Автоматизированное проектирование приборов и систем

1
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся знаний, умений и навыков, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц2 и Ц7 основной образовательной программы «Приборостроение».
Дисциплина нацелена на:
подготовку выпускников к междисциплинарным научным исследованиям
для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов создания и
обработки материалов и изделий;
подготовка выпускников к проектно-конструкторской и производственнотехнологической деятельности в области создания новых материалов и производства изделий, современных технологий обработки материалов и нанотехнологий, конкурентоспособных на мировом рынке машиностроительного производства;
подготовку выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Автоматизированное проектирование приборов и систем»
относится к профессиональному циклу ООП «Приборостроение»
Дисциплине «Автоматизированное проектирование приборов и систем»
предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):
 Информатика
 Линейная алгебра и аналитическая геометрия
 Начертательная геометрия и инженерная графика
 Системы автоматизированного проектирования.
3. Результаты освоения дисциплины (модуля)
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины (модуля)
направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов
обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
Составляющие результатов обучения
обучения
Владение
(компетенции из
Код
Знания
Код
Умения
Код
опытом
ФГОС)
Р1
З1.2 Глубокие знания в
У1.2 Использования заВ1.1 Методами матеСпособность соверобласти естественконов математики и
матического
шенствовать и повыных наук и матемаестественнонаучных
описания физишать свой интеллектики;
дисциплин в проческих явлений
туальный и общефессиональной деяи процессов,
культурный уровень и
тельности
определяющих
специальные знания в
принципы рабо2
области математических, естественных,
гуманитарных и экономических наук в
комплексной инженерной деятельности
на основе целостной
системы научных
знаний об окружающем мире;
З1.3
З2.3
Р2
Способность адаптироваться к новым ситуациям, переоценивать накопленный
опыт, анализировать
свои возможности в
понимании сущности
и значения информации в развитии современного общества,
владение основными
методами, способами
и средствами получения, хранения, переработки информации;
использование для
решения коммуникативных задач современных технических
средств и информационных технологий
в профессиональной
области.; использование для решения
коммуникативных
задач современных
технических средств
и информационных
технологий в профессиональной области
Глубокие знания в
области инженерных наук
Основ технологической подготовки
производства
У1.3
Разрабатывать
функциональные и
принципиальные
схемы приборов и
систем с определением физических
принципов действия
устройств
В1.3
У2.3
Организовывать
внедрение новых
методов и приборов
контроля и диагностики
В2.2
3
ты различных
технических
устройств
Компьютерными пакетами
программ для
моделирования
процессов в
электронных
схемах приборов
и систем, моделирования виртуальных приборов
Опыт использования современного оборудования
Р7
Способность проектировать приборные
системы и технологические процессы с
использованием
средств САПР и опыта разработки конкурентоспособных изделий; осуществлять
проектную деятельность в профессиональной сфере на основе системного подхода.
З.7.1 Психологических
У.7.1 Брать на себя веду- В.7.1
аспектов самостоящую роль в процестельного обучения
се своего самообуи повышения квачения;
управлять
лификации
временными, пространственными,
профессиональными
и социальными факторами, влияющими
на процессы самообучения и профессионального роста
З.7.2 Видов самостояУ.7.2 Использовать в ка- В.7.2.
тельной образовачестве
источника
тельной деятельносамообучения собсти для профессиственный професонального роста
сиональный и жизненный опыт, а
также опыт других.
Владеть культурой мышления
Способностью к
обобщению,
анализу,
восприятию
информации, постановке цели и
выбору путей ее
достижения
В результате освоения дисциплины (модуля) «…» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
РД1
РД2
РД3
РД4
РД5
РД6
Результат
Знание современных средств автоматизированного проектирования, CAD-систем, их возможности при проектировании приборов, современных технологий проектирования, основанных
на использовании 3D моделей.
Знание CAD-систем T-Flex CAD 2D/3D, SolidWorks, Autodesk
Inventor, КОМПАС
Знание метода конечных элементов и прочностных расчетов
конструкций в CAE-системах T-Flex Анализ и ANSYS.
Знание технологической подготовки производства с использованием современных систем проектирования.
Умение создавать чертежи деталей, сборочные чертежи, 3D
модели, сборочные 3D модели в любой из CAD-систем: T-Flex
CAD 2D/3D, SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС.
Умение проводить прочностной анализ конструкций, используя
системы T-Flex Анализ и ANSYS.
4
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Наименование разделов дисциплины
Раздел 1. Современные средства автоматизированного проектирования.
Современные технологии проектирования, основанные на использовании 3D
моделей.
Место CAD-систем в интегрированных системах проектирования, производства и эксплуатации; их связь с другими автоматизированными системами.
Формализация процесса проектирования. Основные понятия и подходы к
процессу проектирования. Аспекты и стадии проектирования. Способы организации процесса проектирования. Компоненты процесса проектирования, их взаимосвязь и подходы к реализации. Методы создания трехмерных геометрических моделей.
Раздел 2. Автоматизированное проектирование в системах T-Flex CAD,
SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС
Создание 3D моделей. Создание 3D сборок. Параметризация. Получение
чертежей из 3D моделей. Создание спецификаций. Расчет параметров конструкций.
Раздел 3. Прочностные расчеты конструкций в CAE-системах T-Flex Анализ и ANSYS.
Метод конечных элементов. Расчет конструкций с использованием T-Flex
Анализ. Расчет конструкций с использованием ANSYS.
Раздел 4. Технологическая подготовка производства с использованием модулей T-Flex Технология и T-Flex ЧПУ.
Создание технологии детали в T-Flex Технология. Создание управляющих
программ обработки деталей для станка с ЧПУ в модуле T-Flex ЧПУ 3D.
Перечень лабораторных работ
№
п/п
Наименование лабораторных работ
1 Создание 3D моделей деталей в T-Flex CAD 3D
2 Создание 3D сборки и спецификации в T-Flex CAD 3D
3 Создание 3D сборки сложной конструкции в T-Flex
CAD 3D. Выполнение индивидуального задания
4 Создание 3D моделей деталей в SolidWorks
5 Создание 3D сборки в SolidWorks
6 Создание 3D сборки сложной конструкции в SolidWorks. Выполнение индивидуального задания
7 Создание 3D моделей деталей в КОМПАС
8 Создание 3D сборки и спецификации в КОМПАС
5
КолУчебная,
во производственная
часов
база
2
2
2
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
2
2
2
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
2
2
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
9 Создание 3D сборки сложной конструкции в
КОМПАС. Выполнение индивидуального задания
10 Создание 3D моделей деталей в Autodesk Inventor
11 Создание 3D сборки и спецификации в Autodesk
Inventor
12 Создание 3D сборки сложной конструкции в Autodesk
Inventor. Выполнение индивидуального задания
13 Прочностной анализ конструкции в T-Flex Анализ
14 Прочностной анализ конструкции в T-Flex Анализ.
Выполнение индивидуального задания
15 Прочностной анализ конструкции в ANSYS
16 Прочностной анализ конструкции в ANSYS. Выполнение индивидуального задания
17 Создание технологии обработки детали в T-Flex
Технология
18 Создание управляющей программы для станка с ЧПУ
в T-Flex ЧПУ. Визуализация обработки детали в
модуле NC Traser
2
ТПУ, учебная
2
2
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
2
ТПУ, учебная
2
4
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
2
4
ТПУ, учебная
ТПУ, учебная
2
ТПУ, учебная
2
ТПУ, учебная
Практические занятия (8 часов)
1. Анализ технического задания, расчет параметров отдельных узлов и элементов прибора, выбор элементов (2 часа).
2. Расчет параметров узлов и элементов с использованием CAD-систем (2 часа).
3. Постановка задачи по прочностному анализу конструкций. Задание материалов. Задание ограничений и нагружений (2 часа).
4. Разработка технологии обработки деталей. Числовое программное управление (2 часа).
4.2. Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения представлена таблицей 1.
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Название раздела/ темы
4.1.1. Современные средства автоматизированного проектирования.
Современные технологии проектирования, основанные на использовании
Аудиторная
работа (час)
Лек Практ. Лаб.
ции
зан.
Зан.
4
2
6
СРС Кол Итого
(час) кон
тр.
р.
10
16
3D моделей
4.1.2. Автоматизированное проектирование в системах T-Flex CAD,
SolidWorks, Autodesk Inventor,
КОМПАС
4.1.3. Прочностные расчеты конструкций в CAE-системах T-Flex Анализ и ANSYS
4.1.4. Технологическая подготовка
производства с использованием модулей T-Flex Технология и T-Flex ЧПУ
Курсовая работа
Итого
4
2
12
20
38
4
2
22
30
58
4
2
6
12
24
40
80
152
80
216
16
8
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу.
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента,
развитие практических умений и включает:
- проработку лекционного материала по разделам курса, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной
проблеме курса;
- выполнение индивидуальных заданий;
- опережающую самостоятельную работу по темам лабораторных работ;
- подготовку к зачету, экзамену.
Творческая СРС включает:
- поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
- выполнение курсовой работы;
- исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем
теме.
6.2. Содержание самостоятельной работы
6.2.1. Темы индивидуальных заданий.
1. Выполнение чертежа детали в одной из CAD-систем в соответствии с ГОСТ
(20 вариантов).
2. Создание 3D модели детали сложной конструкции в одной из CAD-систем (20
вариантов).
3. Создание параметрической 3D сборки, до 25 элементов в одной из CADсистем (20 вариантов).
7
4. Проведение одного из видов прочностного анализа в T-Flex Анализ или в
ANSYS (20 вариантов).
5. Проектирование технологии и создание управляющей программы для станка с
ЧПУ для детали сложной конфигурации (20 вариантов).
6.2.2. Темы, выносимые на самостоятельную проработку.
1. Создание параметрического чертежа и параметрической 3D модели с использованием внутренней базы данных.
2. CAE-системы, используемые при прочностном анализе конструкций.
6.2.3. Тематика курсовых работ.
1. Проектирование параметрической 3D сборки в одной из CAD-систем.
2. Прочностной расчет сложной электромеханической конструкции в T-Flex
Анализ или в ANSYS.
3. Расчет эксплуатационных параметров прибора в одной из CAD-систем.
4. Проектирование технологии обработки детали и создание управляющей программы для станка с ЧПУ.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство
двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
Контроль СРС студентов проводится путем проверки ряда работ,
предложенных для выполнения в качестве домашних заданий согласно разделу
6.2. и рейтинг-плану освоения дисциплины. Одним из основных видов контроля
СРС является защита индивидуальных домашних заданий, являющихся мини проектами в проектно – ориентированной технологии обучения. Результаты
защиты контрольных заданий определяют умения и навыки в
автоматизированном проектировании. Наряду с контролем СРС со стороны
преподавателя предполагается личный самоконтроль по выполнению СРС со
стороны студентов.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества
освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих
контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Выполнение и защита лабораторных работ
Выполнение практических заданий
Выполнение индивидуальных заданий
Презентации по тематике, данной преподавателем, во время
8
Результаты обучения по дисциплине
проведения конференц-недели
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих
мероприятий предусмотрены следующие средства:
7.1. Текущий контроль. Средствами оценки текущей успеваемости студентов по ходу освоения дисциплины являются:
7.1.1. Вопросы
1. Место CAD-систем в интегрированных системах проектирования, производства и эксплуатации; их связь с другими автоматизированными системами.
2. Формализация процесса проектирования. Основные понятия и подходы к
процессу проектирования. Аспекты и стадии проектирования.
3. Способы организации процесса проектирования. Компоненты процесса проектирования, их взаимосвязь и подходы к реализации.
4. Методы создания трехмерных геометрических моделей.
5. Создание 3D моделей и создание 3D сборок в различных CAD-системах..
6. Параметризация в различных CAD-системах.
7. Расчет параметров конструкций.
8. Метод конечных элементов.
9. Расчет параметров конструкций с использованием T-Flex Анализ.
10. Расчет параметров конструкций с использованием ANSYS.
11. Создание технологии детали в T-Flex Технология.
12. Создание управляющих программ обработки деталей для станка с ЧПУ в модуле T-Flex ЧПУ 3D.
13. Визуализация обработки детали с использованием модуля NC Tracer.
7.1.2. Контрольные индивидуальные задания
Пример индивидуального задания.
Контрольное задание №1. Частотный анализ детали в T-Flex Анализ..
1. Из сборочного чертежа определить форму необходимой детали.
2. Создать 3D модель детали.
3. Задать необходимый материал для детали.
4. Создать расчетную модель, задав конечно-элементную сетку.
5. Выполнить завершающие 3D операции.
6. Задать ограничения.
7. Задать параметры расчета – тип анализа, количество форм, метод расчета,
выводимые параметры.
8. Произвести расчет собственных частот.
9. Визуализировать и оценить результаты расчета.
7.2. Рубежный контроль. Данный вид контроля производится на основе
баллов, полученных студентом при защите контрольных индивидуальных заданий, защите курсового проекта и на основе оценки остаточных знаний.
9
Данный вид деятельности оценивается отдельными баллами в рейтингплане.
7.3. Промежуточный контроль. Данный вид контроля производится на
основе баллов, полученных студентом при защите контрольных индивидуальных заданий.
Данный вид деятельности оценивается отдельными баллами в рейтинглисте.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
9.1. Основная литература
1. Костюченко Т.Г. САПР в приборостроении. Учебное пособие. – Томск, Изд.
ТПУ, 2009.  206 с.
2. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Пер. с англ. Г. Бурмистровой, И.В.
Фриденберга; под ред. В. Ф. Венды, В. М. Мунипова. 2-е изд. – М.: Мир, 1986. –
326 с.
3. Норенков И.П. Системы автоматизированного проектирования. Кн. 1: Учеб.
пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1986.
4. В. Большаков, А. Бочков, А. Сергеев. 3D-моделирование в AutoCAD,
КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, T-Flex. Учебный курс – Изд-во: Питер, 2010
г. - 336 с.
5. T-Flex CAD 2D. Двухмерное проектирование и черчение. Руководство пользователя. – АО «Топ системы», 2012.
6. T-Flex CAD 3D. Трехмерное моделирование. Руководство пользователя. – АО
«Топ системы», 2012.
7. Комплект методических пособий по работе в различных CAD-системах.
9.2. Дополнительная литература
1. П.Н. Латышев. Каталог САПР. Программы и производители. – М.:СОЛОНПРЕСС, 2006. – 608 с.
2. Журналы «САПР и графика», 2007 – 2014 годы.
3. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALSтехнологии / И. П. Норенков, П. К. Кузьмик. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 320 c.
9.3. Internet-ресурсы:
http://portal.tpu.ru - персональный сайт преподавателя дисциплины Костюченко Т.Г.
http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2014/m299.pdf (Доступ из сети ТПУ) базовое учебное пособие по курсу: Т.Г. Костюченко. САПР в приборостроении.
- Томск, изд-во ТПУ, 2010. - 207 с.
http://portal.tpu.ru/SHARED/k/KSO/Files/TomskCAD/CAD/CAD.htm 10
краткий обзор CAD/CAM систем
http://bourabai.kz/graphics/dir.htm обзор и описание современных систем автоматизированного проектирования
http://surgeon-07.narod.ru/index/0-6 лекции по САПР
http://wiki.mvtom.ru/index.php/Системы_автоматизированного_проектирования
_(САПР) понятие и основные сведения по САПР
portal.tpu.ru:7777/departments/laboratory/lksto/sapr/Tab классификация систем проектирования и основные тенденции CAD 3D
11
12