К.т.н. Толубаева К.К.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

им. Д. Серикбаева, Казахстан

Внедрение компьютерных технологий трехмерного моделирования в учебный процесс

Становление постиндустриального общества определяет новые контексты в жизни человека и общества: высокий статус знания и информации, осознание высокой роли личностных качеств во всех видах человеческой активности, высокую динамику и насыщенность информационного пространства, усложнение процессов и явлений окружающего мира. Модернизация образования носит общегосударственный или межгосударственный характер и не может быть осуществлена локально.

Особый статус образования в постиндустриальном обществе заключается в том, что принципы эволюции инновационных образовательных процессов могут позволить сформировать новую существенную функцию человека. Суть данной функции состоит в глубинных изменениях человека, позволяющих эффективно управлять информационно-интеллектуальным ресурсом.

Подготовка специалистов, владеющих инструментарием САПР и умеющих решать конкретные задачи современного производства, позволяет интенсифицировать учебный процесс, который, особенно в последние годы, все больше сближается и переплетается с производством. Новые информационные технологии дает возможность развиваться совершенно новому направлению конструкторской деятельности – геометрическому моделированию, в основе, которого лежит не чертеж, а пространственная геометрическая модель изделия.

Задача перехода на новую технологию конструирования требует современного обучения конструкторов, в которых немаловажное место занимают методы компьютерной графики как нового инструмента конструирования. Информация и компьютеризация инженерного образования открыла новые перспективы для повышения качества подготовки будущих специалистов, однако процесс внедрения в начертательную геометрию и инженерную графику компьютерных технологий автоматизированного проектирования привело к дефициту времени на изучение дисциплин традиционного графического цикла. Инженерная графика в техническом вузе является важной составляющей базовой общеинженерной подготовки, закладывающей фундамент системы классического технического и профессионального образования специалиста.

При всей мощности самых современных САПР решающая роль в создании чертежа все же принадлежит человеку, а не машине: хотя в интеллектуальные системы автоматизированного проектирования заложен немалый объем знаний все же без человека, умеющего их высокопрофессионально использовать, компьютер беспомощен.

В активной информационной деятельности инженера компьютер и САПР является интеллектуальными субъектами взаимодействия с ним, его партнерами и ближайшими помощниками. Поэтому использование новых информационных технологий САПР в инженерном образовании становится, по существу, социально-экономической потребностью. Использование информационных технологий в обучении, соответствующих мировому уровню – единственно возможный сегодня путь поступательного развития отечественной системы образования, и, в первую очередь, высшей школы.

Активное и целенаправленное применение средств информатизации в образовании позволяет не только по-новому взглянуть на педагогический процесс, но и дает необходимый научно-методологический аппарат для их анализа и обновления. Информатизация образования вносит изменения не только в способы распространения знаний, но и в сами знания и поэтому оказывает существенное влияние на содержание образования и управление педагогическим процессом. Внедрение информационных технологий в учебный процесс инженерных вузов должно сопровождаться существенными изменениями в методологии преподавания всех общепрофессиональных дисциплин. На практике необходимые методологические преобразования заметно отстают от нового, быстро развивающегося направления в сквозном процессе проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства - компьютерного и инжиниринга. 

Современный инженер - проектировщик, конструктор, аналитик технолог имеет дело не с абстрактными примитивами, а с деталями или с их объемными компьютерными моделями, элементами которых являются вершины, ребра и грани. Знания, приобретенные обучаемыми при решении задач с проекциями геометрических примитивов, остаются невостребованными ни в курсовом и дипломном проектировании, ни в последующей инженерной деятельности. Приходится ли, к примеру, проектировщикам и конструкторам применять на практике способы преобразования проекций? Ведь большинство деталей машиностроительного профиля имеют либо ось, либо плоскость симметрии, параллельно которым и располагают одну из плоскостей проекций комплексного чертежа.

    В настоящее время в учебном процессе инженерных ВУЗов все шире используются CAD-системы, обеспечивающие получение быстрого и точного решения на компьютере всех без исключения задач начертательной геометрии, в трехмерном пространстве. Значительные преобразования необходимы в преподавании инженерной графики. Дело в том, что реализуемые современными CAD-системами методы трехмерного моделирования - твердотельного, поверхностного, гибридного - коренным образом изменяют методологию проектирования и подготовки производства: главным, первичным носителем информации о проектируемом объекте становится его 3D-модель, а создаваемые по этой модели чертежи представляют собой вторичную форму отображения объекта. Использование программного продукта фирмы АСКОН КОМПАС-График произошло несколько лет назад после приобретения университетом лицензионного продукта и позволило преподавать не только компьютерную графику, но и базовые дисциплины «Инженерная графика» и «Начертательная геометрия» на более высоком качественном уровне. Как известно, наиболее сложным является построение линий пересечения поверхностей вращения и тела вращения с многогранником. На компьютере решение подобных задач получается автоматически, причем с учетом видимости участков линии пересечения. Если же возникает задача о нахождении линии пересечения двух поверхностей произвольной формы, то, хотя ее решение методами начертательной геометрии теоретически возможно, практически оно неосуществимо, а на компьютере искомая линия получается просто в результате построения заданных поверхностей.

3D-моделированию, сводя, по возможности, до минимума применение CAD-систем лишь в качестве электронного кульмана. Выполнение чертежей технических изделий по их 3D-моделям обычно оказывается значительно менее трудоемким и длительным, чем в том случае, когда CAD-системы используются только в режиме электронного кульмана.

Внедрение компьютерных технологий трехмерного моделирования в учебный процесс инженерных ВУЗов требует переосмысления сложившихся традиций, так как наиболее полным, точным и наглядным источником информации об объекте становится его 3D-модель, с использованием которой может быть оформлена, при необходимости, конструкторская документация на электронных или бумажных носителях. Использование прикладных информационных технологий это не простая замена традиционного кульмана на электронный. Это по существу смена парадигмы и производства и образования, связанная с системной интеграцией производственных и информационных технологий, переходом от чертежа и других бумажных конструкторских и технологических документов к электронным документам, использованию моделей разных процессов жизненного цикла изделий. При современном уровне развития компьютерных технологий сфера влияния инженерной графики, и тем более начертательной геометрии, на процессы автоматизированного проектирования и подготовки производства существенно сужается. КОМПАС-ГРАФИК разработан специально для операционной среды MS Windows и в полной мере использует все её возможности и преимущества, предоставляя максимальную эффективность и удобства в работе.

По функциям построения и редактирования чертежа, вывода его на печать, а также по основным интерфейсным решениям графическая программа практически полностью совпадает с профессиональной версией за исключением навигационной системы приложений, используемой в производственных условиях. Разработка трехмерных моделей деталей и сборочной единицы в целом проводилась с использованием КОМПАС-3D. При проектировании редукторов была использована интегрированная система проектирования тел вращения КОМПАС-SHAFT , при выполнении чертежей пружин: приложение КОМПАС-SPRING. Система КОМПАС интегрирована в учебный процесс как мощный и многофункциональный инструмент, в результате чего наши выпускники владеют конкретными системами как пользователи, знают конкретные области их применения, а главное — умеют использовать их для решения производственных задач. Молодые специалисты, освоившие современные технологии проектирования, отличаются также способностью адаптации на предприятии, отсутствием шаблонности мышления, желанием и умением работать эффективно и высокой степенью обучаемости. Внедрения систем КОМПАС в ВКГТУ показывает, что потребность в подготовленных специалистах возрастает с каждым годом. Успешное продолжение работы в данном направлении идет на пользу как выпускникам ВКГТУ, так и предприятиям региона. В информационном обществе, когда информация становится высшей ценностью, а информационная культура человека – определяющим фактором его профессиональной деятельности, изменяются и требования к системе образования, происходит повышение статуса образования.

В заключение необходимо отметить тот факт, что в информационном обществе, когда информация становится высшей ценностью, а информационная культура человека – определяющим фактором его профессиональной деятельности, изменяются и требования к системе образования, происходит повышение статуса образования.