Д.т.н., Бельмас І.В., к.т.н., Дорофєєв В.В. Бобильова І.Т.

Дніпродзержинський державний технічний університет

ВПЛИВ СУЧАСНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НА ВИВЧЕННЯ РОЗДІЛУ НАРИСНА ГЕОМЕТРІЯ

Створення конструктором та виробником готового виробу за класичною системою відбувається у наступній послідовності. Конструктор (група конструкторів) на основі знань, розрахунків, інтелектуальної діяльності, у своїй уяві створює кінцевий продукт діяльності виробничої системи „конструктор – виробник”. Інформацію про створений в уяві кінцевий продукт конструктор передає у вигляді плоского документу – кресленика. У свою чергу виробник продукції, на основі аналізу плоских зображень виробу, має уявити форму деталей та їх взаємне розташування у кінцевому продукті. На основі такої уяви розробити технологію виготовлення та виготовити те, що уявляв раніше конструктор.

Основним носієм технічної документації в машинобудуванні на сьогодні залишається кресленик – графічний документ. Такий плоский графічний документ передає інформацію стосовно просторової форми технічного об’єкту – деталі, взаємного розташування деталей у вузлах, машинах та в ін. Методи побудови плоских зображень просторових об’єктів були обґрунтовані 200 років тому Гаспаром Моржем та вивчаються в технічних вузах в межах предмету, що має назву нарисна геометрія.

Технічний прогрес не оминув і технології побудови плоских зображень просторових об’єктів. У наші часи, у світовій практиці використовується досить багато графічних систем, розроблених на основі використання ЕОМ. Перші програмні продукти, що були спрямовані на автоматизацію креслярської роботи, були спрямовані на побудову креслень на комп’ютері як на електронному кульмані. Така схема креслення просторових об’єктів, як і двісті років тому, вимагала використання методів нарисної геометрії. В таких умовах предметом нарисної геометрії залишалося обґрунтування способів побудови на площині зображень просторових форм та способів розв’язання задач геометричного характеру графічними способами за зображенням цих форм.

Сучасні системи автоматизованого проектування плоскі зображення, що передають інформацію стосовно просторової форми виробу, будують без участі оператора, тобто вони не вимагають використання класичних методів нарисної геометрії, а здійснюються аналітичними методами. Водночас методи роботи з сучасними системами автоматизованого проектування вимагають часу на їх вивчення. Урахування цих особливостей в навчальному процесі – актуальна задача.

Питання впровадження комп’ютерних технологій в навчальний процес у вищих навчальних закладах Україні вивчається в національному гірничому університеті. На потребу переглянути зміст нарисної геометрії вказували автори роботи [1], які вказують, що чинна в Росії типова програма дисципліни нарисна геометрія, відтворює застарілу методологію інженерної діяльності.

На потребу зміни підходів у викладанні інженерних дисциплін наголошується і в роботі [2]. В ній вказано, що використання прикладних інформаційних технологій це не звичайна заміна традиційного кульмана на «електронний», а зміна парадигми в виробництві і освіті. Пов'язана ця зміна з системною інтеграцією виробничих і інформаційних технологій, переходом від креслення і інших паперових конструкторських і технологічних документів до електронних документів, використання моделей різних процесів життєвого циклу виробів. Кунву Лі [3] вказує, що при розробці нової методології викладання нарисної геометрії слід враховувати ще і ту обставину, що розвиток програмно-апаратних засобів|коштів| автоматизованого проектування і підготовки виробництва йде шляхом поступового перетворення їх в імітаційне середовище|середу| – віртуальну інженерію.

В навчальному посібнику [4] наведені методичні вказівки та покрокові інструкції для побудови та редагування 3D-моделей під час вивчення курсу .

    Починаючи|розпочинати| з|із| 2006/2007 навчального року, на кафедрі інженерної графіки ВВІА імені Жуковського проводиться педагогічний експеримент з|із| перерозподілом учбового часу між основними розділами нарисної геометрії. З|із| розділу «Нарисна геометрія» вилучені теми «Пряма і площина|площина| в ортогональних проекціях» і «Способи перетворення проекцій». Розділ присвячений теоретичному обґрунтуванню інженерної графіки отримав назву „Нарисна геометрія – теоретична основа інженерної графіки” спрямований на детальніший розгляд таких геометричних форм, як криві лінії, багатогранні і криві поверхні.

За новим планом студенти|виучувати| працюють за механічним кульманом лише|лише| при виконанні трьох графічних робіт: «Проекційне креслення», «Побудова|шикування| ескізів і креслень деталей» і «Деталювання». Згідно|згідно з| експериментальному плану із 112 годин навчального часу на лише 6 годин аудиторного часу у формі лекцій виділено на вивчення розділу „Нарисна геометрія – теоретична основа інженерної графіки”, а близько 80% усіх графічних робіт курсанти виконують на комп'ютерах.

На нашу думку сам підхід до перегляду курсу відповідає вимогам часу, водночас теоретичні знання, які мають засвоїти курсанти не спрямовані на розуміння процесів створення ліній, поверхонь в процесі комп’ютерного 3D-моделювання.

З метою визначення задач нарисної геометрії в нових умовах, розглянемо процес діяльності виробничої системи „конструктор – виробник”, яка використовує сучасні технології. Зрозуміло, що створення передумов для уявного створення образу кінцевого продукту залишається за конструктором. Водночас системи 3D-моделювання дають можливість створення на екрані монітору ЕОМ віртуального фотореалістичного зображення будь-якого матеріального об’єкту. Процес створення такого зображення вимагає знань та вмінь роботи у відповідному програмному просторі. Розмаїття програмних продуктів не може бути підставою для створення різноманітних програм вивчення нарисної геометрії. Таким чином нарисна геометрія не має будуватися на програмному продукті. Побудова та зміст курсу має базуватися на вивченні процесів створення та завдання елементарних геометричних образів. Такими образами мають бути об’єктивні геометричні об’єкти: точка, лінія, поверхня. З іншого боку плоске креслення, навіть створене системою автоматичного проектування, залишається зображенням умовно побудованих проекцій самого об’єкту на ортогональну систему площин проекцій.

Оскільки точка - елементарний об’єкт то її доцільно використати для вивчення процесу створення плоского комплексного креслення, таким чином на лекційних зайняттях тему побудови проекції треба вивчати на основі побудови проекцій точки, практично у класичній формі. Разом з цим пояснити принцип побудови креслень системами автоматизованого проектування. На практичному занятті доцільно ознайомитися з системою 3D-моделювання.

Оскільки лінію можна уявити як систему точок розташованих у просторі то проектування ліній не несе додаткової інформації, відповідно побудова проекцій ліній можна опустити. В системах 3D-моделювання використовується декілька типів елементарних ліній: пряма, коло, еліпс, дуги кола та еліпса, замкнуті багатокутника, прямокутник та сплайни. Для цих геометричних об’єктів системи проектування надають можливість визначати умови їх взаємного розташування. Такими умовами, як правило є умови дотичності, сбігання, паралельності, перпендикулярності, колініарності, концентричності. Відповідно, на лекції присвяченій лініям треба дати визначення ліній, способи їх завдання, можливе взаємне розташування, а на практиці на ЕОМ вивчити способи завдання як ліній так і їх взаємного розташування.

Найбільш складним геометричним об’єктом є поверхня. В курсі нарисної геометрії доцільно дати визначення та основні типи поверхонь та способи їх завдання. В сучасних графічних системах використовуються схожі алгоритми завдання поверхонь. Так в різних системах циліндричні, призматичні поверхні задаються схожими способами та нажаль з використанням різних опцій, наприклад видавити, витягнути, витягнута бобика, тощо. Поверхні обертання утворюються опціями типу „повернута бобика”. В сучасних системах 3D-моделювання існують способи як створення твердих тіл обмежених поверхнями, так і завдання класичних поверхонь. Таким чином на лекційних заняттях достатньо висвітлити питання способів утворення та завдання поверхонь, а на практичних вивчити практичні способи їх побудови. Зрозуміло, що треба передбачити вивчення і гранчастих і криволінійних поверхонь, гелікоїдів, тощо.

Поверхня будь-якої технічної деталі може розглядатися як комбінація декількох поверхонь. Відповідно і це питання мають розглядатися.

Значне місце в традиційному курсі нарисної геометрії займають питання взаємного розташування та метричні задачі. Вони пов’язані з визначенням розмірів окремих елементів поверхонь, відстаней поміж окремими елементами, тощо шляхом графічних побудов. Такі задачі автоматично розв’язуються системами САПР. Ці системи в автоматичному режимі будують проекції деталей – основу креслень. На практичному занятті доцільно вивчати безпосередньо способи отримання креслень за створеними тілами.

Наведене показує, що завдання поверхонь, які визначають форми реальних технічних виробів, з використанням систем 3D-моделювання не вимагає інших, окрім вище наведених, знань та вмінь.

Побудовані за допомогою САПР електронні моделі мають бути використані виробником системи „конструктор – виробник”. Використовуватися ці моделі можуть двома способами.

За першим способом можливе виготовлення деталі на верстатах з|із| числовим програмним управлінням. В такому випадку отриману електронну модель достатньо обробити за відповідною програмою, та отримати програму для прямого керування верстатом на якому деталь має бути виготовлення.

    За другим способом, коли деталь має бути виготовлена на універсальному верстаті, за електронною моделлю треба отримати креслення. За кресленнями виробник має визначити форму деталі за її проекціями. Відзначимо, що фотореалістичну електронну модель може розглянути і виробник за допомогою комп’ютера. Уявляти форму деталі за її кресленням студент має навчитися на прикладі побудов аксонометричних проекцій. Відповідно на лекційних заняттях треба вивчати питання побудови аксонометричних проекцій, стандартні аксонометричні проекції. На практичних зайняттях, з використанням стандартних процедур системи автоматизованого проектування, треба вивчити побудову аксонометричних проекцій на кресленнях.

Таким чином наведене показує, що лекційний курс з розділу нарисної геометрії може бути викладений на протязі 6-8 академічних годин. Звільнений час має бути використаний для практичного оволодіння прийомами побудови графічних документів методами машинної графіки. Вказане дозволить сумістити вивчення розділу нарисної геометрії з прийомами роботи з графічними редакторами та надати студентам знання та вміння на рівні сучасних інформаційних технологій.