О преподавании начертательной геометрии и инженерной графики в век информационных технологий

    Внедрение информационных технологий в учебный процесс инженерных ВУЗов должно сопровождаться существенными изменениями в методологии преподавания всех общепрофессиональных дисциплин. Однако на практике необходимые методологические преобразования заметно отстают от нового, быстро развивающегося направления в сквозном процессе проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства - компьютерного инжиниринга [1]. В частности, преподавание таких общепрофессиональных дисциплин, как 'Начертательная геометрия' и 'Инженерная графика', в значительной мере остается пока еще традиционным.

    Традиционность преподавания начертательной геометрии (НГ) заключается прежде всего в том, что едва ли не 50% выделяемого на нее учебного времени отводится на изучение проекций абстрактных геометрических примитивов, не имеющих параметра формы [2] - точки, прямой, плоскости, - и на решение различных позиционных и метрических задач, в том числе с использованием способов преобразования проекций.

    Между тем любой 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 (прямые или криволинейные) и грани (в том числе кривые поверхности). Это означает, что 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. Вообще же говоря, для построения чертежей технических изделий достаточно знать два главных постулата НГ:

    1) три основных чертежных вида - спереди, сверху и слева - должны находиться в строгой проекционной связи;

    2) если заданы какие-либо два из основных чертежных видов, то третий вид однозначно определяется с помощью главной линии 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 НГ в трехмерном пространстве. Для примера, на рис.1 приведено 'компьютерное' определение линии пересечения отсеков двух плоскостей, а на рис.2 - нахождение точек пересечения прямой, ломаной и сплайна с цилиндрической поверхностью.

   

   

    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 (рис.3). Если же возникает задача о нахождении линии пересечения двух поверхностей 'произвольной' формы, то, хотя ее решение методами НГ теоретически возможно, практически оно неосуществимо, а на компьютере искомая линия получается просто в результате построения заданных поверхностей (рис. 4).

   

   

    Значительные преобразования необходимы и в преподавании инженерной графики (ИГ). 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 (электронный макет), а создаваемые по этой модели чертежи представляют собой вторичную форму отображения объекта. Электронный макет, являющийся наиболее полным, точным и наглядным носителем информации о проектируемом изделии, служит основным звеном в развитии имитационных методов виртуальной инженерии [3] - технологий быстрого прототипирования, симуляции механообработки деталей на станках с ЧПУ, анализа конфликтных ситуаций в сборках и пр.

    С учетом сказанного в преподавании ИГ первостепенное внимание следует уделять именно 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'.

    В этом нетрудно убедиться на примере разработки конструкторской документации для агрегата, состоящего из 19 деталей и одной неразъемной сборочной единицы.

    На рис.5 представлена выполненная способом 'сверху - вниз' (то есть от сборки к деталям) 3D-модель, по которой были созданы сборочный чертеж и изометрическая проекция агрегата (рис.6 и рис.7,соответственно), а также 20 рабочих чертежей (здесь они не показаны). Нетрудно заметить, что деталирование и построение изометрической проекции не по 3D-модели, а по сборочному чертежу потребовало бы гораздо больше рутинной графической работы.

   

   

    На основании всего вышеизложенного можно сделать следующий вывод: в учебных планах инженерных ВУЗов целесообразно перераспределить учебные часы между НГ и ИГ, а именно, увеличить количество учебных часов, отводимых в ИГ на освоение обучаемыми 3D-моделирования с применением современных CAD-систем, за счет изъятия из НГ таких тем, как 'Точка, прямая и плоскость в ортогональных проекциях', 'Способы преобразования проекций'. По мнению автора, такое перераспределение должно способствовать повышению качестава подготовки инженерных кадров, владеющих новейшими методами компьютерного инжиниринга и виртуальной инженерии.

   

    P.S. Данная статья носит, разумеется, дискуссионный характер.

    Автор будет признателен всем, кто откликнется на ее публикацию с критическими замечаниями и конкретными предложениями по совершенствованию преподавания НГ и ИГ по e-mail: lev210734@yandex.ru.

   

    Литература

    1. В.Н.Юрин. Компьютерный инжиниринг и инженерное образование. М.: Эдиториал УРСС, 2002.

    2. А.М.Тевлин, Г.С.Иванов и др. Курс начертательной геометрии (на базе ЭВМ). Москва, 'Высшая школа', 1983.

    3. Кунву Ли. Основы САПР CAD/CAM/CAE/. - СПб.: Питер,2004.