racunalno podrzane laboratorijske vjezbe

6
Računalno podržane laboratorijske vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva D. Purković, N. Tomac i Z. Kolumbić Odsjek za politehniku Filozofski fakultet u Rijeci Omladinska 14. 51000 Rijeka, Hrvatska Telefon: 051 345 046 Fax: 051 345 207 E-mail: [email protected] Sažetak – U samoj je jezgri edukacije kolegija strojarskog inženjerstva provedba pogodnih laboratorijskih vježbi koje su često: (a) na originalima praktično neizvodive, a (b) na računalnim modulima nedovoljno jasno vizualizirane. Nakon kratkog komentara o nastavi i značaju laboratorijskih vježbi, u uvodnom je dijelu rada ukratko opisana kombinirana laboratorijska vježba s analizom mirujućeg originala i praktičnim vježbanjem na interaktivnom računalnom modulu. Izložena je koncepcija generaliziranog osnovnog prozora s parcijalnim prozorima interaktivnih računalnih modula za laboratorijske vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva. U drugom su dijelu rada prikazane slike originala korištenih na laboratorijskim vježbama iz kolegija Materijali, Strojarske tehnologije 1 te Cestovna vozila i promet na Odsjeku za politehniku Filozofskog fakulteta u Rijeci, kao i slike pogonskih originala. Nakon slika slijede opisi odgovarajućih idejnih rješenja interaktivnih računalnih modula za tri vježbe iz strojarskog inženjerstva: (1) mehanička svojstva materijala vlačne karakteristike materijala (2) obrada komada skidanjem strugotine – uzdužno tokarenje i (3) sustavi vozila – ovjes. Opisani su osnovni prozori interaktivnih računalnih modula i sadržani parcijalni prozori. I. UVOD U članku o edukaciji kemijskog inženjerstva u sljedećem stoljeću Gillette naglašava ključnu ulogu procesa edukacije u opstanku čovječanstva [1]. S druge strane, danas postoji opća suglasnost o potrebi reforme tradicionalne nastave u oblasti edukacije inženjera. Danas su česta predavanja u obliku emisija teoretskih informacija bez uključivanja studenata u diskusije i laboratorijskih vježbi po receptima iz kuharica uz nedovoljan praktični rad studenata [2, 3]. Generalizirani su teoretski matematički izrazi neophodni ali su u samoj jezgri edukacije inženjera ipak laboratorijske vježbe [4]. Značaj je laboratorijskih vježbi istaknut u priopćenju Eastlakea, naslova: "Reci mi – zaboraviti ću, pokaži mi – prisjetiti ću se, uključi me – razumjeti ću" [5]. Inženjer koji ne razumije procese na kojima radi može biti čak i veoma opasan. Meñutim, zbog ograničenja raspoloživim laboratorijskim prostorom, opremom i financijskim sredstvima te fondom sati laboratorijskih vježbi, teško je svakog studenta uključiti u praktični rad na svakoj vježbi, što je neophodno za njihovo razumijevanje aktualnih procesa i izgradnju inženjerskog osjećaja. Laboratorijske su vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva na originalima često praktično neizvodive – u laboratoriju/radioni nema potrebne opreme (npr. blanjalica, bušilica, tokarilica, glodalica, brusilica), nema dovoljno materijalnih sredstava (npr. potrošnog materijala, alata i pribora za obradu metala rezanjem) ili je provedba pokusa preopasna (npr. moguće povrede nevještih studenata tijekom strojne obrade metala rezanjem). Računalni su moduli pak često nedovoljno jasno vizualizirani (studentima uglavnom nedostaje osjećaj za prostor i složena gibanja u prostoru). Jedna od pogodnih mogućnosti je kombinacija analize mirujućih originala i provedbe pokusa na pokretnim interaktivnim računalnim modulima. Analizom se mirujućih originala može eliminirati problem nerazumijevanja procesa zbog nedostatka osjećaja za prostor , a pokretanjem se originala od strane voditelja vježbe može eliminirati i nerazumijevanje procesa uslijed nedostatka osjećaja za složena gibanja u prostoru. Mirujuće originale treba analizirati prije i/ili tijekom i/ili nakon rada na interaktivnim računalnim modulima. Edukativnost nedostajućih originala se može samo djelomično nadoknaditi pogodnim skicama, blok i/ili slikovitim shemama, tehničkim nacrtima, fotografijama i filmovima. Kolegiji strojarskog inženjerstva bi trebali studente na fakultetima osposobiti za učinkovito rješavanje problema s kojima će se kasnije sretati u praksi. Značajan je prilog postizanju tog cilja suočavanje studenata s problemima iz prakse tijekom laboratorijskih vježbanja na pogodno osmišljenim interaktivnim računalnim modulima [6]. Na taj način, pored olakšavanja razumijevanja pojedinih detalja aktualnih procesa, omogućava se studentima i isprobavanje niza različitih rješenja praktičnih problema bez bojazni od pojave oštećenja skupe opreme i/ili uništavanja materijala i/ili povreda. Pristup se studenata laboratorijskim vježbama potpuno otvara spajanjem s Internetom [7]. Naime, razvijeni interaktivni računalni moduli se mogu bez većih problema povezati s Internetom [8, 9, 10], te studenti mogu pripremiti ili ponoviti laboratorijsku vježbu s računala van fakulteta, u vrijeme koje im za to najviše odgovara. Na temelju rezultata istraživanja [11] može se zaključiti da bi učinkovitosti usvajanja gradiva značajno doprinijela naprava koja bi na ruku studenta tijekom provedbe interaktivne laboratorijske vježbe kvantitativno prenosila aktualne sile, naravno, u odgovarajućem omjeru. U literaturi je opisan niz primjera računalno podržanih laboratorijskih vježbi iz oblasti elektrotehnike i njene primjene u strojarstvu, na primjer: daljinska kontrola elektromotora istosmjerne struje [12], prikupljanje podataka o procesu u realnom vremenu [13], menadžment izrade projekata iz informatike [6], fleksibilni sustav automatske kontrole [14], mehatronički mikrokontroleri [15], web laboratorij proizvodnih programibilnih logičkih kontrolera [16], primjena virtualne realnosti u proizvodnji [17]. Opisi računalno podržanih laboratorijskih vježbi iz "čistog" strojarstva se rjeñe nalaze u literaturi, na primjer: pokus torzije [18], obrada metala rezanjem [10], web laboratorij za prijenos mase [8].

Upload: virgilio-lux

Post on 24-Oct-2014

61 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

Računalno podržane laboratorijske vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva

D. Purković, N. Tomac i Z. Kolumbić Odsjek za politehniku

Filozofski fakultet u Rijeci Omladinska 14. 51000 Rijeka, Hrvatska

Telefon: 051 345 046 Fax: 051 345 207 E-mail: [email protected]

Sažetak – U samoj je jezgri edukacije kolegija strojarskog inženjerstva provedba pogodnih laboratorijskih vježbi koje su često: (a) na originalima praktično neizvodive, a (b) na računalnim modulima nedovoljno jasno vizualizirane. Nakon kratkog komentara o nastavi i značaju laboratorijskih vježbi, u uvodnom je dijelu rada ukratko opisana kombinirana laboratorijska vježba s analizom mirujućeg originala i prakti čnim vježbanjem na interaktivnom računalnom modulu. Izložena je koncepcija generaliziranog osnovnog prozora s parcijalnim prozorima interaktivnih ra čunalnih modula za laboratorijske vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva. U drugom su dijelu rada prikazane slike originala korištenih na laboratorijskim vježbama iz kolegija Materijali, St rojarske tehnologije 1 te Cestovna vozila i promet na Odsjeku za politehniku Filozofskog fakulteta u Rijeci, kao i slike pogonskih originala. Nakon slika slijede opisi odgovarajućih idejnih rješenja interaktivnih ra čunalnih modula za tri vježbe iz strojarskog inženjerstva: (1) mehanička svojstva materijala – vlačne karakteristike materijala (2) obrada komada skidanjem strugotine – uzdužno tokarenje i (3) sustavi vozila – ovjes. Opisani su osnovni prozori interaktivnih računalnih modula i sadržani parcijalni prozori.

I. UVOD

U članku o edukaciji kemijskog inženjerstva u sljedećem stoljeću Gillette naglašava ključnu ulogu procesa edukacije u opstanku čovječanstva [1]. S druge strane, danas postoji opća suglasnost o potrebi reforme tradicionalne nastave u oblasti edukacije inženjera. Danas su česta predavanja u obliku emisija teoretskih informacija bez uključivanja studenata u diskusije i laboratorijskih vježbi po receptima iz kuharica uz nedovoljan praktični rad studenata [2, 3].

Generalizirani su teoretski matematički izrazi neophodni ali su u samoj jezgri edukacije inženjera ipak laboratorijske vježbe [4]. Značaj je laboratorijskih vježbi istaknut u priopćenju Eastlakea, naslova: "Reci mi – zaboraviti ću, pokaži mi – prisjetiti ću se, uključi me – razumjeti ću" [5]. Inženjer koji ne razumije procese na kojima radi može biti čak i veoma opasan. Meñutim, zbog ograničenja raspoloživim laboratorijskim prostorom, opremom i financijskim sredstvima te fondom sati laboratorijskih vježbi, teško je svakog studenta uključiti u praktični rad na svakoj vježbi, što je neophodno za njihovo razumijevanje aktualnih procesa i izgradnju inženjerskog osjećaja.

Laboratorijske su vježbe iz kolegija strojarskog inženjerstva na originalima često praktično neizvodive – u laboratoriju/radioni nema potrebne opreme (npr. blanjalica, bušilica, tokarilica, glodalica, brusilica), nema dovoljno materijalnih sredstava (npr. potrošnog materijala, alata i pribora za obradu metala rezanjem) ili je provedba pokusa

preopasna (npr. moguće povrede nevještih studenata tijekom strojne obrade metala rezanjem). Računalni su moduli pak često nedovoljno jasno vizualizirani (studentima uglavnom nedostaje osjećaj za prostor i složena gibanja u prostoru). Jedna od pogodnih mogućnosti je kombinacija analize mirujućih originala i provedbe pokusa na pokretnim interaktivnim računalnim modulima.

Analizom se mirujućih originala može eliminirati problem nerazumijevanja procesa zbog nedostatka osjećaja za prostor , a pokretanjem se originala od strane voditelja vježbe može eliminirati i nerazumijevanje procesa uslijed nedostatka osjećaja za složena gibanja u prostoru. Mirujuće originale treba analizirati prije i/ili tijekom i/ili nakon rada na interaktivnim računalnim modulima. Edukativnost nedostajućih originala se može samo djelomično nadoknaditi pogodnim skicama, blok i/ili slikovitim shemama, tehničkim nacrtima, fotografijama i filmovima.

Kolegiji strojarskog inženjerstva bi trebali studente na fakultetima osposobiti za učinkovito rješavanje problema s kojima će se kasnije sretati u praksi. Značajan je prilog postizanju tog cilja suočavanje studenata s problemima iz prakse tijekom laboratorijskih vježbanja na pogodno osmišljenim interaktivnim računalnim modulima [6]. Na taj način, pored olakšavanja razumijevanja pojedinih detalja aktualnih procesa, omogućava se studentima i isprobavanje niza različitih rješenja praktičnih problema bez bojazni od pojave oštećenja skupe opreme i/ili uništavanja materijala i/ili povreda.

Pristup se studenata laboratorijskim vježbama potpuno otvara spajanjem s Internetom [7]. Naime, razvijeni interaktivni računalni moduli se mogu bez većih problema povezati s Internetom [8, 9, 10], te studenti mogu pripremiti ili ponoviti laboratorijsku vježbu s računala van fakulteta, u vrijeme koje im za to najviše odgovara.

Na temelju rezultata istraživanja [11] može se zaključiti da bi učinkovitosti usvajanja gradiva značajno doprinijela naprava koja bi na ruku studenta tijekom provedbe interaktivne laboratorijske vježbe kvantitativno prenosila aktualne sile, naravno, u odgovarajućem omjeru.

U literaturi je opisan niz primjera računalno podržanih laboratorijskih vježbi iz oblasti elektrotehnike i njene primjene u strojarstvu, na primjer: daljinska kontrola elektromotora istosmjerne struje [12], prikupljanje podataka o procesu u realnom vremenu [13], menadžment izrade projekata iz informatike [6], fleksibilni sustav automatske kontrole [14], mehatronički mikrokontroleri [15], web laboratorij proizvodnih programibilnih logičkih kontrolera [16], primjena virtualne realnosti u proizvodnji [17]. Opisi računalno podržanih laboratorijskih vježbi iz "čistog" strojarstva se rjeñe nalaze u literaturi, na primjer: pokus torzije [18], obrada metala rezanjem [10], web laboratorij za prijenos mase [8].

Page 2: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

Iskustva stečena u nastavi strojarskih kolegija su pokazala da osnovni prozori (OP) interaktivnih računalnih modula za vježbe tehničkih predmeta načelno trebaju sadržati četiri parcijalna prozora (PP) – sl. 1.

slika – vizualizacija aktualnog procesa

dijagram – grafička kvantifikacija procesa

tablica – odreñivanje vrijednosti veličina

pomoć – Definicije, Formule, Podaci, Literatura

Sl. 1. OP i PP interaktivnog računalnog modula

Osnovne su namjene PPa: • slika – vizualizacija odvijanja aktualnog procesa pod

različitim uvjetima, koji se zadaju u samom PP slika i/ili preko PPa dijagram i/ili tablica,

• dijagram – grafička kvantifikacija aktualnog procesa u cilju stjecanja osjećaja o uzajamnom utjecaju značajnih veličina, koje se zadaju u samom PP dijagram i/ili preko PPa slika i/ili tablica,

• tablica – odreñivanje vrijednosti značajnih veličina aktualnog procesa u cilju provjere točnosti zaključaka i/ili rezultata izračunavanja,

• pomoć – različiti oblici eventualno potrebne pomoći: Definicije, Formule, Podaci, Literatura za učinkovito savladavanje laboratorijske vježbe i temeljito usvajanje relevantnog gradiva.

Sadržaje parcijalnih prozora je najjednostavnije detaljnije pojasniti na tri primjera iz kolegija Odsjeka za politehniku Filozofskog fakulteta u Rijeci: (1) Materijali, (2) Strojarske tehnologije 1 i (3) Cestovna vozila iz programa kolegija.

II. PRIMJERI IDEJNIH RJEŠENJA MODULA

Rad obuhvaća slike korištenih i pogonskih originala te opise interaktivnih računalnih modula:

1. Materijali – vlačne karakteristike materijala, 2. Strojarske tehnologije 1 – tokarenje i 3. Cestovna vozila i promet – ovjes vozila

za programe Odsjeka za politehniku Filozofskog fakulteta u Rijeci i idejna rješenja OP i PP računalnih modula.

A. Materijali

Nov interesantan pristup nastavi Materijala za inženjere opisuje prof. Ashby [19]. Nastava počinje grupiranjem i usporednom analizom svojstava/karakteristika, materijala u cilju snalaženja studenata u izboru optimalnog materijala. U detalje strukture/grañe/ponašanja materijala se ulazi kasnije kad se za to ukaže potreba tijekom izučavanja pojedinih grupa materijala.

Za potrebe nastave Materijala je pod vodstvom prof. Ashbyja razvijen program CES (Cambridge Engineering Selector – sl. 2.) za usporednu analizu najvažnijih karakteristika konstrukcijskih materijala [20]. Bez obzira na visoku cijene ovaj bi program na fakultetima trebalo uključiti u laboratorijske vježbe iz kolegija Materijali.

U strojarsko inženjerskom pristupu materijalima osobito su važna mehanička svojstva: elastičnost/plastičnost (normirane su karakteristike: modul elastičnosti, granica

razvlačenja, konvencionalna granica razvlačenja) i čvrstoća (normirane su karakteristike: vlačna i tlačna čvrstoća, tvrdoća, lomna žilavost, dinamička izdržljivost).

WKC89,01 – WC (89%)-Co WŽ – W, žica φ 25 µm NLČ5160 – čelik AISI 5160 DKL – dijamant C laminat SLLG – sivi lijev ZKČ – zlato EPA – epoksid / aramid

BVP – beton visokih performansi LB – laki beton PMIP – poli(metakril-imid) pjena ZrP – cirkonijska pjena UP – ugljična pjena LIB – laki izolacijski beton ASKP – Al Si-karbidna pjena

Sl. 2. Primjer dijagrama iz program CES za usporednu

analizu karakteristika materijala

Za opis je idejnog rješenja kombinirane laboratorijske vježbe iz kolegija Materijali odabrana vježba Vlačne karakteristike materijala, a na slikama 3 i 4 su prikazani originali – neispravna fakultetska i suvremena kidalica. Kod fakultetske je kidalice u kvaru hidraulični sustav, a postavlja se pitanje racionalnosti skupe popravke praćene teško rješivim problemom nabavke odgovarajućih dijelova. Ipak je i analiza neispravnog originala dovoljna za jasnu predodžbu rada kidalice.

Sl. 3. Neispravna fakultetska kidalica

Sl. 4. Suvremena pogonska kidalica

OP interaktivnog računalnog modula za laboratorijsku vježbu Vlačne karakteristike materijala prikazan je na sl. 5. OP1 obuhvaća četiri PPa: (1) slika sa skicom normirane epruvete za ispitivanje vlačne čvrstoće, (2) dijagram koji prikazuje promjene deformacija s promjenama opterećenja, (3) tablica sa zadanim i izračunatim vrijednostima veličina

Page 3: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

i (4) pomoć s mogućim daljim izborom PPa: Definicije, Formule, Podaci i Literatura.

Sl. 5. Vlačne karakteristike materijala – OP1

U parcijalnim prozorima OP1 (sl. 5.) su mogući izbori (klik desnom tipkom miša na odgovarajuće polje): o slika – tip opterećenja (vlak, tlak), o tablica – materijal (podloga je program CES) i

aktualno opterećenje (zadate/izračunate vrijednosti) o pomoć – vrsta pomoći (aktualni izbor je Formule).

Izborom prozora slika (klik lijevom tipkom miša na pravokutnik u gornjem desnom kutu prozora) mijenja se OP1 u OP11 prikazan na sl. 6.

Sl. 6. Vlačne karakteristike materijala – OP11

U novootvorenom OP11 (sl. 6) moguće je: 1. kursorom mijenjati veličinu sile Fv (slika), pri čemu

se automatski mijenjaju: izgled epruvete (slika) te položaj točke i krivulja koja je spaja s ishodištem na dijagramu σ = f(ε) (dijagram), kao i brojčane vrijednosti u tablici Aktualno opterećenje (tablica),

2. kursorom pomjerati točku na dijagramu σ = f(ε) (dijagram), pri čemu se automatski mijenjaju: krivulja koja spaja točku s ishodištem (dijagram), veličina vektora sile Fv i dimenzije epruvete (slika) te

brojčane vrijednosti u tablici Aktualno opterećenje (tablica),

3. zadavati vrijednosti u tablici Aktualno opterećenje (tablica), pri čemu se automatski mijenjaju: veličina vektora sile Fv i dimenzije epruvete (slika) te položaj točke i krivulja koja je spaja s ishodištem na dijagramu σ = f(ε) (dijagram).

U OP11 (sl. 6) se klikom na polje Pomoć u gornjem lijevom dijelu OP11 otvara prozor pomoć (prikazan na sl. 3), a u OP1 vraća se klikom na polje Izlaz.

B. Strojarske tehnologije 1

Kolegij Strojarske tehnologije 1 obuhvaća: obradu materijala plastičnim oblikovanjem (valjanje, prešanje, ekstruzija, vučenje, kovanje) i obradu materijala skidanjem strugotine (piljenje, blanjanje, tokarenje, bušenje, glodanje, brušenje).

Kod postupaka obrade plastičnim oblikovanjem se proizvod oblikuje deformiranjem poluproizvoda dok se kod postupaka obrade skidanjem strugotine proizvod oblikuje odstranjivanjem djelića materijala poluproizvoda. Kako se bez složenog postupka reciklaže ne mogu koristiti u proizvodnji, odstranjeni su djelići materijala otpad i neophodno ih je na pogodan način odložiti.

Za opis idejnog rješenja tipičnog računalnog modula iz kolegija Strojarske tehnologije 1 je odabrana laboratorijska vježba Tokarenje, a na slikama 7 i 8 su prikazani originali – uskladišteni fakultetski i pogonski tokarski stroj. Zbog privremenog nedostatka prostora je fakultetski tokarski stroj nedostupan za laboratorijske vježbe.

Kod postupaka tokarenja se poluproizvod vrti oko osi, a kod uzdužnog tokarenja, nož koji skida strugotina giba se paralelno s osi proizvoda.

Sl. 7. Uskladišteni fakultetski tokarski stroj

Sl. 8. Suvremeni tokarski stroj

OP interaktivnog računalnog modula za laboratorijsku vježbu Tokarenje prikazan je na sl. 9. Obuhvaćena su četiri prozora: (1) slika s pogledima sprijeda/odozgor na tokareni komad i tablicom s kutovima rezanja, (2) dijagram

Page 4: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

promjene postojanosti alata s promjenama brzine rezanja, (3) tablica sa zadanim i izračunatim parametrima tokarenja i opcijom Kalkulator koji omogućava izračunavanje uz korištenje zadatih vrijednosti i odgovarajućih formula te (4) pomoć s mogućim daljim izborom PPa: Definicije, Formule, Podaci i Literatura.

Sl. 9. Tokarenje – OP1

U parcijalnim prozorima OP1 (sl. 9.) su mogući izbori (klik desnom tipkom miša na odgovarajuće polje): o slika – tip tokarenja (uzdužno, poprečno, konusno,

rezanje navoja), o tablica – materijal [21], tokarski stroj (podloge

proizvoñača), aktualna obrada (zadate/izračunate vrijednosti) i

o pomoć – vrsta pomoći (aktualni izbor je Formule). Izborom prozora slika OP1 (klik lijevom tipkom miša na pravokutnik u gornjem desnom kutu prozora) mijenja se u OP11 prikazan na sl. 10.

Sl. 10. Tokarenje – OP11, prije obrade

U novootvorenom OP11 je moguće: 1. kursorom mijenjati dubinu rezanja a (slika), pri čemu

se automatski mijenjaju: položaj točke na dijagramu T = f(v) (dijagram) i zadate/izračunate vrijednosti u

tablici Aktualna obrada (tablica), uz eventualne "provjere" izračunatih vrijednosti s Kalkulatorom,

2. zadavati dio vrijednosti u tablici Aktualna obrada (tablica), pri čemu se automatski mijenjaju izračunate vrijednosti u tablici Aktualna obrada (tablica) i položaj točke na dijagramu T = f(v) (dijagram).

Klikom na polje Obrada pokreće se vizuelizacija procesa tokarenja, pri čemu nož prelazi put L = 200 mm za izračunatih t = 2 min. Izgled je OP11 nakon okončanja tokarenja prikazan na slici 12.

Sl. 11. Tokarenje – OP11, nakon obrade

U OP11 (sl. 10 i 11) se klikom na polje Pomoć u gornjem lijevom dijelu OP11 otvara prozor pomoć (prikazan na sl. 9), a u OP1 vraća se klikom na polje Izlaz.

B. Cestovna vozila i promet

Kolegij Cestovna vozila i promet obuhvaća sustave motornih vozila: motor s unutarnjim izgaranjem, opskrbu gorivom, transmisiju, ovjes, kočenje, upravljanje, karoseriju i elektrosustave.

Naziv je odabrane laboratorijske vježbe: Ovjes vozila, a slike 12 i 13 prikazuju originale – crteže i fotografije prednjeg i zadnjeg ovjesa. Različite izvedbe ovjesa vozila se mogu analizirati na dostupnim vozilima, a u laboratoriji se nalaze odvojeni uzorci opruga i amortizera.

Ovjes vozila obuhvaća dva osnovna dijela: 1. oprugu, koja ublažava udare izazvane neravninama

podloge po kojoj se giba vozilo i 2. amortizer, koji sprječava titranje vozila.

Kod vježbe Ovjes vozila se djelovanje guma uključuje korekcijom krutosti opruge.

Funkcioniranje ovjesa vozila ovisi o: (a) masi vozila, m, (b) krutosti opruge, k te (c) prigušenja amortizera, b

i može se približno opisati odgovarajućom diferencijalnom jednadžbom oblika:

2

2

d d( )

d dy y

m b k y F tt t

+ + =o o o

Page 5: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

gdje se s funkcijom F(t) opisuje djelovanje prinude.

Sl. 12. Prednji i zadnji ovjes

Sl. 13. Prednji i zadnji ovjes vozila

OP interaktivnog računalnog modula za laboratorijsku vježbu Ovjes vozila prikazan je na sl. 11.

Sl. 14. Ovjes vozila – OP1

U parcijalnim prozorima OP1 (sl. 14) su mogući izbori (klik desnom tipkom miša na odgovarajuće polje): o slika – tip vozila (putničko, teretno, radno, terensko) i

tip neravnine neravnine (stepenica +, prag, stepenica –, rupa)

o tablica – dijelovi (vozilo, opruga, amortizer) [22] i o pomoć – vrsta pomoći.

Vježba počinje izborom tipa vozila i tipa neravnine u PP slika (klik lijevom tipkom miša na strjelice ulijevo/udesno

ispod slike vozila). Po izboru se automatski prelazi u PP tablica gdje se korigira masa vozila te odreñuju parametri ovjesa vozila i neravnine. Nakon toga se izborom PP slika (klik lijevom tipkom miša na pravokutnik u gornjem desnom kutu prozora) OP1 mijenja u oblik prikazan na sl. 15 (OP11).

Sl. 15. Vlačne karakteristike materijala – OP 11

U novootvorenom OP11 (sl. 15) moguće je: 1. mijenjati aktualne vrijednosti u poljima tablice (izuzev

vrijednosti elongacije y), 2. klikom na područje dijagrama s lijevom tipkom miša

pokrenuti proračun po čijem se završetku precrtava prethodni dijagram y = f(t) (dijagram) i

3. klikom na sliku vozila s lijevom tipkom miša pokreće se vizuelizacija procesa titranja vozila pod zadatim uvjetima (tablica).

U OP11 (sl. 15) se klikom na polje Pomoć u gornjem lijevom dijelu OP11 otvara prozor pomoć (sa sl. 14), a u OP1 vraća se klikom na polje Izlaz.

Za razradu opisanih interaktivnih računalnih modula je pogodan programski jezik MS Visual Basic. Osnovne su pogodnosti u njegovoj jednostavnosti i nizu pratećih rutina te brojnim već razrañenim potprogramima koji se mogu naći na Internetu.

Kod interaktivnog računalnog modula za laboratorijsku vježbu Ovjes vozila predviñen je i prijelaz u program MatLab tvrtke MathWorks [23]. Nakon kratke obuke studenti mogu sami rješavati specifične slučajeve titranja vozila koje zbog ograničenog obima nije bilo moguće obuhvatiti u interaktivnom računalnom modulu. Na primjer, s MatLab kodom:

% ovjes jednog prednjeg kotaca m = 2000; k = 20000; c = 2500; A = [0, 1; -k/m, -c/m]; B = [0; 0]; C = [1, 0]; D = 0; sys3 = ss(A, B, C, D); h = 0.05; initial(sys3, [-h, 0])

dobija se grafik titranja:

Page 6: Racunalno Podrzane Laboratorijske Vjezbe

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03Response to Initial Conditions

Time (sec)

Am

plitu

de

Sl. 16. Titranje vizila

III. ZAKLJUČAK

Zbog sretanih ograničenja raspoloživim laboratorijskim prostorom, opremom i financijskim sredstvima te fondom sati laboratorijskih vježbi, teško je svakog studenta uključiti u svaku vježbu.

U radu je postavljena koncepcija računalnih modula za provedbu računalno podržanih laboratorijskih vježbi iz kolegija strojarske tehnike. Za razliku od originala, ovi se interaktivni moduli lako mogu učiniti dostupnim većem broju studenata u učionama s računalima, te čak i preko Interneta. Koncepcija računalnih modula je pojašnjena na tri primjera iz strojarske tehnike iz kolegija: (1) Materijali – Vlačne karakteristike materijala, (2) Strojarske tehnologije 1 – Tokarenje i (3) Cestovna vozila i promet – Ovjes vozila.

Predložena je idejna rješenja potrebno s jedne strane uklopiti u cjelovite programe laboratorijskih vježbi, a s druge strane razraditi detalje.

LITERATURA

[1] J. E. Gillett. (2001). Chemical Engineering Education in the Next Century. Chemical Engineering & Technology. 24/6, 561–570.

[2] J. Handelsman, D. Ebert-May, Robert Beichner et al. (2004). Scientific Teaching. Science, 304, 521–522.

[3] M. Bojic. (2004). Education and training in renewable energy sources in Serbia and Montenegro. Renewable Energy, 29, 1631–1642.

[4] P. C.Wankat and F. S. Oreovicz, Teaching engineering. Purdue University School of Chemical Engineering, https://engineering.purdue.edu/ChE/News_and_Events/Publications/teaching_engineering/index.html , 2006.

[5] C. N. Eastlake: Tell me, I’ll forget; show me, I’ll remember; involve me, I’ll understand (The tangible benefit of labs in the undergraduate curriculum). Proceedings ASEE Annual Conference, ASEE, Washington, DC, 420, 1986.

[6] S. Rodríguez, J. Zamorano, F. Rosales, et all. (2005). A framework for lab work management in mass courses. Application to Low Level Input/Output without hardware. Computers & Education, xxx, xxx–xxx (u tisku).

[7] E. Scanlon, C. Colwell, M. Cooper, T. Di Paolo. (2005).Remote experiments, re-versioning and re-thinking science learning. Computers & Education, 43, 153–163.

[8] Y. Li, E. J. LeBoeuf, P. K. Basu, L. H. Turner IV. (2003). Development of a web-based mass transfer processes laboratory: System development and implementation. Computer Applications in Engineering Education, 11/1, 25–39.

[9] G. J. Fakas, A. V. Ngoyen, D. Gillet. (2005). The Electronic Laboratory Journal: A Collaborative and Cooperative Learning Environment for Web-Based Experimentation. Computer Supported Cooperative Work, 14,189–216.

[10] S. H. Huang, Q. Su, N. Samant, I. Khan. (2001). Development of a web-based integrated manufacturing laboratory. Computer Applications in Engineering Education, 9/4, 228–237.

[11] R. L. Williams II, M. Y. Chen, J. M. Seaton. (2003). Haptics-Augmented Simple-Machine Educational Tools. Journal of Science Education and Technology, 12/1 1–12.

[12] K. Yeung, J. Huang. (2003). Development of a remote-access laboratory: a dc motor control experiment. Computers in Industry, 52, 305–311.

[13] M. W. Ohland, E. A. Stephan. (2005). Using Laptops in Engineering Courses for Real-Time Data Collection and Analysis. New Directions for Teaching and Learning, 101, 67–79.

[14] A. Leva. (2006). A simple and flexible experimental laboratory for automatic control courses. Control Engineering Practice, 14, 167–176.

[15] V. Giurgiutiu, J. Lyons, D. Rocheleau, W. Liu. (2005). Mechatronics/microcontroller education for mechanical engineering students at the University of South Carolina. Mechatronics, 15, 1025–1036.

[16] C. Saygin, F. Kahraman. (2004). A Web-based programmable logic controller laboratory for manufacturing engineering education. International Journal Advanced Manufacturing Technology, 24, 590–598.

[17] T. S. Mujber, T. Szecsi, M. S. J. Hashmi. (2004). Virtual reality applications in manufacturing process simulation. Journal of Materials Processing Technology, 155–156, 1834–1838.

[18] L. R. Chevalier, J. N. Craddock, P. C. Riley. (2000). Interactive Multimedia Labware for Strength of Materials Laboratory. Computer Applications in Engineering Education, 8/1, 31–37.

[19] M. F. Ashby, D. Cebon. (2003). New Approaches to Materials Education for Students of Engineering. Cambridge University Engineering Department,. http://www.grantadesign.com/download/pdf/newapproaches.pdf , 2006.

[20] CES EduPack 2005. (2005). Granta Material Intelligence, http://www.grantadesign.com/solutions/education/ , 2006.

[21] Sandvik Coromant 2006., CuttingData Module http://www.coroguide.com/default.asp?External=ProdSearch&Measure=metric&LangID=ENG

[22] J. Reimpell, H. Stoll, J. W. Bwtzler. (2001). The Automotive Chassis: Engineering Principles, second edition. Butterworth Heinemann, Oxford.

[23] W. J. Palm III. (2001). Introduction to MatLab 6 for Engineers. McGraw-Hill, Boston.