ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье изучены возможности внедрения цифровых технологий и современных методов учебного процесса в инженерном образовании, использование компьютерной графики и геометрического моделирования для повышения качества подготовки инженеров.

ABSTRACT

This article explores the possibilities of introducing digital technologies and modern methods of the educational process in engineering education, the use of computer graphics and geometric modeling to improve the quality of training for engineers.

Ключевые слова: инженерная графика, Компас 3d, AutoCAD, SolidWorks, моделирование, компьютерной графики

Keywords: engineering graphics, Compass 3d, AutoCAD, SolidWorks, modeling, computer graphics

Введение

Одной из главных задач высшего образования является подготовка специалистов, способных к инновационной деятельности. Однако, подготовка специалистов в области техники и технологий, непосредственно производящих инновационный продукт, осуществляется традиционным подходом. Такой подход не учитывает требований, связанных с подготовкой специалистов как субъектов саморазвития интеллектуального и профессионального потенциала, т.е. становления их носителями целей и современных инновационных технологий достижения прогнозируемых целей.

Необходима трансформация взглядов на новые образовательные модели, ориентированные на выход из традиционного подхода и стремление к образовательным системам, направленные на развитие личностной сферы.

В целях определения приоритетных направлений системного реформирования высшего образования в Республике Узбекистан, поднятия на качественно новый уровень процесса подготовки самостоятельно мыслящих высококвалифицированных кадров с современными знаниями и высокими духовно-нравственными качествами, модернизации высшего образования, развития социальной сферы и отраслей экономики на основе передовых образовательных технологий утверждена Концепция развития системы высшего образования Республики Узбекистан до 2030 года [1]. Данная Концепция разработана исходя из потребностей социальной сферы и отраслей экономики на основе обеспечения прочной интеграции науки, образования и производства в целях улучшения качества образования, подготовки конкурентоспособных кадров, эффективной организации научной и инновационной деятельности.

Одним из приоритетных направлений развития системы высшего образования является внедрение цифровых технологий и современных методов в учебный процесс.

В целях повышения качества подготовки специалистов с высшим образованием предусмотрены также следующие мероприятия [1]:

• разработка механизмов и поэтапный перевод учебных планов высших образовательных учреждений на кредитно-модульную систему;
• формирование образовательных программ, исходя из интересов студентов, в соответствии с потребностями заказчиков кадров путем разработки учебных планов, направленных на формирование у студентов креативного мышления и практических навыков, основанных на индивидуальных образовательных траекториях;
• применение которых является одним из критериев обеспечения повышения качества высшего образования, уровня подготовки специалистов, конкурентоспособности выпускников высших образовательных учреждений на рынке труда.

Возможности применения современных технологий в инженерном образовании, использование компьютерной графики и геометрического моделирования, а также проблемы повышения качества подготовки инженеров в системе обучения вуза освящена в теории и методике преподавания графических дисциплин, которые рассмотрены в работах ряда ученых [2-3].

Обсуждение

Нами рассмотрены вопросы совершенствования технологии и методов обучения путём применения двух форматов, первый – возможность обучения традиционному курсу начертательной геометрии и инженерной графики с элементами компьютерных технологий и второй, внесение изменений в предмет начертательная геометрия и инженерная графика в части содержания курса инженерной графики.

В связи с чем, изучены структура и содержание государственных стандартов, учебных программ и другой документации для технических вузов в плане их направленности на предмет творческого и пространственного развития студентов, формирования их графических навыков для професси­ональной подготовки по конкретному направлению образования.

Изучена структура и содержание учебных программ направления “Химическая технология (высокомолекулярные соединения)” на примере 2018-2021 гг. Так традиционно преподаваемый предмет “Начертательная геометрия и инженерная графика” составляющих основу общеинженерной подготовки специалистов трансформируется в 2018-2019 гг. в предмет “Инженерная графика и эскиз” с общим объемом нагрузки 170 часов при этом аудиторные часы составляют 90 часов из них 36 лекции и 54 лабораторные , 80 часов  на самообразование, в 2020 году  в предмет “Инженерная графика” – 180 часов, при этом аудиторные часы составляют 90 часов из них 30 лекции и 60 практические , 90 часов  на самообразование, в 2021 году “Инженерная графика” – 120 часов (кредитно-модульная система) при этом аудиторные часы составляют 48 часов из них 24 лекции и 24 практические, 71+1 часов  на самообразование.

Сокращение общих объемов часовой нагрузки по предмету и эпоха цифровизации образования способствует использованию уже имеющегося контента образования, существенно усиливая его воздействие путём внедрения информационных технологий в обучающий процесс которые открывают новые перспективы и дают качественно новые возможности для преподавателя и студентов. С помощью компьютера активизируется работа студентов с учебным материалом за счет использования возможностей компьютера.

На сегодняшний день преподование предмета “Инженерная графика” при подготовке будущих специалистов используются программы AutoCAD и Компас 3D. Система AutoCAD, является [4] на сегодняшний день наиболее распространенной программой графической системой автоматизированного проектирования в мире и наиболее гибкая из существующих для ПК, позволяющая выполнять все виды чертежных (двумерные чертежи и трехмерные модели) работ технического проектирования в различных направлениях.

Система Компас 3D предназначена для создания трехмерного [5] моделирования. Функциональные возможности: автоматическая генерация ассоциативных видов трехмерных моделей, возможность связи трехмерных моделей и чертежей со спецификациями т. е. изменения в чертеже или модели могут передаваться в спецификацию.

Однако изучение и внедрение других программных обеспечений  в процесс обучения предмета “Инженерная графика” таких как Solid Works, Inventor, АДЭМ CAD/CAM и др. является необходимостью современного образования и поднятием на качественно новый уровень процесса подготовки самостоятельно мыслящих высококвалифицированных кадров с современными знаниями с возможным применением любых программных обеспечений в процесс обучения предметов.

SolidWorks — более удобный и комфортабельный программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства [6]. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения.

Рисунок 3. D моделирование детали, стандартные виды

Основные задачи, решаемые системами Компас 3D, AutoCAD и SolidWorks – моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство.

В результате освоения системами Компас 3D, AutoCAD и SolidWorks ожидается повышения качества подготовки специалистов и формирование следующих профессиональных навыков и компетенций:

• способность использовать информационные, технические средства при моделировании новых технологий и продукции в производственном процессе;
• способность выполнять работы по моделированию продукции с использованием технологий автоматизированного проектирования и 3D моделирования;
• способность использовать современные системы автоматизированного проектирования и моделирования продукции и технологических процессов при выполнении выпускных квалификационных работ, а также магистерских диссертаций.

Применение систем Компас 3d, AutoCAD и SolidWorks позволяет переосмыслить теорию и методику обучения по предмету начертательная геометрия и инженерная графика которая трансформирована в предмет инженерная геометрия и компьютерная графика за счёт использования компьютерных систем и новых методик для  повышения качества подготовки специалистов

В результате использования Компас 3d, AutoCAD и SolidWorks в учебном процессе проанализированы следующие выводы: обе программы успешно справляются с трехмерным моделированием, работа базируется на одинаковых операциях.

В процессе реализации образовательного процесса по дисциплине “Инженерная графика” (кредитно-модульная система) наряду с Компас 3d, AutoCAD и SolidWorks планируется использовать возможности и других программных обеспечений таких как Inventor, АДЭМ CAD/CAM  и др.

Освоение программных обеспечений Компас 3d, AutoCAD, SolidWorks, Inventor, АДЭМ CAD/CAM  позволит расширить и откроют возможности их применения при освоении общепрофессиональных (обязательных дисциплин/ кредитно-модульная система/) и специальных дисциплин с достаточным  объемом нагрузки по предметам учебных программ направления “Химическая технология (высокомолекулярные соединения) таких как “Инжиниринг химических процессов и оборудования”, “Машины и аппараты производства полимеров и основы проектирования предприятий”, “Технология производства высокомолекулярных соединений”, “Технология переработки полимеров” , “Основы создания композиционных материалов” и др.

Более детальное изучение содержание учебных программ направления “Химическая технология (высокомолекулярные соединения)” на примере 2018-2021 гг. для более глубокого освоения ряда вышеуказанных (общепрофессиональных, обязательных и специальных) дисциплин наталкивает на совершенствования учебных нагрузок путём возможной трансформации их  с предметом “Инженерная графика” или привлечения их преподователей – технологов при обучении на выпускающих кафедрах или консультантами при выполнении выпускных квалификационных работ в части составления чертежей и эскизов технологического оборудования и технологий.

Программное обеспечение SolidWorks [6] имеет широкие возможности в области трёхмерного моделирования и визуализации и обладает рядом преимуществ в сравнении с аналогичными программами.

Во-первых, используя максимально простой инструментарий (бобышки, поверхности, вырезы и др.) в SolidWorks не составляет труда смоделировать объект любой сложности и конфигурации.

Во-вторых, в связи с тем, что построение ведётся на основе эскизов, которые постоянно отражаются в «дереве», редактирование имеющегося объёма возможно на любом этапе, при этом, выбранный метод моделирования (твердотельное, поверхностное или комбинированное) не влияет на данный фактор. SolidWorks автоматически выявляет ошибки при моделировании: пересечение геометрии, проблемы построения объёмных тел и т. д. сразу отображаются в «дереве построения».

В целом применение программных обеспечений позволяет построения изображений, геометрического моделирования и компьютерного проектирования, а также создание создания технологий и материалов.

Например, SolidWorks одинаково успешно реализованы инструменты и конструктора и дизайнера. САПР SolidWorks оснащён встроенными или дополнительно устанавливаемыми модулями для работы в более узких сферах, например при проектировании деталей из пластмасс и пресс-форм.

Литьё пластмасс является одним из широко распространённых технологических процессов, поскольку этим способом изготавливается большая часть деталей для бытовой техники, компьютеров, товаров народного потребления и т.п. Современные технологии, базирующиеся на использовании дорогостоящего оборудования, требуют применения высококачественных пресс-форм; их моделированием, анализом, проектированием оснастки и другими процессами можно заниматься, используя стандартную комплектацию SolidWorks. Для их реализации вышесказанных необходимо также знать геометрические основы компьютерного исследования процессов проектирования, конструирования и технологии производства

Выводы. Использование компьютерной графики и геометрического моделирования с применение программных обеспечений Компас 3D, AutoCAD, SolidWorks, Inventor, АДЭМ CAD/CAM при подготовке специалистов в области техники и технологий позволит поднять на качественно новый уровень процесс подготовки самостоятельно мыслящих высококвалифицированных кадров.

Возможность применения программных обеспечений на всех этапах обучения, включая подготовку выпускных квалификационных работ по техническим направлениям пересмотреть содержание учебных программ технических направлений.

Необходимо внедрить новые методы педагогических технологий путём интегрирования отраслей специальностей «Инженерная геометрия и компьютерная графика….» и «Теория и методика обучения (Начертательная геометрия и инженерная графика)» для преподавания сформированных междисциплинарных предметов.

Список литературы:

1. Указ Президента Республики Узбекистан от 8 октября 2019 года № УП-5847 «Об утверждении Концепции развития системы высшего образования Республики Узбекистан до 2030 года»
2. Литвинова Н.Б. Возможности формирования профессиональной компетентности студентов технического вуза средствами инженерной графики: монография, 2009.- 92 с.
3. Литвинова, Н.Б. Многообразие форм передачи информации в обучении начертательной геометрии и инженерной графике/ Н.Б. Литвинова //Стандарты и мониторинг в образовании. -М.,2010.-№3 (72).-С. 51-53.
4. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 431 c.
5. Большаков В., Бочкарев А. Основы 3D-моделирования // Изучаем работу в AutoCAD и КОМПАС-3D, Solid Works, Inventor, 2012. – 304 с.
6. Градинович В.В., Базилеевич М.Е. Преимущества применения программного комплекса SolidWorks в сфере промышленного дизайна //Ноэма (Архитектура. Урбанистика. Искусство) – 2020. –№1. С 80-92.