студенты должны легко ориентироваться в различных системах автоматизированного проектирования для того, чтобы найти себе более высокооплачиваемую работу и быть конкурентоспособными.

В прошлом при классическом черчении с помощью карандаша и линейки точность создания размеров чертежа соответствовала точности чертежных инструментов. При этом качество чертежа изделия (аккуратность, соответствие толщины линий и так далее) зависело от возможностей, способностей самого человека. Компьютерные программы предоставляют возможность создавать чертежи с абсолютной точностью и всегда аккуратно.

В ульяновском колледже на занятиях используются в основном две системы: КОМПАС-3D российской компании АСКОН и AutoCAD компании AutoDesk. При их помощи студенты на 2-м курсе машиностроительных специальностей учатся определять геометрию конструкции детали.

Создание чертежей на начальном этапе производится только в двухмерном пространстве. От студентов при этом требуется внимательность, стремление изучить создание чертежей в системе, положительный настрой во время занятия, пространственное и логическое мышление, ну и, конечно, математические знания.

В одних группах занятия начинаются с изучения системы AutoCAD, а затем КОМПАС-3D. В конце семестра эти студенты говорят, что создавать чертежи с использованием первой программы намного легче, чем со второй. В других группах, наоборот, основы проектирования чертежей сначала проходят в программе КОМПАС-3D, а потом в AutoCADe. И здесь приверженцев «компаса» гораздо больше. Как говорится, все относительно.

Большинство студентов на первых занятиях показывают, что они прекрасно умеют рисовать прямыми линиями, кружочками. Однако при этом получается не чертеж, а просто рисунок (деталь не соответствует размерам).

Что же именно нравится студентам при проектировании в AutoCADe?

• Возможность работы со слоями, наглядная работа с размерами и размерными стилями.

• Наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании.

• Возможность обращения к свойствам объектов.

• Управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране.

Занятия начинаются с изучения последовательности создания простого чертежа детали, состоящей из нескольких окружностей, касательных линий и сопряжений к этим окружностям. Всем студентам раздаются одинаковые чертежи. В течение 80 минут создается чертеж детали в двух вариантах – без слоев и с созданием трех слоев.

Рассмотрим первый вариант.

Любая деталь начинается с создания вспомогательных линий (осевых или тонких). Далее при помощи команд копирования или координатным способом в черновом варианте вычерчиваются точки нахождения окружностей. Используя команды «окружность» и «сопряжение», привязки «касательная» и «пересечение», определяется полная геометрия детали. В конце расставляются все необходимые размеры. Так как размеры в программах автоматически выводятся на экран (и стрелки, и цифровое значение размера), обычно студенты, первый раз знакомящиеся с программой, этому удивляются и недоумевают, если выданный размер не соответствует истинному размеру детали. Но это, как правило, является следствием отсутствия опыта работы на клавиатуре и с мышкой компьютера. И на следующих занятиях такие ошибки обычно исчезают.

При втором варианте чертеж разбивается на несколько слоев. Конечно, для простого чертежа на производстве нет необходимости в этом, но при изучении лучше начинать с простого чертежа, чем потом при изучении сложной сборочной детали вводить понятие «слои». Слои очень удобны, если чертеж достаточно сложный. Расположив различные составляющие единицы детали по слоям, упрощают работу с изменениями, исправлениями чертежа, так как можно включать и выключать одновременно несколько слоев. Слои как калька накладываются друг на друга. Тот слой, в котором вы работаете, считается активным. Остальные слои неактивные. Слои можно делать видимыми или невидимыми и не чувствительными к изменениям. Простой чертеж мы разбиваем на слои: 1 – осевые линии, 2 – контур детали, 3 – размеры детали. Каждому слою соответствуют свой цвет, тип линии, что помогает ориентироваться лучше студентам в геометрии детали.

В программах автоматизированного проектирования предусмотрена вспомогательная сетка. Она предназначена для облегчения построения линий, как и при черчении на бумаге, когда используются вспомогательные линии (вертикальные и горизонтальные). В AutoCADе и в КОМПАСе сетка представляет собой точки на пересечениях горизонтальных и вертикальных линий. Точки расположены на равных расстояниях, они задаются в настройках программы. Так как при создании линий при помощи мыши, а не по координатам, по точкам сетки возможны ошибки из-за человеческого фактора, поэтому дополнительно в программе предусмотрена привязка «по сетке». При этом курсор перемещается только по точкам сетки.

На первом же занятии студенты знакомятся с командой «штриховка». В отличие от ручного создания штриховки, в компьютерных программах заполнение трафаретом области, ограниченной замкнутым контуром, сопровождается появлением ошибок в работах студентов. Ошибки появляются при неправильном использовании привязок или при неиспользовании их при создании линий контура детали, так как на экране не возникает замкнутый контур.

Полученные знания студенты используют на занятиях по другим предметам, например, метрологии, технической механике (при решении графических задач с векторами).

Интереснее всего проходит изучение трехмерного моделирования. Твердотельное моделирование было создано для преодоления проблем с использованием физических моделей в проектировании. На производстве создание, а затем изменение новой материальной модели влечет за собой материальные траты, что для предприятия экономически невыгодно.

Поэтому уже к середине 90-х годов конструкторы и технологи во всем мире пришли к выводу, что в смешанной среде (двухмерной графике и трехмерном моделировании) разрабатывать продукцию менее эффективно, чем использовать объемные модели в качестве основных объектов проектирования.

Сейчас программы автоматического проектирования при создании визуальной модели позволяют провести и прочностной расчет будущей детали, который обычно проводят на занятиях по сопротивлению материалов упругому деформированию. На экране компьютера создается визуальная (то есть нематериальная) модель. Студенты могут увидеть объемные детали, которые им встречались в геометрии, в черчении, что может помочь им в укреплении материала, полученного в школе.

Важно, что при изучении САПР студентам предоставляется возможность более детального изучения проектирования и технологии изготовления изделий. На занятиях они знакомятся со стандартами ГОСТа, ANSI, ISO.

Светлана ИВАНОВА, преподаватель спецдисциплин Ульяновского электромеханического колледжа, Ульяновск

Татьяна ИВАНОВА, аспирантка Балтийского государственного технического университета имени Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург