Текст книги "КОМПАС-3D для студентов и школьников. Черчение, информатика, геометрия"

Автор книги: Владимир Большаков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 11 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

Владимир Большаков
КОМПАС-3D для студентов и школьников. Черчение, информатика, геометрия

Введение

Группа компаний «АСКОН» – ведущий российский разработчик и интегратор решений в области систем автоматизированного проектирования (САПР). В 2001 г. «АСКОН» выпустил некоммерческую систему для трехмерного моделирования КОМПАС-3В LT.

В 2008 г. в рамках национального проекта «Образование» группа компаний «АСКОН» оснастила все школы России учебной САПР КОМПАС-3D LT. В 6100 общеобразовательных учреждений России, реализующих инновационные программы обучения, была поставлена профессиональная САПР КОМПАС-3D. Более 1000 высших и средних учебных заведений применяют профессиональное программное обеспечение в обучении студентов и научных исследованиях. В учебных аудиториях система установлена более чем по 45 000 лицензиям.

Учебная система КОМПАС-3D LT предназначена для трехмерного моделирования деталей и выпуска конструкторской документации. Она распространяется свободно, не имеет ограничений по времени работы и количеству тиражируемых копий и может использоваться на домашних компьютерах.

По данным «АСКОН» (www.ascon.ru) система КОМПАС-3D LT используется в школах в рамках курсов информатики, черчения, геометрии. Однако масштаб эффективной компьютерной поддержки преподавания перечисленных школьных курсов на базе система КОМПАС-3D LT несопоставимо мал по сравнению с потенциально возможным. Это объясняется и отсутствием соответствующей учебной литературы. Издание этой книги частично ликвидирует недостаток учебной литературы для общеобразовательных учреждений по компьютерному черчению и геометрическому моделированию.

Концептуальные особенности книги

Особенности книги, на которые следует обратить внимание:

□ книга знакомит с современным подходом к автоматизированному проектированию изделий, когда необходимая информация, требуемая для их создания, формируется на основе трехмерного моделирования этих изделий;

□ предлагаемые учебные задания основаны на использовании трехмерного твердотельного моделирования и в наилучшей степени способствуют развитию образного мышления;

□ предметом книги является решение задач школьного курса «Черчение» средствами двумерной и трехмерной компьютерной графики;

□ предметом книги является привнесение в известные учебные задачи блока «Технология обработки графической информации» курса «Информатика» элементов трехмерного геометрического моделирования;

□ в книге демонстрируются возможности использования свободно распространяемой системы КОМПАС-3D LT для решения задач курса «Геометрия»;

□ особенности выполнения большинства заданий раскрываются в рисунках, на которых показана последовательность операций, связанных с построениями тех или иных изображений или моделей;

□ форма и содержание разработанных заданий позволяют выполнить их в графических средах различных векторных редакторов;

□ последовательность представления и формулировки заданий обеспечивает постепенность освоения двумерного и трехмерного редакторов на основе решения основных задач школьного курса «Черчение»;

□ исходные данные в заданиях подготовлены так, чтобы продуктивные графические построения на компьютере были ориентированы на заданные темы;

□ дидактические материалы могут быть использованы и для изучения «Черчения» по традиционным (без применения информационных технологий) методикам;

□ материалы пособия и прилагаемого к нему DVD-диска обеспечивают возможность внедрения дистанционных форм обучения.

Для кого предназначена эта книга?

Книга обеспечивает компьютерную поддержку курсов, в которых рассматривается применение информационных графических технологий. Наиболее полно представлена поддержка изучения курсов чертежно-графической направленности:

□ в общеобразовательных школах: 15 заданий в 10 вариантах предназначены для выполнения их в компьютерных классах или на домашних компьютерах;

□ на подготовительных отделениях вузов;

□ на курсах повышения квалификации учителей-предметников, а также в педагогических вузах при подготовке по специальности «Изобразительное искусство и черчение» или «Дизайн»;

□ в школах и при индивидуальном использовании дистанционных форм изучения курса «Черчение».

Материалы книги и размещенные на прилагаемом DVD-диске могут обеспечить эффективное самостоятельное освоение системы КОМПАС-3D и одновременно помочь ликвидировать возможные пробелы в школьном чертежно-графическом образовании [9].

Структура книги

Пособие состоит из введения, четырех частей и имеет 5 приложений:

□ в части I рассмотрены общие вопросы работы с системой КОМПАС-3D LT;

□ часть II знакомит с решением классических, чертежно-графических задач с помощью 2D– и SD-редакторов;

□ в части III показано, что рассмотрение элементов трехмерного геометрического моделирования в разделе «Технология обработки графической информации» курса «Информатика» может и оживить курс, и сделать его более современным и содержательным;

□ часть IV знакомит с возможностью применения свободно распространяемого графического редактора для решения планиметрических и стереометрических задач;

□ приложение 1 содержит 10 вариантов заданий по 15 темам курса «Черчение»;

□ в приложении 2 представлено 12 вариантов заданий по созданию твердотельных моделей сборочных единиц;

□ приложение 3 содержит 15 вариантов заданий по созданию семейства моделей деталей;

□ в приложении 4 представлено 15 вариантов карт тестирования начальных умений по трехмерному моделированию;

□ приложение 5 содержит описание DVD-диска.

Разработанные и представленные в книге материалы прошли многолетнюю апробацию в учебном процессе. По заданиям пособия автор проводил занятия со школьниками, студентами различных вузов, преподавателями-предметниками.

Эффективность графической подготовки по методикам, раскрытым в пособии, многократно подтверждалась победами студентов СПбГЭТУ «ЛЭТИ» на олимпиадах различных уровней по инженерной и компьютерной графике.

Об авторе

Большаков Владимир Павлович – почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, работает доцентом на кафедре «Прикладной механики и инженерной графики» СПГЭТУ «ЛЭТИ» и с 1979 г. преподает общепрофессиональные дисциплины геометрической и графической направленности. Автор около 170 печатных работ, в том числе 48 авторских свидетельств СССР, 2 монографий, 16 методических указаний, 14 учебных пособий для студентов вузов, 4 учебных пособий для учителей и школьников. Большинство учебно-методических изданий содержат результаты разработок по компьютерной поддержке преподавания геометрических и графических дисциплин. В течение нескольких лет проводил на базе Регионального учебного центра информатизации образования Санкт-Петербурга курсы повышения квалификации учителей-предметников по черчению, геометрии и информатике.

Большаковым В. П. получено свидетельство об официальной регистрации базы данных № 990059 «Электронный сборник задач по компьютерной графике». Каталог этого сборника с 1999 г. размещен на университетском сайте (www.eltech.ru/misc/graph/index.html). В настоящее время по указанному адресу размещена новая расширенная четвертая версия каталога, в котором содержатся примеры представления исходных данных и выполнения 32 заданий по различным темам. Организатор проведения в 2000/2009 гг. 10 олимпиад студентов вузов Санкт-Петербурга по инженерной и компьютерной графике (www.eltech.ru/news/graph/index.htm).

По итогам первого Всероссийского конкурса на лучшую учебно – методическую разработку по применению САПР КОМПАС в 2004 г. награжден специальным дипломом «За разработку электронных учебных пособий по САПР КОМПАС». По итогам второго Всероссийского конкурса учебнометодических разработок по применению систем КОМПАС в учебном процессе в 2005 г. награжден дипломом 2-й степени. Сертифицированный преподаватель по системе КОМПАС-3D 2-й ступени специализации «Машиностроение».

Часть I
Работа с системой автоматизированного проектирования КОМПАС-3D LT

Глава 1
Принципы использования двумерных редакторов

С помощью двумерных редакторов CAD-систем (Computer Aided Design – конструирование, поддержанное компьютером) создается большинство графических конструкторских документов. Учитывая, что базовые двумерные средства черчения позволяют автоматизировать значительную часть конструкторских работ, кратко рассмотрим общие принципы и возможности конструирования и черчения с помощью двумерных графических редакторов.

1.1. Режимы работы в двумерном редакторе чертежей

В редакторе чертежей пользователь получает два вида информации: символьные сообщения системы и синтезируемое графическое изображение. К символьным сообщениям относятся запросы системы, указатели режимов (состояний) системы, отображения текущих координат курсора.

Курсор является многофункциональным инструментом, используемым как для рисования (по аналогии с карандашом, циркулем и линейкой), так и для управления системой путем выбора команд, указания подлежащих той или иной операции чертежных элементов и т. д.

Режимы рисования, реализуемые в двумерных редакторах, могут значительно облегчить и ускорить создание и редактирование изображений, обеспечивая при этом и высокую точность построений.

Режим Сетка наиболее эффективен для получения изображений с регулярной структурой. Такими изображениями могут быть, например, чертежи простых валов. Квадратная или прямоугольная сетка получается на экране после ввода соответствующей команды и значений шагов сетки. Любые элементы, которые строятся на этой сетке, будут автоматически «захватывать» ближайшие узлы (рис. 1.1, а).

Режим Орто обеспечивает построение горизонтальных и вертикальных отрезков (рис. 1.1, б). Если сетка шаговой привязки повернута, направление действия режима Орто изменяется на угол ее поворота.

Режим объектной привязки обеспечивает максимальную точность черчения и позволяет «привязываться» к характерным точкам существующих на чертеже объектов. Механизм объектной привязки активизируется всегда, когда запрашивается соответствующая точка.

Режим вспомогательных построений имитирует построения в «тонких линиях» параллельных и перпендикулярных прямых, различных окружностей и дуг с целью получения искомых точек пересечения и касания геометрических элементов. В дальнейшем по полученным отрезкам, дугам и точкам производится «обводка», а «тонкие линии» при завершении чертежа стираются. На твердую копию вспомогательные элементы не выводятся.

Использование окна позволяет увидеть изображение в требуемом масштабе. Операция, при которой весь чертеж или некоторую его часть можно увидеть через окно, называется зуммированием. При этом расстояния между точками в условных единицах измерения всегда остаются постоянными. Пользователю, как правило, предоставляется несколько вариантов задания окна, например: указанием двух точек диагонали окна (при этом на экране будет виден «резиновый» прямоугольник образуемого нового окна), а центральной точкой нового окна будет центр прямоугольника; указанием центральной точки и масштаба окна. Кроме того, пользователю предоставляется возможность просмотра любой части чертежа без изменения масштаба, когда окно как бы передвигается по полю чертежа. Такая операция получила название панорамирования.

Использование видов (так называемой техники вьюпортов) разбивкой поля экрана и, соответственно, поля чертежа на различные, независимые области прямоугольной формы в чертеже не является обязательным. На этапах редактирования чертежа виды можно переименовывать, двигать, поворачивать, масштабировать, копировать (в том числе из других чертежей), удалять.

Использование слоев позволяет расположить отдельные части изображения в разных слоях. Чертеж мысленно разделяется на некоторое количество плоскостей (слоев). За каждой из этих плоскостей могут быть закреплены различные графические элементы. Принцип «расслоения» легко понять, если представить себе несколько чертежей, каждый из которых выполнен на отдельной прозрачной пластине. Можно просматривать либо каждую пластину в отдельности, либо, накладывая несколько пластин друг на друга, получать совместное изображение.

1.2. Создание изображений. Графические примитивы

Команды создания графических примитивов позволяют строить единые и неделимые объекты различными типами линий и разными цветами.

Точка, как правило, является вспомогательным средством для маркировки и последующего нахождения определенной позиции в системе координат. В большинстве систем точку можно изобразить маркерами различных типов и размеров. На твердую копию точечный элемент, как правило, не выводится.

Прямая является наиболее часто используемым графическим примитивом. Исходные элементы, с помощью которых строятся прямые, могут задаваться различными способами (табл. 1.1).

Окружность может быть построена по различным исходным данным, например, как это показано в табл. 1.2.

Дуга окружности также может строиться по-разному, в зависимости от способа задания ее параметров (табл. 1.3).

Прочие графические примитивы, такие как многоугольник, эллипс, лекальные кривые (сплайны), достаточно часто являются фрагментами изображений на чертежах, поэтому большинство CAD-систем обеспечивает их построение по вводимым параметрам.

Команда Многоугольник позволяет строить правильные многоугольники с количеством сторон, например, до 1024, вписанные или описанные вокруг окружности с заданным центром.

Команда Эллипс позволяет строить эллипс несколькими способами. В системе КОМПАС-3D LT V10 ввод эллипса осуществляется следующими командами:

□ Эллипс по центру и полуосям;

□ Эллипс по диагонали габаритного прямоугольника.

Ввод кривых рассмотрим также на примере системы КОМПАС-3D LT V10.

Команда NURBS-кривая позволяет начертить нерегулярный рациональный В-сплайн (Non-Uniform Rational B-Spline). При вводе этой кривой последовательно указываются опорные точки, возможно обращение к кнопке Замкнутый и построение соответствующих кривых (рис. 1.2). Можно задавать характеристики кривой – вес характерной точки и порядок кривой.

Команда Кривая Безье позволяет построить кривую, которая является частным случаем NURBS-кривой. Порядок построения аналогичен рассмотренному ранее (рис. 1.2, б).

Команда Ломаная позволяет начертить линию, состоящую из отрезков прямых.

При вводе графических примитивов выбирается их определенный стиль. Под стилем понимают набор свойств объекта, влияющих на его отображение, таких как тип линии и цвет.

1.3. Редактирование изображений

Не менее важными, чем команды ввода геометрических примитивов, являются команды редактирования, которые можно разделить на три группы:

□ преобразования объектов;

□ удаление выбранных объектов;

□ коррекции параметров и свойств объектов.

При использовании команд редактирования система запрашивает выбор одного или нескольких объектов для обработки. Этот комплект объектов называется набором выбора. Можно интерактивно добавлять объекты в комплект или убирать их из комплекта. Выбранные объекты система высвечивает на экране. Самым простым и эффективным является выбор (выделение) с помощью мыши. Выбор объектов осуществляется следующими наиболее распространенными способами:

□ поочередное указывание курсором на графические примитивы, подлежащие редактированию;

□ обрамление объектов рамкой, которая определяется указанием ее диагональных вершин, при этом выбранными будут объекты, которые полностью находятся внутри рамки;

□ обрамление объектов секущей рамкой, при котором выбранными являются не только целиком попавшие в рамку объекты, но и те, которые ею пересекаются.

Возможно выделение По типу определенных групп, таких как точки, отрезки, окружности, дуги, штриховки, текст, линейные размеры и т. д.

Команда По стилю кривой позволяет выделить кривые в соответствии с их стилем.

Команды преобразования объектов (табл. 1.4) включают в свой состав группы: аффинных преобразований, безразрывных деформаций и изменения формы фрагментов).

Команды удаления объектов в системе КОМПАС-3В LT V10 объединены в одном разделе меню. Удаляются следующие объекты:

□ выделенные объекты;

□ вспомогательные кривые и точки;

□ часть кривой;

□ часть кривой между двумя точками;

□ область;

□ фаска/ скругление;

□ содержание основной надписи;

□ все.

Команды коррекции параметров и свойств объектов. Двумерные редакторы предоставляют пользователю широкие возможности управления стилями объектов. В системе КОМПАС-3В LT V10 командой Изменить стиль можно изменить стиль кривых и штриховок.

1.4. Оформление элементов чертежа

Чертеж, как правило, состоит из изображения изделия, выполненного в ортогональных проекциях, которое дополняется вспомогательной графической и текстовой информацией. Форма представления этой информации должна отвечать требованиям действующих стандартов ЕСКД.

1.4.1. Нанесение размеров

Размеры выражают основные геометрические характеристики объектов. Размеры бывают четырех основные типов: линейные, угловые, диаметральные, радиальные. Линейные размеры делятся на горизонтальные, вертикальные, параллельные, повернутые. Различают способы нанесения размеров от одной или нескольких общих баз.

Двумерные редакторы предоставляют средства нанесения размеров, которые существенно упрощают этот трудоемкий процесс. Наиболее распространенным является режим полуавтоматического нанесения размеров. В этом режиме пользователю необходимо указать нужный элемент и установить размерное число в требуемую точку. На основе этих данных система автоматически формирует выносные и размерные линии и рассчитывает размерное число. Вид размеров и способов их ввода в базу данных определяется набором размерных переменных. Размерными переменными можно управлять. В большинстве систем предусматривается возможность создания ассоциативных размеров, которые автоматически пересчитываются и перерисовываются при редактировании соответствующих фрагментов изображений.

Размеры линейные. В табл. 1.5 перечислены типы линейных размеров, полуавтоматическое нанесение которых обеспечивается в двумерных редакторах. При вводе обычного (одиночного) горизонтального или вертикального размера необходимо указать точки 1 и 2 выхода выносных линий и точку 3 пересечения размерной линии со второй выносной линией. Система автоматически располагает выносные линии параллельно друг другу, а размерную линию – перпендикулярно им. Если длина размерной линии меньше суммарной длины двух стрелок, стрелки автоматически будут сформированы снаружи выносных линий.

Если нужно, чтобы размерная надпись сформировалась автоматически с простановкой квалитета и значений допусков, то пользователю следует выбрать из меню параметров задание квалитета.

Если отсутствует необходимость автоматического формирования размерной надписи, то текст надписи вводит пользователь, при этом по умолчанию предлагается надпись, содержащая только точное значение размера, измеренное по координатам выносных линий.

Система автоматически определяет длину введенной размерной надписи, исходя из параметров текста. Если надпись помещается между выносными линиями, запрашивается подтверждение на такое ее размещение. В противном случае или при отказе пользователю предлагаются следующие варианты:

□ указать положение надписи (по умолчанию);

□ разместить надпись на полке;

□ ручное размещение надписи.

При вводе обычного (одиночного) углового размера отмечаются два непараллельных отрезка, между которыми нужно нанести размер, затем точка на размерной дуге, положение которой определяют радиус и сектор размерной линии. «Резиновые» окружности и радиус указывают текущее положение размера на чертеже. Режим установки параметров размера аналогичен рассмотренному ранее случаю нанесения линейных размеров. При автоматическом вводе размерной надписи в ней будут проставлены знаки градуса и минуты, а в случае ручного ввода текста эти символы должен вводить пользователь.

Размеры угловые. На рис. 1.3 схематично показаны пять типов угловых размеров, полуавтоматическое нанесение которых поддерживается в двумерных редакторах.

Размеры диаметральные можно проставлять только на окружности или дуге. Для ввода диаметрального размера необходимо указать точку на элементе. Размерная линия пройдет через центр дуги или окружности и указанную точку. Последовательность выбора параметров размера такая же, как и при простановке линейных размеров. Знак диаметра подставляется в текст размерной надписи автоматически. При необходимости размерная надпись может быть полностью введена с клавиатуры.

Размеры радиальные сопровождаются прописной буквой R, размещаемой перед размерным числом, при этом стрелка на размерной линии должна упираться в дугу. Способ нанесения размера при различных положениях размерных линий (стрелок) определяется наибольшим удобством чтения. Для ввода нужного типа размера выбирают соответствующий вариант из меню.