1. Цели освоения дисциплины Дисциплина «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» входит в состав интегрированной образовательной программы. Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с основами применения систем автоматизированного проектирования технологических процессов электрических машин, аппаратов и трансформаторов. Данные знания позволят им успешно решать теоретические и практические задачи в их профессиональной деятельности, связанной с разработкой технологических процессов с помощью САПР. Цели освоения дисциплины: 1) формирование у обучающихся инженерных знаний, практических навыков и универсальных компетенций в области использования САПР технологических процессов для разработки и совершенствования электрических машин и аппаратов и трансформаторов, гарантирующих высокое качество их подготовки к профессиональной деятельности и позволяющих работать в приоритетных направлениях развития электромеханики, проявлять высокий профессионализм в решении комплексных инженерных проблем в области исследования, проектирования и производства электрических машин и трансформаторов; 2) развитие способности независимого мышления и творческого подхода к решению комплексных инженерных проблем в области проектирования, конструирования и производства электрических машин, трансформаторов и способности к непрерывному образованию и совершенствованию. 2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» вариативной части модуля «Электромеханика»; профиль – Электромеханика. Указанная дисциплина является одной из важнейших для модуля «Электромеханика»; имеет как самостоятельное значение, так и является базой для ряда профилирующих дисциплин: «Технология производства электрических машин», «Расчет и принципы конструирования электрических машин», «Монтаж и эксплуатация электрических машин». Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо: знать: современные тенденции развития методов, средств и систем конструкторско-технологического обеспечения электромашиностроительных производств; уметь: применять прогрессивные методы разработки и эксплуатации САПР ТП электромеханических преобразователей энергии, методы создания и исследования математических моделей ТП с использованием компьютерной техники; иметь опыт: использования информационного, математического, программного, организационно - методического и технического обеспечения САПР ТП электромеханических преобразователей энергии. Пререквизитами данной дисциплины являются: «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Технология производства электрических машин»,. Кореквизитами данной дисциплины являются: «Расчет и принципы конструирования электрических машин», «Монтаж и эксплуатация электрических машин». Дисциплине «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ): Б1.М2.1 Математика 1.1; Б1.М2.2 Математика 2.1; Б1.М2.6 Физика 2.1; Б1.М2.10 Теоретические основы электротехники 1.1; Б1.М2.11 Теоретические основы электротехники 2.1; Б1.М4.7 Электротехническое материаловедение. Б1.М4.8 Электрические машины. Содержание разделов дисциплины «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ): Б1.М5.3.2 Технология производства электрических машин; Б1.М5.3.4 Расчет и принципы конструирования электрических машин. Дисциплина «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» относится к общепрофессиональным дисциплинам при подготовке бакалавров по направлению 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника. В задачу изучения дисциплины входит приобретение теоретических и практических навыков в расчетной и экспериментальной деятельности, связанных с использованием САПР технологических процессов при проектировании и конструировании электрических машин и аппаратов и трансформаторов. Для достижения целей, поставленных при изучении курса - овладении знаниями и умениями пользоваться ими для решения инженерных задач,- используется полный набор методических средств: лекции, практические занятия и самостоятельная познавательная деятельность студентов. При освоении курса проводятся индивидуальные и групповые консультации по теоретическим и практическим вопросам курса, целевые индивидуальные и групповые консультации в специализированных аудиториях кафедры с натурными образцами изучаемых электромеханических устройств. 3. Результаты освоения дисциплины (модуля) В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» 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 обучения Составляющие результатов обучения Код Знания З.1.2 основных понятий и содержание классических разделов высшей математики (аналитической геометрии, линейной алгебры, дифференциального и интегрального исчисления, теорий вероятности, математической статистики, функций комплексного переменного и численные методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений) Р1. Применять соответствующие гуманитарные, социальноэкономические, математические, естественно-научные и инженерные знания, компьютерные технологии для решения задач расчета и анализа электротехнических устройств, объектов и систем. Р3. Умения У.1.2 применять методы математического анализа при проведении научных исследований и решении прикладных задач в профессиональной сфере У.1.3 выявлять физическую сущность явлений и процессов в электрических машинах и трансформаторах и выполнять применительно к ним простые технические расчеты использовать нормативные документы, регламентирующие проектные разработки технологических процессов З.1.3 основных физических явлений и законов электромеханики, электротехники З.3.1 стадий ведения проектных работ изделий, устройств, объектов, систем и состава проектной документации У.3.1 З.3.2 технических условий проектных разработок простых конструкций электрических машин и трансформаторов У.3.2 З.4.1 типовых стандартных приборов, устройств, аппаратов, программных средств, используемых при экспериментальных исследованиях Уметь проектировать электроэнергетические и электротехнические системы и их компоненты. Р4. Уметь планировать и проводить необходимые экспериментальные исследования, связанные с определением параметров и характеристик технологических процессов и интерпретировать данные и делать выводы. Код З.4.2 основных методов экспериментальных исследований электрических машин и аппаратов У.4.1 проводить эксперименты по заданным методикам с последующей обработкой и анализом результатов в области технологии изготовлеия У.4.2 анализировать научнотехническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования; планировать эксперименты для решения задач профессиональной деятельности Код Владение опытом В.1.2 методов математического и физического моделирования режимов, процессов, состояний объектов электроэнергетики и электротехники (электромеханики) В.1.3 анализа физических явлений в электрических машинах и трансформаторах при их производстве В.3.1 работы с документацией, стандартами, патентами и другими источниками отечественной и зарубежной научнотехнической информации В.3.2 при проектировании простых технологич. процессов с использованием САПР В.4.1 работы с приборами и установками для экспериментальных исследований В.4.2 экспериментальных исследований режимов технологичесих процессов для электрических машин и трансформаторов; математической обработки результатов и составления научнотехнических отчетов Р5. Применять современные методы и инструменты практической инженерной деятельности при решении задач в области САПР технологических процессов Р8. Использовать навыки устной, письменной речи, компьютерные технологии для коммуникации, презентации, составления отчетов и обмена технической информацией в областях электроэнергетики и электротехники. З.5.1 инструментария для решения задач проектирования технологических процессов для эл. машин, аппаратов и трансформаторов З.5.2 основных способов автоматизации проектирования технологических процессов электромеханических преобразователей энергии З.8.1 З.8.2 У.5.1 рассчитывать режимы работы асинхронных машин и трансформаторов, определять состав оборудования и его параметры, схемы электромеханических объектов У.5.2 рационально использовать современные системы автоматизации проектирования технологических процессов и их систематически совершенствовать У.8.1 применять компьютерную технику и информационные технологии в своей профессиональной деятельности У.8.2 логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; готовностью к использованию одного из иностранных языков В.5.1 использования прикладных программ и средствами автоматизированного проектирования при решении инженерных задач В.5.2 применения современных информационного и математического обеспечение САПР ТП и энергосберегающих и экологически чистых технологических процессов В.8.1 использования современных технических средства и информационных технологий в профессиональной области В.8.2 аргументированного письменного изложения собственной точки зрения; навыками публичной речи, аргументации, ведения дискуссии и полемики, практического анализа, логики различного рода рассуждений; навыками критического восприятия информации В результате освоения дисциплины «Основы САПР технологических процессов в электромашиностроении» студентом должны быть достигнуты следующие результаты: Таблица 2 Планируемые результаты освоения дисциплины № п/п РД 1 РД 3 РД 5 РД8 Результат Применять соответствующие инженерные знания, компьютерные технологии для решения задач проектирования и конструирования технологических процессов при создании электрических машин, аппаратов и трансформаторов Уметь проектировать технологические процессы при создании электрических машин, аппаратов и трансформаторов с использованием САПР ТП Применять современные методы и инструменты практической инженерной деятельности при решении задач разработки технологии электромеханических преобразователей энергии Использовать навыки устной, письменной речи, компьютерные технологии для коммуникации, презентации, составления отчетов и обмена технической информацией в области электрических машин и трансформаторов. 4. Структура и содержание дисциплины Раздел 1. Проблема автоматизации проектирования технологических процессов (ТП) электромеханических преобразователей энергии Жизненный цикл и технологическая подготовка производства электромеханических преобразователей энергии. Автоматизация поддержки жизненного цикла изделий электромашиностроения. Определено место САПР ТП среди систем автоматизации поддержки ЖЦИ машиностроения и управления им. Современное состояние автоматизации проектирования технологических процессов изготовления электромеханических преобразователей энергии. Практические занятия Тема №1 Даны жизненные циклы изделий – совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния изделия от формирования исходных требований к нему до окончания его эксплуатации. Требуется: определить структуру ЖЦИ электромашиностроения и конкретные цели производственных этапов, а также необходимые условия и ресурсы для их достижения. Раздел 2. Принципы построения и структура САПР ТП Технологический процесс как объект проектирования. В основу разработки ТП изготовления изделий электромашиностроения положены два принципа – технический и экономический. Проектирование ТП всегда многовариантная задача. Обобщенные алгоритмы неавтоматизированного проектирования единичных ТП изготовления деталей и сборки. Стратегия технологического проектирования – разработка альтернативных и конкурирующих вариантов ТП. Оптимизация ТП на уровне операций. Структурная и параметрическая оптимизации. Целевые функции при решении задач оптимизации. Проектная процедура как составная часть процесса автоматизированного проектирования, направленная на получение проектного решения, которое является конечным описанием объекта проектирования. Принципы классификации и основные классификационные признаки САПР, которые регламентированы ГОСТ 23501.108 – 85 «Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения». Стандарт устанавливает основные признаки САПР. Эти признаки отражают особенности объектов проектирования, возможности систем и технической базы САПР. Основные общесистемные принципы построения САПР ТП: полное соответствие системы цели ее создания; системное единство: система и создается, и эксплуатируется как единая совокупность взаимодействующих подсистем, работа которых подчинена общей цели; открытость системы: при эксплуатации системы, как единства подсистем, должна быть сохранена открытость ее структуры; интеграции; развития; тиражирования и адаптации; живучести. Соответствие системы цели ее создания определяют: формирование системой объектов проектирования заданной разновидности; обеспечение заданного качества проектных решений; возможность достижения цели системы. Уровень интеграции систем – CAD/CAM, CAE/CAD/CAM, CAE/CAD/CAPP и т.д. Объединение САПР ТП с другими автоматизированными системами в рамках концепции CALS-технологий CAE/CAD/CAM/CAPP/PDM или CAE/CAD/CAM/CAPP/PDM/PLM-cистемы. Состав и виды обеспечения САПР ТП. Структура систем автоматизированного синтеза единичных технологических процессов. Структура САПР ТП сборки. Практические занятия Тема № 2 Даны основные принципы построения и структура САПР ТП. Требуется: классифицировать САПР ТП по следующим признакам: «сложность объекта проектирования»; «уровень автоматизации проектирования»; «характер выпускаемых проектных документов»; по числу уровней в структуре технического обеспечения; по режиму обработки информации. Описать состав и виды обеспечения САПР ТП: информационное, математическое, лингвистическое, программное, методическое и организационное. Показать взаимодействие пользователя с САПР ТП. Описать общий алгоритм формирования проектного решения. Раздел 3. Информационное и математическое обеспечение САПР ТП Основа информационного обеспечения САПР ТП – информация для выработки проектных решений. Для разработки ТП изготовления деталей и сборки используют руководящую и справочную информацию. Основной задачей информационного обеспечения САПР ТП является полное, достоверное, надежное и своевременное поступление всей необходимой для проектирования информации. Совокупность упорядоченной информации, используемой при эксплуатации САПР ТП, образует ее информационную базу. Виды информации – входная, выходная и оперативная. Информацию содержат не всякие данные, а лишь те, которые уменьшают неопределенность в отношении исхода событий, интересующих пользователя системы при проектировании ТП. Информационная модель отражает информационные взаимосвязи элементов САПР ТП. Информационное обеспечение включает базы данных и систему управления базой данных (СУБД). Базы данных и СУБД составляют банки данных. Банки данных, обслуживающие подсистемы САПР ТП, предназначены для автоматизированного снабжения необходимыми данными проектирующих подсистем. Банк данных может полностью реализовать все функции информационного обеспечения системы и делает информационно совместимыми проектирующие подсистемы. Совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, применяемых в САПР ТП, является математическим обеспечением системы. Математическое обеспечение включает в себя: математические модели объекта проектирования и формализованное описание принятой технологии автоматизированного проектирования. В настоящее время при разработке САПР ТП следует применять трехмерные модели Практические занятия Тема № 3 Основу информационного обеспечения САПР ТП банки данных. Требуется: определить порядок разработки, структуру и требования к параметрам баз данных и системам управления базами данных Раздел 4. Современные САПР ТП и их совершенствование Характеристика основных реализаций отечественных САПР ТП. Основные принципы их построения. Зарубежные лицензионные САПР ТП и затруднения их адаптации из-за различия нормативных баз, не совпадают марки используемых материалов, разнятся методики определения их характеристик и не совпадает общая методика проектирования ТП. Использование соединения САПР зарубежной и отечественной разработки, когда автоматизированное конструирование изделия и его элементов выполняют с помощью зарубежной САПР САD, а технологическую подготовку – с помощью отечественной САПР ТП. Существующие САПР ТП (отечественные и зарубежные) являются системами автоматизации уровня технологической операции. Эти системы позволяют поднять производительность труда технолога за счет автоматизации рутинной работы, связанной с процессом проектирования, упорядочения взаимосвязей проектировщиков в процессе работы. Направления совершенствования САПР ТП: совершенствование процесса формирования технологических решений, автоматизация выбора технологических баз, прогнозирование качества изделия, направленное формирование свойств изделий, интеграция САПР ТП в системы поддержки и управления ЖЦИ, внедрение новых методологий проектирования. Разработку САПР ТП следует рассматривать как процесс создания и непрерывного совершенствования существующих систем CAE/CAD/CAM/CAPP/PDM. Практические занятия Тема №4 Дать краткие характеристики отечественных САПР ТП, отметив содержание технического задания на проектирование; компоненты, формально представляющие технологическое решение; новые методологии конструкторско-технологического проектирования, реализующиеся в современных САПР, концептуальная модель САПР ТП; функциональная модель САПР ТП и чем она отличается от концептуальной. 4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения в соответствии с основной образовательной программой, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3, приведено в табл. № 3. Таблица №3 № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Формируемые компетенции З.2.1 З.3.2 З.6.1 З.8.1 З.8.2 З.8.3 З.8.4 У.2.1 У.3.2 У.6.1 У.8.1 У.8.2 У.8.3 В.2.1 В.3.2 В.6.1 В.8.1 В.8.2 В.8.3 В.8.4 Разделы дисциплины 1 2 3 4 5 6 7 х х х х х х х х х x х х х х х x х x x х х х х х x х x x х х x x х х х х x х х x х 9 х х х x х х х х х х x x x x x x x х x х x х х х х х 5. Образовательные технологии В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий: работа в команде – совместная деятельность группы студентов с индивидуальной работой членов команды под руководством лидера; опережающая самостоятельная работа – самостоятельное освоение студентами нового материала до его изложения преподавателем во время аудиторных занятий; методы IT – использование Internet-ресурсов для расширения информационного поля и получения информации, в том числе и профессиональной; междисциплинарное обучение – обучение с использованием знаний из различных областей (дисциплин) реализуемых в контексте конкретной задачи; проблемное обучение – стимулирование студентов к самостоятельному приобретению знаний для решения конкретной поставленной задачи; обучение на основе опыта – активизация познавательной деятельности студента за счет ассоциации их собственного опыта с предметом изучения; исследовательский метод – познавательная деятельность, направленная на приобретение новых теоретических и фактических знаний за счет исследовательской деятельности, проводимой самостоятельной или под руководством преподавателя. Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции; практические занятия; лабораторные работы; курсовое проектирование; самостоятельная работа студентов; индивидуальные и групповые консультации. Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в матрице (табл. 4). Таблица 4. Методы и формы организации обучения (ФОО) ФОО ЛК ЛБ. ПР СРС Методы Работа в команде Опережающая самостоятельная работа Методы IT Междисциплинарное обучение Проблемное обучение Обучение на основе опыта Исследовательский метод X X X X Х КП X X X X X X X X X X X X X X X X X X Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия: изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий; самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы; закрепление теоретического материала на практических занятиях, при проведении лабораторных работ с использованием учебного , выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий. 6. Организация и учебно-методическое обеспечение СР студентов Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения. Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно – ориентированная. 6.1.Текущая самостоятельная работа, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений включает: – работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию; – опережающую самостоятельную работу; – изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; – подготовку к лабораторным работам, к практическим занятиям; – подготовку к контрольным работам, зачету и экзамену; 6.2.Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), предусматривает: – исследовательскую работу и участие в научных студенческих конкурсах, конференциях, семинарах и олимпиадах; – анализ научных публикаций по тематике, определенной преподавателем; – поиск, анализ, структурирование и презентацию информации; – углубленное исследование вопросов по тематике практических и лабораторных работ. 6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине С целью развития творческих навыков у студентов при изучении данной дисциплины определен перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана перспективы развития электромашиностроения; перспективы автоматизации проектирования технологических процессов изготовления электромеханических преобразователей энергии; оптимизация технологических процессов изготовления электромеханических преобразователей энергии; управление жизненным циклом электромеханических преобразователей энергии. 6.4. Контроль самостоятельной работы Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных разделов дисциплины осуществляется посредством: – защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям; – результатов ответов на контрольные вопросы; – опроса студентов на практических занятиях. Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной деятельности. 6.5 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированными источниками, приведенными в разделе 8. «Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины» и Internet-ресурсами. 7. Средства (ФОС)текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных разделов разработаны и используются следующие средства: – контрольные вопросы по отдельным темам и разделам; – комплект заданий по теоретическим и практическим вопросам в тестовой форме; – перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины; – комплект задач для закрепления теоретического материала. 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная литература: 1. Кондаков Ф.И. САПР технологических процессов : учебник для студ. высш. учеб. Заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 272 с. 2. Гольдберг О.Д. Инженерное проектирование и САПР. - М.: Академия, 2008. – 234 с. 3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учебник для вузов.- М.: Изд. МГТУ им Н.Э. Баумана, 2009. – 431 с. Дополнительная литература: 4. Болдин А.Н., Задиранов А.Н. Основы автоматизированного проектирования: Учебное пособие. – М.: МГИУ, 2006. - 104 с. 5. Берлинер Э.М., Таратынов О.В. САПР в машиностроении. М.: Форум, 2008. – 448 с. 7. Антонов М.В. Технология производства электрических машин. - М.: Энергоатомиздат,1993.-592 с. 8. Бунаков П.Ю. Сквозное проектирование в T-FLEX. М.: ДМК Пресс, 2009. – 400 с. Программное обеспечение и Internet-ресурсы: 9. Материально-техническоеобеспечение дисциплины № п/п 1 2 3 Наименование Корпус, ауд., (компьютерные классы, учебные количество лаборатории, оборудование) установок Лекционные аудитории, с использованием 8корпус; технических средств 301,323,331 ауд. Лаборатория «Электрических машин» 8 корпус 257 ауд., 16 стендов Компьютерные классы 8 корпус; 120, 121, 122, 126 ауд., по 12 компьютеров Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и профиля подготовки: «Электромеханика». Программа одобрена на заседании кафедры «Электротеханические комплексы и материалы» (протокол № 33 от « 27 » июня 2014 г.). Автор Муравлев О.П., д.т.н., профессор Рецензент _________________ к.т.н., доцент Столярова О.О.