Введение
Любое производство начинается с процесса проектирования. При этом помимо технико-эксплуатационных свойств, проектировщик обязан учитывать и закладывать в проект параметры безопасности использования проектируемого изделия, возможность мониторинга свойств, износостойкости и др. параметров.
Современное инженерное проектирование и создание 3D-моделей проводится с помощью специализированных программ, называемых САПР. В процессе обучения такие специалисты как: аппаратчик-оператор, инженер-конструктор, технолог машин и оборудования – получают необходимые компетенции для возможности проведения компьютерного моделирования.
В Тюменских учебных учреждениях, в основном, получение навыков трехмерного моделирования осуществляется в двух, признанных лидерах программ 3D-моделирования: это программы американской фирмы AutoDesk и отечественное ПО фирмы Аскон [1].
Цель исследования
Целью исследования являлось определение основных сравнительных характеристик программ САПР, используемых в процессе инженерного образования.
Задачи исследования:
· проведение экспериментального моделирования однотипных деталей в двух рассматриваемых программах;
· проведение социологического опроса среди преподавателей и обучающихся в средне-специальных и высших учебных учреждениях г. Тюмени о предпочтениях в использовании программ САПР в процессе обучения.
Материал и методы исследования
Для определения существенных различий отечественной и зарубежной программы с учетом их особенностей, в частности, связанных с возможностью применения навыков программирования или, как это сделано в программах фирмы Аскон, возможностью создания и добавления библиотек вручную, без сложного программирования или приобретения добавочных программных модулей, было проведено экспериментальное проектирование однотипных деталей в двух, выбранных для анализа, программах: AUTOCAD И КОМПАС 3D - чтобы определить главные превосходства той или иной программы [2].
Также, в рамках проекта была создана google-форма опроса, состоящего из вопросов, касающихся личных предпочтений людей, владеющих компетенциями по работе в предложенных к рассмотрению программам. На вопросы анкеты ответили три категории респондентов, а именно:
· Студенты, получающие высшее образование в ВУЗах Тюмени, изучающие САПР в рамках образовательной программы в размере 106 человек.
· Студенты колледжей, получающие среднее специальное образование в количестве 86 человек.
· Преподаватели тюменских вузов, колледжей, лицеев; в опросе приняло участие 25 человек.
Результаты исследования и их обсуждение
При создании элементарных 3D деталей в программе КОМПАС 3D было выполнено всего 4 операции.
В программе AutoСAD, хочется отметить, наличие модели, которая называется «2D-каркас», в которой можно с помощью привязок работать с деталью внутри и точно выполнить необходимые операции, несмотря на то, что пришлось выполнить в пять раз больше операций, затраченное время всего на 30 секунд больше.
|
|
|
|
Рис. 1А. Создание 3D проекта в программе КОМПАС 3D. начало выполнения: 14:16:30 завершение: 14:18 Кол-во операций: 4 |
Рис. 1Б. Создание 3D проекта в программе AutoCAD. начало выполнения: 14:14 завершение: 14:16 Кол-во операций : 20 |
На следующем этапе было проведено построение сборки.
Как было указано ранее, в программе КОМПАС 3D имеются библиотеки стандартных изделий [3], которые упрощают проектирование сложных деталей. В программе AutoCAD они тоже имеются [4, 5], но для их использования необходима покупка специальных пакетов, которые не входят в стандартную комплектацию и, поэтому, должны приобретаться отдельно за дополнительную плату. Рассмотрим разработку стандартных изделий в САПР AUTOCAD И КОМПАС 3D в базовой комплектации.
На рис. 2. Показаны основные этапы проведения 3D-моделирования и сборки стандартной детали, на примере шестигранного болта с использованием встроенных библиотек, входящих в стандартную комплектацию. Разработка детали и вставка в готовое изделие в целом заняло около двух минут.
|
|
|
|
Рис. 2А. Окно настроек стандартного изделия «Болт ISO 4016» в КОМПАС 3D. |
Рис. 2Б. Вставка стандартного изделия «болт» в изделие в КОМПАС 3D, демонстрация совпадения и соосности. |
Для сравнения, было проведено построение в программе AutoCAD обыкновенного шестигранного болта, не используя платные библиотеки (Рис.3).
|
|
|
|
Рис. 3А. Построение детали 3D на основе 2D каркаса |
Рис. 3Б. Применение функции «угол конусности» 3D в AutoCAD |
На практике мы выполняли вставку болтов в сборку в программе AutoCAD, но на это тратилось больше времени совместно с усилиями. Чтобы использовать вставку болтов и прочих крепежных изделий в программе AutoCAD, нам необходимо сначала создать их. Для этого создавался каркас в 2D, после чего, с помощью стандартной операции «Выдавить» осуществлялся переход к 3D-модели. Сформировав головку болта, деталь можно дополнить телом цилиндрической формы, для завершения проектирования детали, как это продемонстрировано на рис.4.
|
|
|
|
Рис. 4А. Демонстрация выполнения команды «Объединение» и команды «Фаска» в AutoCAD |
Рис. 4Б. Завершенный чертеж, проект болт в программе AutoCAD |
Для выполнения второй задачи исследования, как уже было указано ранее, был запущен опрос посредством google-формы. Результаты опроса в виде стандартных диаграмм представлены на рис. 5.
|
Рис. 5А. Результаты опроса при ответе на вопрос: «В какой программе Вам нравится работать?» |
||
|
|
|
|
|
Учащиеся вузов |
Учащиеся СПО |
Преподаватели |
|
Рис. 5Б. Результаты опроса при ответе на вопрос: «В какой программе Вы видите больше возможностей для себя?» |
||
|
|
|
|
|
Учащиеся вузов |
Учащиеся СПО |
Преподаватели |
|
Рис. 5В. Результаты опроса при ответе на вопрос: «Где выполнить чертеж быстрее?» |
||
|
|
|
|
|
Учащиеся вузов |
Учащиеся СПО |
Преподаватели |
|
Рис. 5Г. Результаты опроса при ответе на вопрос: «Какая программа на Ваш взгляд более перспективна?» |
||
|
|
|
|
|
Учащиеся вузов |
Учащиеся СПО |
Преподаватели |
Как создатели опроса, мы можем видеть не только вопросы, но и сводки ответов опрашиваемых в виде круговых диаграмм, а также проследить индивидуально взятого пользователя по его авторизованной учетной записи.
В результате обработки результатов опроса, могут быть созданы общие гистограммы для более наглядного представления, как это показано на рис. 6.
|
|
|
|
Рис. 6А. Сводная диаграмма результатов ответа на вопрос: «От какой программы Вы больше устаете?» |
Рис. 6Б. Сводная диаграмма результатов ответа на вопрос: «Какую программу Вы использовали бы для развития собственного бизнеса?» |
Мы можем предположить, что педагоги, опыт которых превосходит навыки студентов, для коммерческих проектов отдали бы предпочтение «Компас 3D». А на студентов интерфейс «AutoCAD» оказывает большее влияние чем «Компас 3D».
Выводы или заключение
Из проведенного исследования нами было сделано заключение о том, что намного удобнее в процессе трехмерного моделирования использовать стандартные изделия, которые доступны в программе КОМПАС3D совершенно бесплатно, ведь это не только экономит время, но и позволяет выполнить разработку любой детали максимально точно. Также не забудем о том, что «стандартные изделия» имеют размеры по ГОСТу, что упрощает изготовление и стандартизацию проектируемой детали. Использование библиотек в программе КОМПАС 3D экономит и время, затрачиваемое на разработку деталей и общие прикладываемые усилия. Это увеличивает комфортность работы с данной программой, отмечаемую преподавателями и студентами, в основном высших учебных заведений.
Однако, необходимо отметить, что в программах, типа КОМПАС 3D, возникают определенные трудности при разработке отдельных элементов внутри самой детали, в чем проявляется преимущество программы AutoCAD по сравнению с КОМПАС 3D. Отдельные студенты, особенно среди учащихся СПО, отдают предпочтение интерфейсу программы AutoCAD и считают эту программу более перспективной для развития собственного бизнеса.