ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НАУКОЕМКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

PECULIARITIES OF PRODUCT DESIGN SCIENCE INTENSIVE ENGINEERING AND OPPORTUNITIES OF UNIVERSAL EXPERTS PREPARATION

Galina Sokolova

candidate of Science, assistant professor in Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI,

Russia, Republic of Tatarstan, Kazan

АННОТАЦИЯ

Особенности проектирования изделий наукоемкого машиностроения требуют качественной подготовки специалистов, владеющих современными информационными технологиями. В статье обосновывается необходимость применения CAD – систем в сквозном процессе подготовки специалистов.

ABSTRACT

Features of the high technology engineering products design require high quality training possessing modern information technology. The article proves the necessity of application CAD – systems in the through the process of training.

Ключевые слова: наукоемкие, информационные технологии, CAD-системы, моделирование, междисциплинарная связь.

Keywords: high-tech, information technology, CAD-systems, modeling, interdisciplinary connection.

Современные наукоемкие отрасли промышленности характеризуются все более широким применением интенсивно развивающихся компьютерных технологий. Для современных производств характерна интеграция отдельных его этапов в единый целостный процесс, получивший название «жизненный цикл изделия». В основе этого процесса лежит трехмерная геометрическая модель изделия в электронном виде. Поэтому при подготовке современных специалистов становится весьма актуальной междисциплинарная связь дисциплин «Начертательная геометрия», «Инженерная графика» и «Компьютерная графика», которые являются базовой основой для изучения специальных дисциплин, например, таких как «Проектирование цифровых систем управления подвижными объектами», «Информационно-техническое обеспечение систем управления беспилотными летательными аппаратами», «Современное информационно-техническое обеспечение систем управления подвижными объектами». Эти дисциплины в свою очередь являются базовыми для специалистов, вид профессиональной деятельности которых связан с проектно-конструкторскими разработками. Следовательно, преподавание этих дисциплин является неотъемлемой частью подготовки в техническом ВУЗе.

Дело в том, что инженеру (или студенту) технического ВУЗа большая часть информации (учебной или рабочей) приходит в графическом виде (чертежи, схемы, графики) и поэтому для успешного обучения и работы специалист должен уметь понимать эту информацию. А эти умения и навыки, особенно вначале обучения (и с учетом того, что в рамках средней школы черчение либо вообще не преподается, либо на него отводится очень мало часов), прививаются в курсе машиностроительного черчения.

Далее следует отметить, что в работе инженеру жизненно необходимо иметь развитое пространственное мышление, чтобы анализировать процессы, происходящие в разрабатываемом им изделии. Наиболее эффективно пространственное мышление развивается при анализе изображений и способов их построения, изучаемых в дисциплине «Начертательная геометрия». В современных условиях большую помощь в части развития пространственного воображения студентов может оказать компьютерное представление исследуемых моделей. Следует помнить, что использование в процессе обучения компьютерного построения изображений может оказать как положительное, так и отрицательное влияние на подготовку специалиста. Положительная роль заключается в том, что компьютер может наглядно продемонстрировать объект, в понимании которого у студента возникли затруднения, подсказав тем самым ему пути решения поставленной задачи [4]. В случае же злоупотребления помощью компьютера складывается ситуация, когда человек полностью полагается на решение компьютера и вместо создания модели объекта в собственном воображении привыкает только наблюдать картину, построенной вычислительной машиной, таким образом, вместо развития пространственного воображения можно получить его подавление. Кроме того, без определенных навыков выполнения чертежей вручную, у студентов не развивается глазомер, т. к. изображение на экране компьютера не дает сравнительного представления об изделии – большое оно или маленькое. Вывод об этом можно сделать, только сравнив изображение детали с изображением знакомого объекта (линейка, авторучка, коробок спичек) или после изготовления этой детали. И поэтому очень важно наряду с изучением компьютерной графики сохранять выполнение студентами чертежей вручную, по крайней мере, на начальных этапах обучения, соблюдая баланс между ручным и компьютерным черчением, в рамках дисциплин «Начертательная геометрия» и «Инженерная графика».

Кроме того, грамотный специалист должен уметь не только читать чужие чертежи, но и составлять свои так, чтобы их могли прочитать другие, что достигается соблюдением требований стандартов и нормалей при выполнении технической документации.

Стандарты и нормали в разных отраслях промышленности различные, но их базовая часть общая. Поэтому она должна быть освоена студентами в начале их обучения, чтобы в дальнейшем при выполнении курсовых работ и проектов по специальности им бы требовалось лишь изучение специальных стандартов, связанных с их будущей специальностью и не нужно было бы осваивать всю систему технической документации с нуля. В разных странах стандарты и нормали различны. Так, например, проекционные виды в Российской и американской технической документации размещаются противоположно (в Российской – по линии визирования, а в американской – со стороны точки зрения), но приемы пользования этими стандартами одинаковы и методы обучения пользования этими стандартами также сходны.

И ещё один очень важный момент – это то, что в современных условиях благодаря широкому применению вычислительной техники в конструкторской, технологической работе и в составе производственного оборудования появилась возможность организации «безбумажных» технологий разработки и изготовления деталей и узлов. Такие технологии существенно ускоряют конструкторскую работу и позволяют экономить большие средства на промежуточных этапах производства. Обучение работе с подобными технологиями возлагается на дисциплины «Компьютерная графика» и «Инженерная графика».

В основе работы современных CAD (Computer Aided Design – конструирование, поддержанное компьютером) – систем (Solid works, Solid Edge, Pro/ENGINEER, Компас-3D, NX и др.) используются одни и те же приемы создания 3-х мерных моделей (рис. 1) и получения чертежей (это операции выдавливания, вращения, кинематического движения по траектории, создания элементов по сечениям и проецирование), что позволяет, организовав подготовку специалистов особенно на младших курсах на базе одного пакета, иметь уверенность, что они смогут работать и с другими аналогичными пакетами [2]. Поэтому при выборе базовых CAD – систем для подготовки специалистов необходимо учитывать распространенность этих систем в промышленности и широту использования в них стандартов и нормалей, применяемых в отечественной промышленности. Это обуславливает подготовку студентов в нашем вузе на базе системы «Компас – 3D».

Особенности проектирования изделий наукоемкого машиностроения, в таких отраслях как: самолетостроение, двигателестроение, энергомашиностроение, автомобилестроение, вакуумная техника, гидравлические системы и т. д. требуют качественной подготовки специалистов, владеющих современными информационными технологиями.

Особое значение инженерная подготовка имеет при проектировании комплексных многопрофильных изделий, таких как вакуумные установки.

Рисунок 1. Модель детали, выполненная в системах «Компас-3D» (слева) и в “Solid Works” (справа)

Вакуумная техника включает в себя не только насосы, создающие разрежение, но и целые технологические комплексы, например, напылительные установки, системы вакууммирования упаковки или заправочные системы космических ракет (например, заправочный комплекс системы «Энергия-Буран»).

Напылительные системы включают в себя вакуумные насосы, термостатированные камеры, системы распыления и системы управления. При проектировании таких установок необходимы специалисты широкого профиля, способные анализировать конструкцию, газогидродинамику и электрооборудование установки. Подобные установки применяются в различных областях техники, так, например, большая часть современных зеркал (бытовые, автомобильные) выполняются с помощью вакуумного напыления.

Вакууммирование широко применяется и при упаковке различных товаров как пищевых, так и промышленных. Вакуумная упаковка позволяет дольше сохранять качество товаров и транспортировать их на большее расстояние. При создании систем вакуумной упаковки необходимо учитывать специфику товара, т. к. в некоторых продуктах (особенно продуктов питания) при помещении их в вакуум определенной глубины, начинают происходить нежелательные процессы (ботулизм), но привлечение к разработке систем вакуумной упаковки опытных специалистов позволяет избежать таких подводных камней. Подобным опытом в России обладает Казанское НПО «Вакууммаш».

Еще одной областью, где требуется комплексный подход к проектированию, является разработка гидравлических и электрогидравлических устройств. При их разработке необходимо рассматривать взаимосвязь конструкции клапана, течение жидкости по каналам и электромагнитных процессов в управляющем устройстве [1]. При разработке электрогидравлических распределителей особое значение приобретает предварительный расчет и математическое моделирование работы будущего устройства, это позволяет существенно сэкономить время и средства, т. к. переделка клапанов и их повторные испытания приводят к существенным затратам. Кроме того, математическое моделирование позволяет проанализировать применимость тех или иных клапанов для конкретных задач, так, например, математическое моделирование позволило специалистам КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева убедиться в неприменимости клапанов управления расходом для управления трансмиссией тяжелых промышленных тракторов и разработать клапаны, обеспечивающие безударное включение ступеней трансмиссии [3].

Но наиболее сложной на сегодняшний день задачей является разработка авиационно-космической техники, т. к. она требует комплексных познаний физики, динамики, механики, аэродинамики, гидравлики, электротехники, электроники, программирования и других смежных дисциплин. Все эти дисциплины, так или иначе, требуют разработки технической документации, подготовки моделей и математического моделирования, что в свою очередь требует обширных знаний начертательной геометрии, машиностроительного черчения и компьютерной графики.

Следовательно, можно сделать вывод, что проектирование изделий наукоемкого машиностроения требует качественной подготовки специалистов, владеющих современными информационными технологиями.

Список литературы:

1. Алпаров А.У., Благов А.Е., Дегтярев Г.Л., Маханько А.В., Маханько А.А., Руденко С.А., Харитонов А.Ю. Микропроцессорная система управления самоходной моделью тримарана. Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, № 3. – Казань, 2014 г.
2. Большаков В.П., Тозик В.Т., Чагина А.В. Инженерная и компьютерная графика. СПб.: БХВ-Петербург, 2013 г.
3. Дегтярёв Г.Л., Маханько А.А. Опыт применения микропроцессорных систем управления на тяжёлых транспортных машинах. Вестник казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, № 1 (45) – Казань, 2007 г.
4. Морозов С.А., Соколова Г.П. Особенности создания системы дистанционного обучения. Математические методы в технике и технологиях – ММТТ. 2013. № 9-1 (59).