Модульная программа подготовки бакалавров машиностроительного профиля на базе систем автоматизированного проектирования

Благодаря развитию информационных технологий автоматизация машиностроительного производства вышла на более высокий уровень. В результате внедрения систем автоматизированного проектирования в научную, производственную и образовательную среды, появились новые эволюционные возможности, которые коренным образом изменили процесс проектирования.

Актуальность темы определяется необходимостью устранения противоречия между потребностью использования модульных образовательных программ в связи с реализацией Федеральных государственных стандартов нового поколения в контексте компетентност-ной парадигмы подготовки бакалавров машиностроительного профиля и традиционной методикой проектирования рабочих программ учебных дисциплин в контексте «знаниевой» парадигмы.

Цель научно-методической разработки состояла в проектировании рабочей модульной программы дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика», в результате освоения которой у студентов будет сформиро-

ван кластер профессиональных компенсаций, позволяющих им в дальнейшей профессиональной деятельности разрабатывать технологическую и производственную документацию с использованием современных инструментальных средств.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования разработки стал учебный процесс профессиональной подготовки бакалавров машиностроительного профиля на первом курсе факультета машиностроения, металлургии и транспорта СамГТУ.

Предмет исследования – разработка модульной рабочей программы дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика».

Новизна разработки состоит в том, что:

. в учебном процессе подготовки бакалавров машиностроительного профиля по дисциплине «Начертательная геометрия и инженерная графика» применяется разработанная авторами рабочая программа;

. практическое обучение студентов созданию машиностроительных моделей и проектноконструкторской документации к ним осуществляется исключительно средствами САПР;

. в процессе освоения дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» студенты получают возможность приобрести не только кластер профессиональных компетенций, но и освоить процесс инжиниринга создания новых или усовершенствования существующих технических объектов, начиная с по- становки цели и заканчивая оформлением пакета проектно-конструкторской документации.

Например, ПК-12 - профессиональная компетенция, формируемая в курсе «Начертательная геометрия и инженерная графика» по специальности 15.03.01 – «Машиностроение», определяется, как способность разрабатывать технологическую и производственную документацию с использованием современных инструментальных средств. Планируемыми результатами освоения данной компетенции являются:

. знание правил и принципов проектирования, основные критерии работоспособности, виды отказов, основы теории совместной работы, расчета, типовые конструкции, источники получения информации, справочной литературы, стандартов, компьютерные программы и электронные базы данных; основы практического расчёта и проектирования деталей и узлов машин общего назначения с использованием технической литературы и средств автоматизации проектных работ;

. умение самостоятельно искать, анализировать и обрабатывать информацию о стандартных и типовых элементах конструкций, материалах, ранее спроектированных конструкциях, рассчитать и спроектировать детали и узлы машин общего назначения, используя справочную литературу, стандарты, программные продукты и электронные базы данных; оформлять конструкторскую документацию;

. владение методиками практического расчёта и навыками проектирования деталей и узлов машин общего назначения с использованием средств автоматизации проектных работ; нормативами проектной деятельности и навыками составления рабочих проектов.

Дисциплина «Начертательная геометрия и инженерная графика» относится к базовой части первого блока учебного плана и дальнейшее формирование рассмотренных выше компетенций предусмотрено в таких дисциплинах как «Детали машин и основы конструирования», «Основы технологии машиностроения», «Основы компьютерной графики», «Геометрическое моделирование и основы автоматизированного проектирования», «Технология обработки концентрированными потоками энергии», при прохождении учебной практики ( практика по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности); преддипломной практики и государственной итоговой аттестации.

Дисциплина разделена на следующие учебные модули:

. Основы моделирования геометрических объектов (деталей и узлов машин).

. Проекционные чертежи электронных моделей.

. Оформление проектно-конструкторской документации.

В первый модуль входят следующие дидактические единицы: проектирование деталей сложного контура; моделирование тел сложной геометрии; средства редактирования моделей; принципы моделирования сборок; использование прикладных библиотек. Второй модуль включает такие вопросы, как проекционные (ассоциативно выполненные) чертежи электронных моделей; построение стандартных видов, разрезов, сечений, ассоциативно связанных с моделью; средства оформления чертежа. В третьем модуле изучается разработка пакетов проектно-конструкторской документации электронных моделей изделий машиностроительного профиля; средства модернизации изделий; новейшие технологии моделирования.

Известно, что одной из основных составляющих процесса формирования инженернографических компетенций является развитие пространственного мышления [4]. В ходе профессиональной деятельности, либо предпрофес-сиональной подготовки будущим машиностроителям приходится изучать большое количество чертежно-графической документации, для грамотного прочтения которой требуются хорошо развитые способности по анализу чертежа и синтезу пространственного образа изображенного на чертеже изделия. На наш взгляд, использование на первоначальных этапах обучения возможностей систем 3D-моделирования оказывает неоценимую услугу по формированию и развитию пространственного мышления и представления студентов.

Меняется время, и меняются воззрения на содержательность такого понятия, как курс инженерной графики в вузе [10]. Сегодня студенты должны уметь читать и выполнять чертежи, схемы и текстовые конструкторские документы в электронном виде; разбираться в том, какие технические и технологические факторы влияют на конструируемые детали машин и механизмов. Именно эти факторы влияют на формообразование и размеры тех объектов, которые надлежит создавать посредством компьютерного моделирования [2]. Современные компьютерные технологии позволяют оперативно перевести разработанные модели в формализованную проектно-конструкторскую документацию для возможности их дальнейшего воплощения в материале и массового производства. Для этой цели на практике используются станки с числовым программным управлением, 3D-принтеры и т.п.

Из вышесказанного следует, что, знакомя студентов с информационными технологиями в области проектно-конструкторской работы необходимо учить их не только правилам чтения и выполнения чертежей в соответствии со стандартами, но и показать методологию создания конструкторской документации, связанной со специальными областями знаний [7]. Это одна из предметных задач блока инженерно-графических дисциплин. Для её решения на занятиях по инженерной графике студентами изучаются мультимедийные обучающие фильмы, знакомящие с основными принципами работы конструктора в автоматизированной системе «КОМПАС-3D». Благодаря сценарию фильмов, позволяющему проследить все этапы создания машиностроительного изделия, у студентов уже на первоначальном этапе формируется системное представление о профессиональных компетенциях осваиваемой специальности. Наглядный показ конкретных операций и действий по созданию эскизов, деталей, документов – снимает психологический барьер, позволяет убедиться в доступности интерфейса, в удобстве диалогового режима системы, которую предстоит осваивать. Яркость и эффектность мультимедийных фрагментов вызывает живой интерес, у студентов появляется базовая мотивация к учебной деятельности.

Для поддержания интереса и дальнейшей мотивации студентам предлагаются практические задания, где с помощью подробных методических указаний следует по чертежу выполнить плоский эскиз детали со сложным контуром и сразу использовать его для создания объемной модели. В результате данной учебной деятельности у студентов формируются твердые осознанные навыки по созданию плоских эскизов, служащих основой для будущих объемных элементов конструируемых моделей. Опытноэкспериментальным путем они убеждаются в наличии определенных закономерностей используемых в процессе проектирования эскизов, которые соответствуют логике САПР. Такой подход формирует у студентов навыки точного, грамотного проектирования и в то же время система позволяет им учиться на собственных ошибках.

Идя путем проб, экспериментов, научно-исследовательского поиска к поставленной цели студенты получают ценный опыт взаимодействия со сложной системой, благодаря этому освобождается время от заучивания, зазубривания кем-то предложенных правил, которых следует придерживаться, иногда даже не осознавая их смысла и значения. Вместо этого у студентов формируется личностное осознание объективных закономерностей проектирования объектов машиностроения, что на наш взгляд ускоряет процесс их становления как компетентных специалистов [5].

Важным этапом освоения профессиональных компетенций является развитие навыков формообразования, чему посвящены темы, рассматриваемые в первом модуле. Изучив на кон- кретных примерах основные способы создания объемных моделей, студенты переходят к их творческому применению в процессе индивидуального проектирования. Для этой цели используются эскизы деталей сборочных узлов. На данном этапе студенты приобретают опыт разработки собственных алгоритмов выполнения построений, учатся анализировать, критически оценивать свою работу, обмениваться идеями с сокурсниками, вырабатывать общие, наиболее оптимальные подходы к решению поставленных задач.

Необходимость формирования критического мышления подводит нас к такому виду учебной деятельности как компьютерный эксперимент [8]. Современные технологии позволяют, вводя переменные параметры кардинально изменять конфигурацию изделий [9]. Это является мощным стимулом для поисковой, творческой активности студентов, вносит элемент игры и оживления в академический процесс обучения, стимулирует процессы мышления, прививает вкус к научно-техническому творчеству. Использование мультимедийных технологий позволяет студентам в процессе решения конкретных профессиональных проблем на базе совершенных технологий заниматься творческими исканиями, формирующими личностные качества будущего машиностроителя [6]. Существует множество методов формирования конструкторской документации в среде графических систем [1]. Возможность использования технологии многовариантного конструирования в системах автоматизированного проектирования, применение специальных приемов, использование параметрических связей и ограничений, позволяет создавать гибкую модель, которую легко видоизменять для изготовления разнообразных деталей определенного класса.

В третьем модуле в процессе освоения инженерно-графической грамматики, т.е. правил построения чертежей и проектно-конструкторской документации в соответствии с государственными стандартами, формируется коммуникативная составляющая профессиональной компетентности, позволяющая донести свои идеи до окружающих. В курсе инженерной графики этой теме посвящен раздел по созданию ассоциативных чертежей деталей, сборок и спецификаций. На данном этапе происходит приобщение бакалавров к культуре машиностроительного производства, усваиваются правила и формы передачи инженерных идей в промышленную разработку.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В процессе работы были решены следующие задачи:

. произведена декомпозиция целостной структуры дисциплины на ряд логически локальных учебных модулей;

. распределены кластеры профессиональных компетенций по учебным модулям дисциплины с учётом планируемых уровней их сфор-мированности.

. разработаны по каждому учебному модулю виды деятельности (лекции, практические занятия, самостоятельная работа студентов по освоению содержания учебного модуля).

. произведен выбор образовательных технологий, обеспечивающих оптимальное освоение содержания учебных модулей с использованием систем автоматизированного проектирования.

. разработаны критерии, показатели и диагностический инструментарий уровней сфор-мированности профессиональных компетенций формируемых в курсе «Начертательная геометрия и инженерная графика».

. апробирована разработанная модульная рабочая программа дисциплины в учебном процессе подготовки бакалавров машиностроительного профиля.

Практическая значимость данной разработки состоит в том, что модульная программа может успешно использоваться при профессиональной подготовке бакалавров машиностроительного профиля. Целью освоения дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» является формирование профессиональных компетенций, необходимых для реализации проектно-конструкторской, производственно-технологической, организационно-управленческой, научно-исследовательской, монтажно-наладочной и сервисноэксплуатационной деятельности.

ВЫВОДЫ

Разработанная, на базе систем автоматизированного проектирования модульная программа дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» обеспечивает формирование профессиональных компетенций бакалавров машиностроительного профиля на требуемом уровне.

Конечно, объем технических сведений, на первом курсе обучения недостаточен для того, чтобы бакалавры в совершенстве освоили компетенции по разработке проектно-конструкторской документации полностью соответствующей требованиям машиностроительного производства, для этого требуются знания ряда общеинженерных и специальных дисциплин. Но без приобретения первоначальных навыков компьютерного моделирования [3], невозможно серьезно говорить о какой-либо научно-технической подготовке и дальнейшей практической деятельности в области современного машиностроения.