Разработка и использование легких САПР как инструмент межпредметной интеграции в техническом вузе

Разработка и использование легких САПР как инструмент межпредметной интеграции в техническом вузе

М.В. Чугунов, И.Н. Полунина

Современные тенденции развития САПР характеризуются интеграцией CAD/CAM/CAE/PDM-технологий. В результате де факто в конструкторской и технологической практике легкие САПР используются все реже и реже. Конструктор имеет возможность эффективно и напрямую решать задачу проектирования, а также осуществлять анализ проектного решения в интегрированной среде тяжелой САПР в привычных ему терминах, специфичных для его профессиональной предметной области.

Однако ситуацию подобного рода вряд ли можно считать благоприятной в образовательном контексте, в особенности, на младших курсах технического вуза.

Рассмотрим следующий пример. В курсе «Сопротивления материалов» студенты решают задачи анализа прочности и жесткости плоских стержневых конструкций, знакомятся с методами раскрытия статической неопределимости. Задача эта является весьма трудоемкой, и студент явно нуждается в средствах контроля правильности полученного им аналитического решения. Тяжелые САПР малопригодны для решения этой задачи, поскольку не предусматривают постановку задачи в терминах «Сопротивления материалов», т.е. на уровне расчетной схемы, а их пользовательский интерфейс является очень сложным и перегруженным специальными терминами.

В этой связи актуальной является следующая задача. Разработать легкую САПР для анализа плоских стержневых конструкций на основе метода конечных элементов, которая допускала бы постановку и решение задачи в терминах «Сопротивления материалов», а также позволила бы быстро получить требуемое решение в качестве проверочного. При  этом данная учебная САПР должна обладать рядом основных свойств, присущих промышленным САПР: развитым графическим интерфейсом, средствами компьютерной графики, сериализацией данных и т.д.

Именно здесь и возникают широкие возможности интеграции курса «Сопротивления материалов» с другими дисциплинами, в частности, с такими, как «Информатика» и «Основы САПР» (рис.1). Если предусмотреть наполнение учебным материалом курс информатики и, в особенности, лабораторный практикум такими темами как разработка специализированного графического редактора, позволяющего формировать расчетные схемы стержневых конструкций на базе бинарной растровой графики, создание приложений Windowsна базе объектно-ориентированной парадигмы, организацию пользовательского интерфейса, характерного для САПР, то предоставленный студенту открытый код может служить хорошей базой для дальнейшего развития. В частности, в курсе «Сопротивления материалов» могут быть заложены теоретические основы МКЭ, а само приложение использоваться в качестве тренажера. При этом, в курсе «Основы САПР», полученные студентом навыки создают основу для изучения САПР на новом, более высоком уровне, т.е. не только в плане их использования, но и разработки, адаптации, расширения и углубления функционала.