Возможности использования САПР на занятиях авиамоделирования

В данной статье рассмотрены возможности использования САПР на занятиях авиамоделированием.

Сегодня 3D-моделирование широко используется в различных отраслях. Внедрение САПР в процесс обучения авиамоделированию будет способствовать развитию творческих способностей и технических навыков обучающихся, а также формированию инженерной компетенции. В традиционном (классическом) обучении авиамоделированию технологии 3D-моделирования ранее не применялись. И сейчас не часто можно встретить педагога, который бы совмещал использование на занятиях технологий 3D-моделирования для построения чертежей и построение чертежей вручную. Очень важно, чтобы дети научились читать и понимать чертежи и работать в современных программах, которые сегодня широко используются на производстве. В статье описан опыт работы с применением системы автоматизированного проектирования на занятиях объединения «Авиамоделирование» на примере проектирования и конструирования отдельных элементов пилотажной модели F-2-B.

Д.В. Кокасев,
педагог дополнительного образования
объединения «Авиамоделирование»,
Центр технического творчества,
структурное подразделение
Краевого государственного автономного образовательного учреждения дополнительного образования «Центр развития творчества детей (Региональный модельный центр дополнительного образования детей Хабаровского края)»
Хабаровск

На Дальнем Востоке успешно развивается авиастроительный кластер. В г. Комсомольске-на-Амуре находится крупнейший авиастроительный завод. Сегодня завод является ведущей производственной площадкой основных перспективных продуктов Объединенной авиастроительной корпорации в военном и гражданском сегментах. Рынок труда ожидает рост занятости по ряду отраслей, в том числе возрастает занятость людей в авиастроении. Поэтому будущих инженеров-авиастроителей мы начинаем готовить в нашем объединении «Авиамоделирование».

Авиамоделирование — весьма популярный вид технического творчества, который положительно влияет на раскрытие индивидуальных способностей детей, способствует развитию интереса к науке, технике и исследованиям. Занимаясь авиамоделированием, дети учатся не только работать инструментом, пилить и строгать, но и изучают основы физики, математики и черчения. Построив свой самолет, ребята учатся управлять моделью и соревнуются в искусстве пилотирования. Занимаясь техническими видами творчества, конструируя модели различных устройств, ребята постоянно сталкиваются с различного рода проблемами, которые необходимо решать с целью получения технического объекта с заранее заданными свойствами. Поэтому одним из важнейших направлений работы считают рационализаторскую и изобретательскую, то есть проектную деятельность обучающихся, что является их специфической чертой.

Анализ современных технических задач и их сравнение с задачами 20-30-летней давности показывают, что если раньше для описания и решения этих задач достаточно было использовать естественный язык, расширенный техническими терминами, то для свободного владения чертежами, схемами, диаграммами подавляющего большинства современных технических задач, необходимо владение специальным языком, называемым языком техники. Таким образом, как методологические исследования, так и постановка современных технических задач убеждают в том, что владение языком техники целесообразно выделить в качестве самостоятельного компонента технического мышления. При обучении с применением 3D-моделирования происходит развитие не только технических навыков и умений обучающихся, но и их пространственного мышления. Эти навыки и умения дополняют друг друга, что способствует развитию и выявлению личностных качеств будущего специалиста. Но не стоит забывать о черчении «вручную». Когда ребенок вручную чертит, это развивает его инженерное мышление. Ему необходимо продумать последовательность действий, рационально распределить пространство, научиться правильно пользоваться чертежными инструментами. И лишь потом можно переходить к построению чертежей в специализированных программах. В дальнейшем, все эти базовые действия будет выполнять «компьютер», обучающийся лишь будет совершенствовать свои навыки и знания в этой области, сможет строить более сложные детали и даже модели целиком. К сожалению, в настоящее время практически нет чертежей построенных в САПР авиамоделей, которые входят в спортивную классификацию Международной федерацией авиаспорта. Это послужило разработке блок-модуля образовательной программы, который включает построение отдельных частей авиамодели с применением специальных программ.

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа “Кордовые модели«[1] построена таким образом, что в начале своего пути обучающиеся учатся строить чертежи вручную и работать с ними. Учатся обработке различных материалов с применением ручного инструмента, затем, под руководством педагога, изучают способы обработки деталей на токарных, фрезерных и сверлильных станках. Освоив все необходимые навыки работы с чертежами, материалами и оборудованием, обучающиеся переходят к следующему этапу — проектирование деталей с использованием САПР. Они учатся работать в специализированных программах по построению чертежей. Это способствует активизации познавательной деятельности и развития конструкторских навыков, что помогает развитию у обучающихся инженерного мышления.

Рассмотрим на примере изготовления нервюр и шпангоутов[2] пилотажной кордовой модели использование IT-технологий на занятиях авиамоделированием.

Рис. 1. Чертеж кордовой модели F-2-B. Шпангоуты

Рис. 2. Чертеж крыла кордовой модели F-2-B. Расположение нервюр

Чертежи нервюр и шпангоутов выполняются с помощью программ T-FLEX CAD и Autocad. T-FLEX CAD — это профессиональная система автоматического проектирования, объединяющая в себе мощные параметрические возможности 2D- и 3D-моделирования со средствами создания и оформления чертежей и конструкторской документации. AutoCAD — двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения. Это средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской или технологической документации, и САПР общего назначения. Актуальность применения САПР продиктована следующим:

• высоким уровнем развития техники и компьютерных технологий, применяемых в авиамоделизме и авиастроении;
• необходимостью для обучающихся овладения знаниями и навыками в области разработки элементов моделей самолетов с помощью компьютера;
• важностью интегрирования методики изучения компьютерных технологий. В процессе подготовки к построению чертежа обучающиеся вначале определяют необходимые размеры детали с помощью чертежа. После того как размеры определены, можно приступать к вычерчиванию основания детали на компьютере. Процесс проектирования представлен на Рис. 3–5.

Полученные детали были отправлены на резку с использованием лазерного станка. Это самый быстрый и технологически качественный метод резки дерева. Несмотря на то, что лазерная резка появилась недавно, данный метод обработки дерева завоевывает все большую популярность. Он значительно увеличивает скорость работы, обеспечивает более высокую ее точность, что очень важно в случае, когда необходимо сделать серию одинаковых деталей. Обучаясь лазерной резке, дети знакомятся с ключевыми техническими терминами, устройством и принципом действия основных механизмов лазерных станков.

Рис. 3. Построение нервюр и шпангоутов на компьютере

Рис. 4. 3D-моделирование крыла

Рис. 5. 3D-модель крыла

После изготовления шпангоутов можно приступать к сборке фюзеляжа (Рис. 6), а затем и крыла (Рис. 7). Когда все детали готовы, переходим к сборке модели. (Рис. 8).

Рис. 6. Сборка фюзеляжа

Рис. 7. Сборка крыла

Рис. 8. Сборка модели

Далее изготавливаются все остальные детали и оформляется модель привычным отработанным способом.

Таким образом, использование трехмерного моделирования в проектировании моделей самолетов и лазерной резки открывает перспективы для развития авиамоделирования. Время создания детали составляет от нескольких минут до нескольких часов, что является большим преимуществом использования IT-технологий на занятиях авиамоделированием. Кроме того, деталь, изготовленная с помощью лазерного станка, имеет более высокую точность и качество.

Использование современных технологий на занятиях дает дополнительные возможности для профессиональной ориентации обучающихся и повышает уровень их готовности к профессиональному самоопределению в области технических профессий. С целью формирования заинтересованности к техническим специальностям обучающемуся необходимо предоставить возможность изучения автоматизированных систем проектирования и их использования в различных областях нашей жизни.

В результате работы с применением САПР в авиамоделировании:

1. Повышается интерес обучающихся к обучению в целом, улучшается качество образования, активизируется творческий потенциал обучающегося и педагога.
2. Обучающиеся имеют возможность познакомиться с основами инженерных наук, таких как сопромат, техническая и теоретическая механика.
3. Обучающиеся научатся построению чертежей, основам работы в автоматизированных системах проектирования.

Знакомясь с новыми технологиями, обучающиеся понимают значение техники в развитии производства, назначение и принцип действия технических устройств, применяют технические знания на практике. На основе полученных знаний они генерируют новую идею, создают новые образы и изменяют их, переосмысливают технические объекты, видят в них другие свойства и другое назначение.

Список литературы

1. Беспалько В.П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. — М., 1995. — 303 с.
2. Ермаков A.M. Простейшая авиамодель. — М.: Просвещение, 2000. — 205 с.
3. Кокасев Д.В. Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Кордовые модели». — 25 с.
4. Мухина М.В. Развитие технического мышления у будущего учителя технологии и предпринимательства средствами системы познавательных заданий: дис. канд. пед. наук / М.В. Мухина. — Н. Новгород, 2003. — 210 с.
5. Пахомова Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении. — М.: Аркти, 2012.
6. Технологии и применение лазерной обработки в современном производстве / Л.А. Закалюкина, С.В. Погодаев, В.Я. Баннов // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. — 2016. — № 1. — С. 559-561.

[1] Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Кордовые модели». Кокасев Д.В., педагог дополнительного образования центра технического творчества. Срок реализации — 1 год, возраст детей 11-16 лет. Уровень освоения: базовый. Направленность программы: техническая. Данная программа направлена на развитие конструкторских способностей в области авиамоделирования. Обучаясь по программе, учащиеся самостоятельно смогут изготовить кордовую модель несложной конструкции, и научатся её пилотировать. Ребята научатся основам работы с чертежами и схемами, что позволит проектировать и изготовить модель своего самолёта. Обучаясь по программе, получат навыки технологической обработки различных конструкционных материалов.

[2] Каркас крыла состоит из нервюр. Они служат для усиления конструкции крыла. Предназначены для придания формы и профиля крыла. Каркас фюзеляжа состоит из шпангоутов — поперечных элементов, которые служат для сохранения формы поперечного сечения фюзеляжа, усиливают конструкцию, а также распределяют нагрузку.