420 Mikic - Modeliranje Masinskih Elemenata i Konstrukcija u Obrazovanju

Download 420 Mikic - Modeliranje Masinskih Elemenata i Konstrukcija u Obrazovanju

Post on 31-Oct-2015

343 views

Category:

Documents

5 download

TRANSCRIPT

  • TEHNIKA I INFORMATIKA U OBRAZOVANJU 3. Internacionalna Konferencija, Tehniki fakultet aak, 79. maj 2010. TECHNICS AND INFORMATICS IN EDUCATION 3rd International Conference, Technical Faculty aak, 79th May 2010.

    UDK: 371:(621.8+004.4CATIA)](075.3) Struni rad

    MODELIRANJE MAINSKIH ELEMENATA I KONSTRUKCIJA U OBRAZOVANJU PRIMENOM SOFTVERSKOG PAKETA CATIA

    Danilo Miki 1

    Rezime: Ovaj rad ukazuje na perspektive daljeg razvoja u oblasti modeliranja mainskih elemenata i konstrukcija u obrazovnom sistemu koristei softverski paket CATIA. Takoe u ovom radu dat je pogled na radna okruenja programa CATIA, gde se ova okruenja definiu kao specifina okruenja koja se sastoje od skupa alata, koji omoguavaju korisniku da izvravaju specifine konstruktorske zadatke u odreenoj oblasti. Na osnovu navedenih analiza, a imajui u vidu publikovane svetske trendove razvoja obrazovanja u ovoj oblasti, ukazano je na potrebu uvoenja ovog programa u naem sistemu obrazovanja za 3D modeliranje proizvoda i procesa. To je program nove generacije za saradnju projektovanja, koji integrie sve aspekte procesa razvoja proizvoda. Obuhvata simultanu upotrebu podataka i geometrijskih informacija od koncipiranja proizvoda do definisanja proizvodnog procesa.

    Kljune rei: Modeliranje mainskih elemenata i konstrukcija, obrazovanje, srednja kola, nastavni program.

    MODELING MECHANICAL AND CONSTRUCTION ELEMENTS IN EDUCATION USING CATIA SOFTWARE PACKAGE

    Summary: This work reviews the perspective of further development in the field of modeling and design of machine elements in the educational system using a software CATIA package. Also in this work presents the view of the working environment of the CATIA program, where the environment is defined as a specific environment consisting of a set of tools that allow the user to perform specific tasks constructors in a particular area. Based on the above analysis, while keeping in mind the published world trends of development of education in this field, pointed to the need of introducing this program in our education system for 3D modeling of products and processes. This program is a new generation of cooperation projects, which integrates all aspects of product development process. Includes the simultaneous use of information and geometric information of drafting product to define the manufacturing process.

    Key words: Machine elements and constructions modelling, education, school secondary, curriculum.

    1 Mr Danilo Miki, prof. ma., Tehnika kola ,,J. ujovi, Vuka Karadia br.3, Gornji Milanovac, E-mail: vtsm@nadlanu.com

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    553

    1. UVOD Savremen razvoj tehnike i tehnologije inicira stalno preispitivanje, promene i usaglaavanje sadraja i naina obrazovanja. Pri tom obrazovanje obuhvata sticanje, usvajanje i usavravanje vetina i znanja u razliitim etapama i na razliitim nivoima, saglasno potrebama i potrebama okruenja. Znaaj i uticaj, a i neminovnost informacionih tehnologija javljaju se u razliitim oblastima ljudskog ivota i rada te i u obrazovanju. Obrazovanje u oblasti tehnikih disciplina, konkretno, ali ne iskljuivo mainske struke, neizostavno ukljuuje intenzivnu primenu informacionih tehnologija. Oblast projektovanja proizvoda i procesa predstavlja bitan faktor obrazovanja kadra mainske struke.. Moderni proizvodni koncepti promoviu istovremenost odvijanja veeg broja konstrukcionih i proizvodnih aktivnosti. Cilj takvog ponaanja i rada je skraenje vremena potrebnog za razvoj proizvoda od ideje do realizacije, uz postizanje visokog kvaliteta. Saglasno tome, koncepti obrazovanja kadra spremnog da prihvati navedene izazove baziraju se na intenzivnoj primeni raunara u okviru strunih disciplina, podrazumevajui pri tom visok nivo raunarske pismenosti i osposobljenosti. Cilj ovog rada je da ukratko proanalizira deo razvoja oblasti projektovanja proizvoda i procesa pomou raunara primenom softverskog programa CATIA V5 u srednjim pa i visokim kolama. CATIA V5 je potpuno nov i ,,uzbudljiv alat za projektovanje podrano raunarom (computer-aided design - CAD), koji inenjeri i dizajneri koriste pri razvoju proizvoda. Pri radu sa svakim novim programskim paketom vano je da se stekne osnovno razumevanje njegovih mogunosti i ogranienja. Program CATIA V5 je napisan kao reenje nezavisno od operativnog sistema raunara, koje nudi nebrojene mogunosti za strukturiranje programskih modula i prilagoavanje korisniku. Ovaj programski paket se umnogome zasniva na osnovnim elementima izgleda i ponaanja operativnog sistema Windows. Osnovni motiv da ovakvim programima se postignu rezultati u rangu evropskih i svetskih, ali sa znatno izraenom neusaglaenou programa s optereenjem polaznika, njihovim mentalnim sposobnostima, metodolokim pristupima i sl. S druge strane, i ako optereeni nedostacima, obrazovni nivo i tehnoloka opremljenost predstavljaju dobru osnovu za primenu mera za prevazilaenje navedenih problema radi dostizanja visokog nivoa kvaliteta u obrazovanju. U narednom poglavlju dat je kratak istorijski razvoj oblasti modeliranja mainskih elemenata i konstrukcija, kako na srednjokolskom nivou, tako i na univerzitetskom. Budui da su se, prema linom saznanju, stvorili uslovi za redizajn nastavnog programa, kroz diskusiju o dobrim i loim stranama dananjeg pristupa.

    2. RAZVOJ MODELIRANJA MAINSKIH ELEMENATA I KONSTRUKCIJA

    Oblast raunarskog modeliranja mainskih elemenata i konstrukcija prvi put se kod nas u Srbiji pominje 1994. godine. To je uinjeno u sklopu uvoenja obrazovnog profila Mainski tehniar za kompjutersko konstruisanje, sa izuavanjem predmeta Modeliranje mainskih elemenata i konstrukcija u III i IV razredu. Ovaj predmet danas sadri trodimenzionalno 3D modeliranje proizvoda kao i 3D modeliranje procesa.

    Zatim poinje novi pristup 1998. godine usmeren ka 3D zapreminskom modeliranju proizvoda i procesa.

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    554

    Od 2003. godine kroz primenu softvera za ravansko i prostorno crtanje kao to je AutoCAD i drugih aplikativnih softvera obezbeivana je osnova tehnike raunarske pismenosti. Oigledno je da su mnoge aktivnosti na ovom planu, kao i vreme njihovog zapoinjanja, bile direktna posledica razvoja raunara i informacionih tehnologija.

    Na mainskim fakultetima raunarsko modeliranje proizvoda i procesa ima duu tradiciju, ali je i u ovom sluaju bilo u najveoj meri uslovljeno situacijom na polju raunara i informacionih tehnologija. Uvoenjem ovih disciplina u nastavu bilo je oteano nedovoljno dobrom materijalnom situacijom. Fakulteti uvode predmete koji pod razliitim nazivima i u razliitom obimu promoviu raunarom podrano projektovanje (engl. Copmuter Aided Design-CAD) i raunarom podranu proizvodnju (engl. Computer Aided Manufacturing - CAM). To je pogotovu izraeno u poslednjoj reformi Bolonjske deklaracije. Uvoenjem obrazovnog profila Mainski tehniar za kompjutersko konstruisanje 1994. godine, kao i kasnije, u vreme donoenja izmena 1998. godine mali broj srednjih kola je mogao da obezbedi tehnike mogunosti za izvoenje nastave na nain kako je to bilo zamiljeno. Glavni razlog je bila veoma teka materijalna situacija i slaba opremljenost raunarskih kabineta. S druge strane, predloene novine su bile toliko velike sa stanovita dotadanje prakse, da vei deo nastavnog osoblja nije bio struno osposobljen da ih sprovede.

    Polovinom 1999. godine organizovani su seminari strunog usavravanja nastavnika za izvoenje nastave na predmetima Kompjuterska grafika i Modeliranje mainskih elemenata i konstrukcija. Ti seminari odnosili su se uglavnom na jedan do dva softvera, ne vodei mnogo rauna o specifinim potrebama i mogunostima uenika, nastavnika, kao ni o opremljenosti kola, to dovodi do niza neusaglaenosti, pa i problema u nastavi i dodatnim aktivnostima.

    Danas se kod nas u srednjim Mainsko-tehnikim kolama u oblasti Modeliranja mainskih elemenata i konstrukcija i Proizvodnih procesa, primenjuju veinom softveri: - Pro/DESKTOP, u okviru predmeta Kompjuterska grafika i Osnove kompjuterske grafike, kao i Modeliranje mainskih elemenata i konstrukcija, - PRO/ENGINEER, u okviru predmeta Modeliranje mainskih elemenata i konstrukcija, dok se u ostalim srednjim Mainskim kolama, pored ova dva koja su uglavnom zastupljena, koriste i SolidWorks, SolidEdge, Mechanical Desktop, Inventor, SolidCAM, EdgeCAM.

    Metodologija modeliranja znatno je napredovala poslednjih godina, pa treba uvesti modifikacije koje su usmerene ka olakanju realizacije ishoda obrazovanja. Programi predmeta ne obavezuju primenu konkretnog softvera za izvoenje nastave.

    Meutim ovi pomenuti programi nisu mogli primarno da se koriste u automobilskoj i avio industriji za razvoj automobila i aviona. Takoe se moe rei da se nisu mogli sresti u najrazliitijim granama, ukljuujui svemirski program, industrijski pribor, arhitekturu, graevinarstvo, proizvode iroke potronje, elektroniku, medicinu, industriju nametaja, projektovanje maina alatki, livenje i duboko izvlaenje i brodogradnju. Za sve ovo je podran trodimenzionalni interaktivni programski paket CATIA.

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    555

    3. PRIMENA SOFTVERSKOG PAKETA CATIA

    CATIA Computer Aided Three Dimensional Interactive Application (raunarom podran trodimenzionalni interaktivni programski paket). Softver je razvio Dessault Systems, Francuska, ranih osamdesetih godina prolog veka, prvenstveno za potrebe avio industrije. Dalje je razvijan uz podrku kompanije IBM. To je program nove generacije za saradnju projektovanja, koji integrie sve aspekte procesa razvoja proizvoda. Obuhvata simultanu upotrebu podataka i geometrijskih informacija od koncipiranja proizvoda do definisanja proizvodnog procesa.

    Zasniva se na grafikom korisnikom okruenju (Graphical User Interface - GUI), koje je razvijeno korienjem Microsoft Windows i Web tehnologija. To znai da je aplikacija potpuno usklaena sa poznatim Windows okruenjem.

    Organizacija CATIA V5 je definisana kroz tri platforme oznaene sa P1, P2 i P3, tako da nude razliite procese razvoja proizvoda upotrebom programa. P1 je platforma koja je idealno reenje za poetnike koji ele da preu na 3D modeliranje. Ona nudi osnovne mogunosti za 3D modeliranje. P2 omoguava integrisano projektovanje, analizu, proizvodnju i razvoj infrastrukture proizvoda. P3 daje napredna reenja posebno prilagoena za automobilsku i avio industriju.

    CATIA V5 sadri programske module koji kroz okruenja sa paletama alatom omoguavaju korisniku da se bavi razliitim poslovima u procesu razvoja proizvoda, kao to su: Infrastruktura, Projektovanje mainskih elemenata i konstrukcija, Oblikovanje i stilizovanje proizvoda, Analiza-ispitivanje i simulacija proizvoda, AEC Postrojenja, Mainska obrada i NC maine, Digitalni modeli, Oprema i projektovanje sistema, Digitalni proces za obradu-proizvodnju, Simulacija mainske obrade i maina, Ergonomska projektovanja mainskih elemenata i analiza, Poznavanje gotovih proizvoda, Mreni rad preko interneta.

    Slika 1: Namenski skupovi modula (Application portfolios)

    Svi ovi moduli imaju definisana okruenja sa paletama alata koji omoguavaju njihovo izvoenje.

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    556

    CATIA V5 se nudi u obliku razliitih skupova programskih modula (application portfolios). Ovi skupovi imaju za cilj da grupiu razliite skupove paleta sa alatima (Workbenches) da bi se udovoljilo potrebama korisnika sa razliitim ulogama u procesu razvoja proizvoda.

    CATIA V5 nudi mnogi iri spektar programskih paketa i proizvoda nego to je mogue prikazati na ograninom prostoru u ovom radu. Ovaj rad je skoncentrisan na namenski skup modula za projektovanje u mainstvu za verziju programa V5. Na (slici 1) prikazani su osnovni namenski skupovi modula koji se mogu nai u programu CATIA V5.

    4. RADNO OKRUENJE CATIE

    CATIA radi u razliitim radnim okruenjima. Radno okruenje (Workbench) se definie kao specifino okruenje koje se sastoji od skupa alata, koji omoguavaju korisniku da izvrava specifine konstruktorske zadatke u odreenoj oblasti.

    Osnovna radna okruenja u CATIA V5 su: Modeliranje delova (Part Design) je parametarsko i na fierima zasnovano okruenje u kojem se kreiraju solid modeli. Modeliranje ianih modela i povrina (Wireframe and Surface Design) je parametarsko i na fierima zasnovano okruenje u kojem se kreiraju iani i povrinski modeli. Alati dostupni u ovom okruenju su slini kao i u Part Design okruenju sa razlikom to se koriste za kreiranje osnovnih ili sloenih povrina. Modeliranje sklopova (Assembly Design) se koristi za sklapanje komponenata korienjem ogranienja sklapanja koja su dostupna u ovom radnom okruenju. Crtanje (Drafting) se koristi izradu dokumetacije kreiranih delova ili sklopova u obliku pogleda i njihovim detaljisanjem.

    Skupovi paleta alata (Workbenches)

    Termin ,,workbench, koji se odnosi na namenski skup paleta alata, esto se koristi unutar okruenja programa CATIA V5. Ovaj termin oznaava, pre svega, radno okruenje unutar namenskog skupa modula, koje nudi jedinstvenu funkcionalnost namenjenu kreiranju i menjanju geometrije. Veina skupova paleta je specifina za pojedini namenski skup modula. Meutim, neki od njih (kao to je skup paleta za skiciranje) integrisani su u viestruke platforme.

    CATIA V5 nudi irok spektar skupova paleta sa alatima i relevantnih proizvoda. Skupove paleta alata (Workbenches) prikazane na (slici 2) i ine: Part Design (Projektovanje i konstrukcija delova), Assembly Design (Montaa-sastavljanje sklopova), Shetcher (Skiciranje dvodimenzionalnih profila), Product Functional Tolerancing &Annotation (Rezultati funkcionalnih tolerancija i objanjenje-napomena), Weld Design (Izrada zavarivanje mainskih konstrukcija), Mold Tooling Design (Izrada alata-kalupa), Structure Design (Struktura graa sklopova), 2D Layout for 3D Design (2D raspored za 3D oblikovanje modela), Drafting (Izrada tehnike dokumentacije), Core &Cavity Design (Projektovanje jezgra i upljina), Healing Assistant (Pomono spajanje lepljenjem), Functional Molded part (Funkcionalna izrada delova), Sheet Metal Design (Alati za izradu kompleksnih delova od lima), Sheet Metal Production (Alati za obradu delova od lima), Composites Design (Sloene konstrukcije), Wireframe and Surface Design (Izrada ianih i povrinskih delova), Generative Sheetmetal Design (Izrada alata za obradu lima), Functional Tolerancing & Annotation (Funkcionalna tolerancija i objanjenje-napomena).

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    557

    Skup paleta sa alatima ine 18 modula i nudi nebrojene mogunosti za strukturiranje programskih modula i prilagoavanje korisniku i napomenuu neke od njih koji se esto koriste unutar okruenja programa: Projektovanje i konstrukcija delova: Jezgro programa namenjeno zapreminskom modeliranju mainskih delova, Montaa-sastavljanje sklopova: Omoguava sklapanje delova, Skiciranje: Modul za skiciranje (kreiranje) 2D elemenata i 3D geometrije, Rezultati funkcionalnih tolerancija i objanjenja - napomena: Jezgro programa namenjeno tolerancijama, Izrada zavarenih mainskih konstrukcija: Modul zavarivanja elemenata, Izrada alata-kalupa: Izrada svih vrsta kalupa kao i proces ulivanja plastike. Struktura graa sklopova: Struktura i organizacija proizvoda, 2D Raspored za 3D oblikovanje modela: Simulacija 2D mehanizama za kreiranje povrinskih i zapreminskih modela. Izrada tehnike dokumentacije: Izrada tehnikih crtea sklopova i delova, Projektovanje jezgra i upljina: Omoguava definisanje jezgra i upljina, Pomono spajanje lepljenjem: Omoguava spajanje elemenata pomou lepljenja, Funkcionalna izrada delova: Upravljanje sa viestrukim konfiguracijama delova delova i sklopova, Alati za izradu kompleksnih delova od lima: Moduli za izrdu oblikovanja delova od lima.

    Slika 2: Skupovi paleta sa alatima (Workbenches)

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    558

    5. OBRAZOVANJE IZ OBLASTI MODELIRANJA U RAZVIJENIM ZEMLJAMA

    Oblast Modeliranja mainskih elemenata i konstrukcija izuava se u svim zemljama Evropske unije. Planovi i programi se razlikuju u manjoj ili veoj meri, kao i softveri koji se u tu svrhu koriste. To je sasvim razumljivo, imajui u vidu da su planovi i programi usklaeni s potrebama industrije i trita.

    Mogu se navesti sledei pristupi softvera, npr. u Velikoj Britaniji se pored CAD/CAM tehnologija, podrano je uvoenje i drugih modernih tehnologija, kao to su inteligentno upravljanje, internet i dr. Na taj nain se ne samo osavremenjuje planovi i programi, ve i istie znaaj poznavanja i primene novih tehnologija, kako sa stanovita korienja kroz potroake proizvode, tako i sa stanovita ukljuivanja u moderne trine tokove i sveopteg razvoja.

    U Americi je 1999. godine osnovan obrazovni program sa osnovnom idejom da znatno unapredi tradicionalne pristupe obrazovanju uvoenjem savremenih tehnologija i metodologija.

    Ovo navodim da treba iskoristiti dobre strane klasinog obrazovanja, ali pojaati ih prednostima koje pruaju informacione tehnologije u zemljama okruenja. Na taj nain bi se uenici motivisali da svoje znanje i vetine stiu kroz istraivanje i iskustvo, uz pomo svojih nastavnika, saradnika pa i roditelja. Poreenje naeg obrazovnog sistema sa drugima je nuno i vano. Za to je neophodno nainiti daleko iru analizu nego to je to bio zadatak ovog rada.

    Dosadanji napori na uvoenju novih tehnologija u obrazovne programe srednjih mainskih kola kod nas u Srbiji daju zadovoljavajue rezultate. U proteklom periodu steeno je iskustvo na osnovu koga se mogu sprovesti nune izmene u planu i programu. Meutim, problemi su brojni. U oblasti modeliranja promene su veoma este. Te promene tee ka novim udbenicima i literaturama, jasno je da je nedostatak literature veliki. Posebno kada se ima u vidu da jedan deo objavljenih knjiga nije pisan uvaavajui pedagoke, psiholoke aspekte, ve u velikoj meri predstavljaju direktan, neadaptiran prevod ,,help fajlova softvera.

    Danas se u svetskim obrazovnim programima sve ee koriste tzv. edukacioni softverski agenti, ali su nama nedostupni. Iako vizuelizacija CAD/CAM softvera znatno olakava komunikaciju i otklanja delimino navedene probleme, visoka obuenost i poznavanje jezika su veoma vani. Treba napomenuti da se permanentno obrazovanje strunjaka u ovoj oblasti podrazumeva.

    Vodei svetski softveri poseduju toliko velike mogunosti i zasnovani su na najnaprednijim konceptima inenjerske i informatike prakse, da ih je gotovo opasno koristiti bez irih znanja iz oblasti.

    To znai da je neophodno uenje usmeriti ka kljunim strunim znanjima mainske struke, a softver koristiti kao sredstvo automatizacije i savremenog tehnikog izraavanja i komunikacije. CAD/CAM softver moe se posmatrati kao oslonac koji korisnicima omoguava istraivanje, razvija kreativnost i podie efikasnost, navodi korisnika na reenje i smanjuje motoriki napor kreiranja modela. Ali dominantni ishodi vezani su za sposobnost reavanja mainskih i tehniko-tehnolokih problema, npr. konstrukcije mainskih elemenata i sklopova, izvoenje tehnolokih postupaka i sl.

    Pravilnim usklaivanjem programa stvaraju se osnove za uvoenje oblasti modeliranja proizvoda i procesa i u osnovne kole, to do sada nije bio sluaj. To se moe uiniti kroz

  • Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Danilo Miki

    559

    sekcije ili posebne nastavne jedinice, ali svakako predstavlja jo jedan korak napred u dostizanju standarda i prakse u razvijenim zemljama.

    6. ZAKLJUAK

    Vodei svetski softveri poseduju toliko velike mogunosti i zasnovani su na najnaprednijim konceptima inenjerske i informatike prakse, i znatnu kvalitetnu hardversku podrku. Neke od tih verzija zahtevaju rad u mrei, dakle iziskuju vezu sa bazom. U CATIA je zasnovano modulom Enovia V5 VPM (mreni rad preko interneta).

    CATIA V5 nudi novu strukturu procesa modeliranja mainskih elemenata i sistema, koja je razvijena na bazi jedinstvenog skupa alata za razvoj raunarskih programa, optimizovanu za Microsoft Windows okruenje. Celokupno grafiko korisniko okruenje je ponovo izgraeno i zasniva se na paletama alata, ikonama i kontekstualno osetljivim menijima. Ova nova struktura menija bazirana na ikonama ima za cilj da skrati vreme potrebno za ovladavanje programom, to drugi softveri to nemaju.

    Najimpresivniji aspekti programa CATIA V5 su integracija razliitih skupova paleta alata i neprekidan tok rada u grafikom korisnikom okruenju. Zapreminski elementi se uglavnom kreiraju na osnovu skiciranih elemenata, ili elemenata poznate topologije, koji zahtevaju samo reference za postavljanje na model. Ovakav pristup omoguava znatno veu fleksibilnost u odnosu na ranije pomenute verzije programa.

    Treba istai da je posebno vaan aspekt vreg promovisanja softverskih programa vezan za uvoenje standarda kvaliteta u obrazovanju. 7. LITERATURA [1] N. G. Zamani, J. M. Weaver: Catia V5 Tutorials in Mechanism Design and Animation, SDC Publications, www.schroff.com, www.schroff-europe.com [2] D. S. Kelley: Catia for Design and Engineering Version 5 Releases 14 & 15, SDC Publications, www.schroff.com, www.schroff-europe.com [3] Fred Karam, Charles Kleismit: Catia V5, aak, 2004. [4] Dr. . Mici: Inenjerska grafika, Kragujevac, 1998. [5] Devedi G. , Ivanovi L., Eri M. (2005). Trendovi primene CAD/CAM sistema u

    inenjerstvu i edukaciji, XXX Savetovanje proizvodnog mainstva SCG, Vrnjaka Banja, 1-3. septembar.

    [6] CAD/CAM in Schools, http://www.cadinschools.org [7] Hamade R.F., Artail H.A., Jaber M.Y. (2006). Evaluating the Learning Process of

    Mechanical CAD Students, Computers & Education, (article in press). [8] D. Miki, D. Golubovi, Metode i postupci unapreenja kvaliteta srednjokolskog i visokokolskog obrazovanja, 5th Research expert conference with international participation-quality, 2007. Neum, BiH., Str. 321-325.

Recommended

View more >