Научный руководитель: Садыкова Альбина Рифовна, доктор педагогический наук, доцент, профессор кафедры информатики и прикладной математики Института цифрового образования ГАОУ ВО МГПУ, г. Москва
Код уникальной десятичной классификации: 004.94

Аннотация. В данной статье описаны особенности обучения учащихся основной школы трехмерному моделированию с использованием станков с числовым программным управлением и описаны особенности применения технологий трехмерного моделирования.

Ключевые слова: информатика, моделирование, технологии, обучение.

В последнее время все больше слышно о внедрении 3D технологий в различные области человеческой деятельности. Будь то просто 3D моделирование отдельных объектов или же моделирование целых систем промышленного производства с использованием 3D технологий. Так или иначе, 3D моделирование прочно вошло в нашу жизнь, дополнив, а иногда и перестроив некоторые виды бизнеса и производства. С появлением компьютерного трехмерного моделирования стало возможным создание объемных объектов, спроектированных с необходимой точностью и представляющих собой будущий вид товара или проекта. Красочная и наглядная модель производит приятное впечатление и позволяет лучше представить, как будет выглядеть проект, воплощенный в жизнь, с возможностью будущей корректировки.

Можно выделить 3 крупные отрасли, которые на сегодняшний день плотно связаны с применением 3D технологий:

  • индустрия развлечений;
  • медицина;
  • промышленность.

У трехмерного моделирования много преимуществ перед другими способами визуализации. Современное программное обеспечение позволяет достичь высокой точности и детализации при построении модели объекта, попутно увеличивая наглядность проектируемой трехмерной модели. Доступно представить трехмерный проект на двухмерной плоскости довольно сложно, тогда как 3D визуализация позволяет тщательно проработать и представить детализированную модель.

Из трехмерной модели легко можно выделить чертежи каких-либо компонентов, что позволяет уменьшить затраты временных ресурсов при изменении отдельных деталей чертежа или модели.

В настоящее время, чтобы достичь успеха на рынке, промышленному предприятию необходимо работать над снижением себестоимости, сокращением срока выпуска и повышением качества продукции. Развитие компьютерных и информационных технологий послужило причиной создания CAD/CAM/CAE систем, которые в свою очередь, стали эффективными средствами решения таких задач.

CAD системы (computer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) – это программное обеспечение, автоматизирующие работу инженера-конструктора и позволяющее решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации с помощью компьютера.

Под САМ системами (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) понимают такие системы, которые автоматизируют расчеты траекторий движения инструмента для обработки на станках с числовым программным управлением (далее – ЧПУ), и обеспечивают выдачу УП при помощи компьютера.

САЕ системы (computer-aided engineering – компьютерная поддержка инженерных расчетов) разработаны для решения разнообразных инженерных задач таких как, расчет гидравлических систем и механизмов, анализ тепловых процессов, расчет конструктивной прочности. Многообразие программного обеспечения, использующего эти системы, позволяет получить доступ к их применению на разных уровнях.

Однако использование этих систем без профильного образования будет затрудненно и неэффективно. А если говорить о дальнейшей работе на производстве, то без специальных знаний в области трехмерного моделирование и систем CAD/CAM/CAE невозможно взаимодействовать со спецоборудованием, таким как станки с ЧПУ.

ЧПУ – компьютеризованная система управления, которая использует команды, написанные на специализированном языке программирования и управляет механизмами станка.

Применение ЧПУ обеспечивает обработку в автоматическом режиме, что в свою очередь уменьшает временные и материальные затраты на производство и уменьшает себестоимость товара.

С течением времени технологическое развитие создает условия для оптимизации производства и создания новых условий для повышения качества обработки. Также, с ростом технологического прогресса и усовершенствования производства, повышаются и требования к операторам станков. Но, прежде чем использовать высокотехнологичное устройство для воплощения в реальность задуманного проекта, необходимо уметь пользоваться специализированным программным обеспечением и иметь навыки в построении трехмерных объектов и знание основ черчения.

Говоря о необходимых навыках, которым должен обладать оператор станка, необходимо добавить, где именно он приобрел эти навыки и что предшествовало его выбору заниматься данной деятельностью. Конечно же, обслуживание станков с ЧПУ требует специальных навыков, которыми овладеть самостоятельно весьма трудно. Потому встает вопрос о том, где приобрести эти навыки?

Очевидным ответом станут профильные образовательные учреждения, в которых подготавливают операторов для дальнейшего обслуживания станков. Но помимо этого, с развитием информационных технологий, стало возможным внедрение профильного образования в области 3D моделирования и взаимодействия со станками с ЧПУ и в основной школе.

До работы со станками с числовым программным управлением в школьном курсе учащиеся, которым интересна эта область, должны обладать навыками черчения и работы с программным обеспечением, основанном на 3D моделировании и системах CAD/CAM/CAE.
К сожалению, в школьном курсе информатики моделирование зачастую затрагивается вскользь [1, 3, 5], а более углубленное изучение возможно лишь в старшей школе [2, 4, 6, 7]. Помимо этого, обучение трехмерному моделированию в специализированных программах, с использованием систем CAD/CAM/CAE вовсе не предусмотрено школьной программой, а оборудование для практического применения знаний найти в школах непросто. Отсюда вытекают особенности изучения программных продуктов, основанных на этих системах:

  • возрастные особенности учащихся;
  • изучение специального программного обеспечения;
  • доступность оборудования.

Если брать основную школу, то упор на углубленное изучение моделирования можно делать лишь в 8-9 классах. Для перехода к изучению специализированного программного обеспечения учащиеся на старте должны обладать навыками построения простейших компьютерных моделей и иметь представление о 3D графике, областях их применения, а также обладать знаниями о типах моделей, принципах построения, методике и основных этапах моделирования.

Важную роль играет выбор программного обеспечения для изучения трехмерного моделирования. Разнообразие программного обеспечения дает преимущество в изучении основ моделирования, а доступность CAD/CAM/CAE систем позволяет сразу же применить умения на практике, если в школе есть необходимое оборудование. Саму разработку трехмерных моделей можно осуществлять различными программными средствами. Наиболее популярными из них являются продукты компании Autodesk. Некоторое программное обеспечение распространяется свободно или на основе специальной лицензии для образовательного процесса, что в свою очередь делает доступным его изучение.

Если говорить о доступности оборудования, то не каждая школа может позволить себе приобрести его, а также найти специалиста для обслуживания оборудования и обучения учащихся работе с ним.

Хотя в школьном курсе информатики трехмерное моделирование занимает далеко не лидирующую позицию, многие учащиеся заинтересованы этой областью развития технологий. Чтобы позволить учащимся раскрыть свой потенциал и удовлетворить их образовательные потребности потребуется немало усилий, но, в конечном результате, их интересы могут привести к дальнейшему углубленному изучению продуктов, основанных на моделировании трехмерных объектов, а также обучению работе со специализированным оборудованием.

Features of training of pupils of the main school 3D in modeling with use of machines with numerical program control

Istraty A.V.,
undergraduate 2 courses GAOU VO MGPU, Moscow

Research supervisor:
Sadykova Albina Rifovna, doctor pedagogical sciences, associate professor, professor of department of information science and applied mathematics of Institute of digital formation of GAOU VO MGPU, Moscow

Annotation. In this article features of training of pupils of the main school in three-dimensional modeling with use of machines with numerical control are described and features of use of technologies of three-dimensional modeling are described.
Key word: information science, modeling, technologies, training.