С возвращением черчения в школы в 2024 году учебный курс «Труд (технология)» приобрел новую значимость. Черчение снова стало неотъемлемой частью школьного образования, и теперь, благодаря этому, у учеников появляется возможность не только изучать классические основы технического рисунка, но и осваивать современные технологии 3D-моделирования.

Одной из ключевых программ, используемых для уроков черчения, стала КОМПАС-3D – это российское программное обеспечение для проектирования и моделирования от компании АСКОН.

Структура учебного курса «Труд (технология)»

Поскольку черчение снова стало частью школьной программы в рамках урока «Труд (технология)», институт развития школьного образования (ИСРО) разработал программы и методические рекомендации для внедрения черчения и современных технологий в учебный процесс.

Школьные уроки труда, которые когда-то были ориентированы на ручной труд и навыки работы с инструментами, сейчас включают такие модули, как компьютерная графика, 3D-моделирование, прототипирование и даже робототехника.

Учебный предмет разделен на инвариантные модули, каждый из которых охватывает различные аспекты современных технологий:

• Производство и технологии. Этот модуль помогает учащимся получить представление о современных производственных процессах, начиная от идейного замысла до выпуска готовой продукции.
• Компьютерная графика и черчение. Основы черчения в сочетании с компьютерной графикой позволяют ученикам изучить базовые принципы работы с техническими чертежами и осваивать инструменты, которые понадобятся им для работы с реальными проектами в будущем.
• 3D-моделирование, прототипирование и макетирование. КОМПАС-3D выступает ключевым инструментом для освоения этих технологий. Программа позволяет создавать трехмерные модели, визуализировать проекты и готовить макеты, что развивает пространственное мышление и технические навыки.
• Робототехника. Этот модуль знакомит учащихся с основами конструирования и программирования робототехнических систем.

С КОМПАС-3D чертежи будут даваться школьникам проще. Программа поможет ученикам шаг за шагом осваивать навыки 3D-моделирования, что становится важным этапом в обучении черчению и инженерному мышлению.

Программа по компьютерной графике и черчению интегрируется в курс «Технология» с 5 по 9 класс. На каждом этапе школьники осваивают все более сложные аспекты черчения и 3D-моделирования. Обучение организовано так, чтобы к 8–9 классам учащиеся перешли от двумерных чертежей к созданию полноценной трехмерной модели. Этот процесс предполагает постепенное знакомство с модулями, которые будут использоваться в реальной инженерной работе.

Основные этапы освоения компьютерной графики и черчения

1. Погружение в содержание модуля на протяжении всего курса «Технология». На уроках технологии школьники постепенно осваивают азы компьютерной графики и черчения, переходя от базовых понятий к сложным моделям и техническим чертежам.
2. Постепенный переход от черчения к 3D-моделированию. Модуль «Производство и технологии» дает базу по классическому черчению, после чего ученики переходят к 3D-моделированию и начинают знакомиться с элементами трехмерного конструирования.
3. Построение трехмерных моделей в 8–9 классах. На этом этапе школьники учатся создавать полноценные 3D-модели, готовят прототипы и макеты, применяя полученные знания на практике.

Программа обучения черчению и компьютерной графике рассчитана на поэтапное освоение – от базовых понятий до сложных инженерных задач. Каждый год ученики изучают новые аспекты, что позволяет им постепенно переходить от простых чертежей к созданию сложных трехмерных моделей.

Виды моделирования в КОМПАС-3D

КОМПАС-3D дает возможность разрабатывать трехмерные модели и техническую документацию. Она предлагает школьникам и преподавателям инструменты для работы с чертежами и создания детализированных трехмерных конструкций, позволяя погрузиться в процесс проектирования и производства на практике. КОМПАС-3D делится на несколько компонентов:

• КОМПАС-3D для 3D-моделирования. Этот модуль используется для создания полноценных трехмерных объектов и позволяет прорабатывать модели в деталях.
• КОМПАС-График. Редактор для работы с чертежами и графикой, который дает школьникам базу для создания технической документации и классических чертежей.
• Модуль проектирования спецификаций. Позволяет прорабатывать спецификации, которые необходимы для проектирования сложных изделий и оборудования.
• Текстовый редактор и приложения. Дополняющие инструменты для описания проектов, пояснений и создания вспомогательных материалов.

КОМПАС-3D предлагает различные подходы к моделированию, каждый из которых соответствует реальным производственным задачам. Это позволяет учащимся не только освоить черчение и компьютерную графику, но и понять, как строится работа в инженерной среде:

• Твердотельное моделирование используется для создания «полных» моделей с проработкой всех объемов и форм, что особенно важно при создании механических частей и сложных конструкций.
• Каркасно-поверхностное моделирование применяется для создания моделей, которые требуют работы с поверхностями и каркасными структурами, что важно для легких и экономичных конструкций.
• Листовое моделирование используется для проектирования изделий из листового металла и других материалов, которые требуют специальных расчетов при раскройке.
• Объектное моделирование позволяет работать с группами объектов и формировать многослойные модели, которые могут включать в себя различные части и компоненты.

Использование КОМПАС-3D на уроках черчения не только помогает школьникам освоить навыки трехмерного моделирования, но и подготавливает их к требованиям инженерных профессий в будущем.

Применение КОМПАС-3D за пределами уроков черчения

КОМПАС-3D полезен не только на уроках черчения и технологии – его функционал расширяет образовательные возможности и на другие дисциплины. Программы APM FEM и KompasFlow, интегрированные с КОМПАС-3D, позволяют школьникам применять свои знания для решения практических задач и анализа реальных физических процессов.

1. Урок физики

Прочностной анализ с APM FEM. Модуль APM FEM, встроенный в КОМПАС-3D, предназначен для выполнения прочностного анализа. Это позволяет ученикам решать линейные задачи напряженно-деформированного состояния, проверять устойчивость и термоупругость, анализировать теплопроводность. Динамический анализ дает возможность определять частоты и формы собственных колебаний, что полезно для моделирования реальных условий.

KompasFlow для моделирования потоков и охлаждения. Программа KompasFlow используется для моделирования течения газа и жидкости, включая сверхзвуковое и дозвуковое движение, а также для анализа систем охлаждения электротехники. Ученики могут исследовать, как различные факторы влияют на эффективность охлаждения, и узнавать, какие физические законы играют ключевую роль в этом процессе.

2. Прототипирование

Система упрощает весь процесс от построения 3D-модели до отправки на 3D-принтер, что позволяет внедрять элементы инженерной практики в образовательный процесс.

Сохранение моделей в формате STL. КОМПАС-3D поддерживает экспорт моделей в формат STL, что является стандартом для большинства 3D-принтеров. Эта функция позволяет напрямую отправлять созданные в программе модели на печать, делая процесс максимально простым и доступным для учеников.

Учебное пособие «3D-моделирование для 3D-печати». Программа содержит пошаговое руководство, которое помогает школьникам освоить построение 3D-моделей и их подготовку к печати. Благодаря этому пособию ученики могут не только создать модель, но и понять, какие настройки важны для качественного результата на 3D-принтере.

3. Работа с ЧПУ-модулем для токарной и фрезерной обработки

КОМПАС-3D также предоставляет уникальные возможности для работы с ЧПУ-оборудованием, что позволяет школьникам изучить основы автоматизированной обработки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Это особенно ценно для практического освоения технологий производства, что подготавливает учеников к реальной инженерной практике.

Модуль токарной обработки. КОМПАС-3D позволяет выполнять токарную обработку, автоматизируя ключевые этапы работы:

• Построение контуров обработки. Ученики могут выбирать контуры обработки путем визуального выделения поверхностей или эскизов, что облегчает процесс построения траекторий.
• Автоматический расчет траекторий. Система сама рассчитывает оптимальные траектории обработки, что экономит время и уменьшает вероятность ошибок.
• Генерация управляющей программы. КОМПАС-3D создает управляющую программу в промежуточном коде, соответствующем стандарту ISO, с возможностью дальнейшей конвертации в конкретный код для нужного станка ЧПУ.

Модуль фрезерной обработки. Модуль поддерживает работу с 3-координатной обработкой и облегчает фрезерование деталей:

• Автоматический расчет фрезерных траекторий. Ученики могут построить фрезерные траектории для сложных объектов, не затрачивая времени на ручной расчет.
• Генерация управляющей программы в G-коде. Программа создает готовый G-код, что обеспечивает совместимость с большинством ЧПУ-станков.
• Визуализация обработки. Ученики могут наблюдать процесс обработки в окне программы, что помогает наглядно увидеть, как будет выполнена работа.
• Постпроцессирование. Программа поддерживает постпроцессинг для настройки под конкретное оборудование, что делает КОМПАС-3D универсальным инструментом для разных производственных задач.

4. Реверсивный инжиниринг и работа со свободными формами

КОМПАС-3D также предоставляет инструменты для реверсивного инжиниринга – восстановления деталей и конструкций на основе их цифровых моделей. Это направление особенно важно для будущих инженеров, так как помогает осваивать сложные формы и процессы, задействованные в создании прототипов и деталей.

Сглаживание поверхностей и моделирование свободных форм. КОМПАС-3D позволяет создавать новые формы и конфигурации, сглаживать поверхности и моделировать объекты свободной формы. Это открывает широкие возможности для творчества и разработки уникальных решений.

Перемещение и выравнивание объектов свободной формы. Система предоставляет функции для точного выравнивания и перемещения объектов, что позволяет гибко изменять формы в процессе работы.

Импорт и создание по полигональным моделям. Возможность импортировать полигональные объекты и использовать их для создания свободных форм позволяет работать с моделями, созданными в других программах, и адаптировать их под задачи проекта.

Сохранение в формат полигональных объектов. Это упрощает экспорт данных и позволяет работать с моделями в различных приложениях и программах, что делает работу более гибкой и многофункциональной.

С такими возможностями КОМПАС-3D становится незаменимым инструментом для обучения школьников основам проектирования, моделирования и производства, позволяя освоить востребованные навыки и подготовиться к дальнейшему обучению в инженерных и технических вузах.

Примеры применения КОМПАС-3D в промышленности

КОМПАС-3D активно используется в самых разных отраслях промышленности, где важна точность проектирования, удобство создания сложных чертежей и возможность работы с трехмерными моделями. Программа позволяет эффективно разрабатывать продукты и компоненты в масштабах, соответствующих требованиям промышленного производства. Вот некоторые направления, где применение КОМПАС-3D уже доказало свою эффективность:

Товары народного потребления

КОМПАС-3D позволяет создавать и проектировать любые предметы повседневного спроса, будь то мебель, игрушки или музыкальные инструменты, такие как гитара. Система облегчает процесс проектирования сложных объектов и способствует созданию качественного продукта с учетом всех технологических требований.

Оснастка и инструмент

Производство различных инструментов, оснастки для станков и оборудования требует точного подхода к моделированию и черчению. КОМПАС-3D позволяет быстро и эффективно проектировать инструменты, обеспечивая точность и надежность в каждом элементе.

Транспортное машиностроение

От легковых автомобилей до сложных транспортных систем – КОМПАС-3D помогает разрабатывать транспортные средства с высокой степенью детализации и точности, что особенно важно в условиях современных требований к безопасности и производительности.

Сельскохозяйственное машиностроение

Производители сельхозтехники могут использовать КОМПАС-3D для создания техники, которая будет эффективно работать в сложных условиях. От тракторов до комбайнов – программа позволяет спроектировать машины, адаптированные под нужды современной аграрной индустрии.

Железнодорожное машиностроение

В железнодорожной промышленности требуется высокоточное проектирование вагонов, локомотивов и деталей инфраструктуры. КОМПАС-3D позволяет учесть все особенности работы в этой отрасли, обеспечивая надежные чертежи и модели.

Станкостроение

Производство станков требует огромной точности и высокого уровня детализации. КОМПАС-3D позволяет создать полноценные модели оборудования, что помогает сократить время и расходы на производство, а также улучшить его качество.

Подъемно-транспортное машиностроение

Разработка кранов, лифтов и других подъемных механизмов требует учета всех технических параметров и нормативных стандартов. КОМПАС-3D облегчает проектирование подъемного оборудования и делает возможным более точный расчет его безопасности.

Горношахтное и горнорудное машиностроение

Производство техники для горнодобывающей промышленности, включая карьерные самосвалы, буровые установки и машины для обработки горных пород, требует уникальных конструктивных решений. КОМПАС-3D помогает создавать модели, которые выдержат условия интенсивной эксплуатации.

Металлургическое машиностроение

В металлургии оборудование подвергается высоким нагрузкам и воздействию агрессивных сред. С помощью КОМПАС-3D компании разрабатывают стойкие и надежные машины, выдерживающие самые суровые условия эксплуатации.

Химическое и нефтяное машиностроение

Для разработки оборудования, использующегося в химической и нефтяной промышленности, особенно важны точные расчеты и проектные данные, так как это оборудование работает с опасными веществами. КОМПАС-3D позволяет выполнять моделирование с учетом всех требований безопасности и технологических стандартов.

Радиоэлектронная и электротехническая промышленность

В этих отраслях проектирование может включать создание сложных электрических схем и высокоточных компонентов. КОМПАС-3D помогает разработчикам точно моделировать все элементы и минимизировать риск ошибок в производстве.

Судостроение

В судостроении использование трехмерного моделирования позволяет проектировать суда с учетом всех параметров плавучести и устойчивости. КОМПАС-3D поддерживает создание сложных конструкций и позволяет легко внедрять изменения в проект.

Энергетическое машиностроение

В сфере энергетики важны надежность и долговечность оборудования, которое должно работать в непрерывном режиме и при высокой нагрузке. КОМПАС-3D помогает проектировать и оптимизировать энергетические установки, обеспечивая их эффективное функционирование.

Авиастроение и оборонная промышленность

Это одни из самых требовательных отраслей к точности и технологичности. КОМПАС-3D используется для разработки сложных авиационных и военных объектов, соответствующих высоким стандартам безопасности и качества.

Благодаря широкому функционалу КОМПАС-3D, программа нашла свое применение в самых разных областях промышленности, позволяя компаниям экономить ресурсы и время на этапах проектирования и производства, обеспечивая высокую точность и надежность создаваемых изделий.