УДК 37.047

Курс твердотельного моделирования как средство профессиональной ориентация школьников

Д.А. Тупикин, канд.техн.наук.,

Ливенский филиал ОГУ им. И.С. Тургенева, г.Ливны,

e-mail: tupidim@yandex.ru

Аннотация. В статье рассмотрены особенности формирования первоначальных навыков твердотельного моделирования у школьников старших классов.

Нехватка инженерных кадров в настоящее время в России является серьезным ограничением для развития промышленности. Решающее значение в работе инженера-конструктора или проектировщика имеет способность к пространственному воображению. Пространственное мышление требуется для чтения чертежей, когда на основе набора видов и проекций необходимо понять  особенности взаимного расположения и формы элементов детали в пространстве. Как и любая способность, пространственное мышление может быть улучшено человеком при помощи практических занятий. Не все люди имеют возможность развить пространственное воображение до необходимой конструктору степени, поэтому освоение 3D-моделирования в основной средней школе призвано способствовать приобретению соответствующих навыков.

Для приобретения соответствующего практического опыта школьникам необходимо освоить на базовом уровне какой-либо из современных инженерных CAD-пакетов, который в дальнейшем может ими использоваться для саморазвития и творчества. Естественно освоение инженерных инструментов создает склонность к профессиональному развитию в технических областях, хотя навыки трехмерного моделирования могут быть использованы и в смежных творческих профессиях.

Оптимальным способом освоения трехмерного моделирования школьниками является организация дополнительных курсов, для детей, проявляющих склонность к точным наукам и интерес к техническому творчеству. В рамках такого курса можно первоначально сосредоточиться на трехмерном моделировании и затем плавно перейти к основам инженерных знаний.

С целью поддержания интереса школьников, создания ощущения просторты и доступности моделирования на начальном этапе требуется сразу начать создавать 3D-модели. Однако трехмерные объекты невозможно создать без плоских эскизов. Поэтому на начальном этапе освоения принципов моделирования необходимо совместить освоение элементарных геометрических примитивов, таких как отрезок, окружность, прямоугольник, с использованием самой простой из трехмерных операций – выдавливания.

Начать занятие необходимо с рассмотрения исходных элементов виртуального пространства – осей и плоскостей, подчеркнув их важность и приоритетность в качестве основы для эскизов. Далее рассматривается навигация в пространстве – вращение, масштабирование и выбор конкретной ориентации вида в пространстве. Необходимо отметить важность выбора первоначальной плоскости первого эскиза для обеспечения правильной ориентации модели в дальнейшем. 

Первая демонстрационная модель формируется выдавливанием с помощью простых геометрических примитивов. При создании первой модели объясняется необходимость построения эскизов и параметры команд для построения окружностей, отрезков и прямоугольников, обычно относительно начала координат. Сразу необходимо наглядно прививать навык использования начальных плоскостей и осей в качестве баз симметрии для симметричных объектов.

Рисунок 1 – Пример первых 3D-моделей

В процессе применения первого выдавливания можно продемонстрировать параметры команды, возможные результаты ее работы по фантомам. В качестве первого созданного тела лучше использовать цилиндр. Это позволит пояснить на примере какие еще поверхности можно использовать для создания эскизов - плоскости, какие – нельзя (цилиндрические и другие криволинейные поверхности) и почему, а также продемонстрировать как решаются проблемы с обходом этого ограничения. Тут можно напомнить о важности изначальных координатных плоскостей, на которых можно построить эскиз и сделать от него выдавливание сквозь криволинейную поверхность.

После создания нескольких операций выдавливания можно перейти к вырезаниям выдавливанием, так-же с использованием простейших эскизов. На данном этапе можно рассказать о вспомогательных построениях, позволяющих строить примитивы не только от начала координат.

Важным вопросом является выделение отдельных элементов и групп элементов эскиза. Необходимо изложить основные способы выделения объектов и особенности их применения и сразу перейти к командам копирования/вставки для демонстрации применимости команд выделения.

Для закрепления навыков использования рассмотренных команд необходимо дать возможность построить 2-3 простых детали по чертежам, представляющим собой изометрические проекции с размерами. Задача построения моделей по проекционным чертежам может оказаться слишком сложной ввиду отсутствия или незначительности навыка чтения элементов детали с проекций. Указанный навык необходимо вырабатывать, наглядно демонстрируя соответствия между моделями и их проекционными чертежами, постепенно повышая сложность.

После закрепления навыков использования простых примитивов и выдавливания можно на примерах разобрать особенности формирования деталей за минимальное количество трехмерных операций. При этом подчеркивается важность правильного выбора первоначальной плоскости и необходимость построения более сложных эскизов. Необходимо пояснить возможность создания эскизов создающих несколько поверхностей (например, прямоугольное основание с отверстиями), при этом нужно подчеркнуть требование замкнутости контуров эскиза и уточнить, что в таких эскизах не стоит формировать контуры для элементов имеющих различную величину выдавливания или отверстия, проходящие через другие элементы модели.

Здесь можно рассмотреть возможность построения одной и той же детали с помощью различного набора эскизов и операций, показав, что задача трехмерного моделирования может иметь несколько различных правильных решений и в тоже время за счет правильного выбора и оптимизации эскизов можно минимизировать число необходимых операций.

Рисунок 2 – Пример построения детали по различным наборам эскизов.

Дальнейший процесс изучения твердотельного моделирования движется одновременно по двум направлениям: изучение расширенных возможностей геометрических построений эскизов и изучение возможностей трехмерных операций.