МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Красногорский государственный колледж
Государственный контракт от 29. г. № 12.Р20.11.0006
ПРОГРАММА
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
по направлению
«Система автоматизированного проектирования наносистем – САПР CATIA»
для подготовки специалистов технической направленности в рамках стратегических и приоритетных отраслей развития промышленности, использующих ресурсы сети образовательных учреждений на базе межрегионального отраслевого ресурсного центра
в рамках Федеральной целевой программы развития образования
на годы
по открытому конкурсу №04.01-002-П-Ф-33
на выполнение работ по проекту
«Модернизация системы начального профессионального и среднего профессионального образования для подготовки специалистов в области наноиндустрии на базе межрегионального отраслевого ресурсного центра»
Москва 2011
СОГЛАСОВАНО Заместитель начальника отдела по работе с персоналом – директор международного центра «ЗЕНИТ-РЕСУРС» завод им. », к. т.н., доцент _____________ | УТВЕРЖДАЮ Директор ФГОУ СПО Красногорский государственный колледж доктор педагогических наук, кандидат экономических наук, профессор, Заслуженный учитель РФ ___________________ «____» _________________ 2011 г. |
Разработчики:
Заведующая учебной частью ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж»,
Заведующая отделением «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», к. п.н.,
Рецензенты:
Начальник отдела систем автоматизированного проектирования технологической подготовки производства завод им. С.А. Зверева»,
Введение
Профессиональный модуль «Системы автоматизированного проектирования наносистем – Catia» рассматривает вопросы базовых концепций современных систем автоматизированной обработки в области наноиндустрии в данном программном продукте.
Профессиональный модуль представляет собой полностью практический курс проведения занятий в программном продукте САПР Catia. Внимание в профессиональном модуле уделено таким вопросам использования программного продукта Catia, как модуль интерактивного черчения САПР, расширенные возможности Catia, Catia Sketcher, основные принципы каркасного и поверхностного конструирования в Catia, твердотельное проектирование и создание ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели, проектирование сборки, организация связей, а также инженерный анализ как инструментальное решение в реальном времени.
В основе рассматриваемых в данном профессиональном модуле маршрутов проектирования МЭМС и НЭМС в программном продукте САПР Catia лежит подход трехмерного моделирования nano-элементов.
В связи со сложностью моделирования в программном продукте САПР Catia проектирование МЭМС и НЭМС требует подготовку специалистов по наноинженерии с включением такой важной составляющей формирования базового набора компетенций специалиста, предусмотренных программами подготовки и переподготовки специалистов для нужд наноинженерии, как широкая теоретическая база (изучение учебного курса САПР наносистем).
При подготовке профессионального модуля была использована литература, перечисленная в списке использованных источников [1–6], проанализированы разнообразные источники в сети Интернет. Полученная информация была систематизирована и обобщена для решения указанного выше комплекса задач.
Пояснительная записка
Программа профессионального модуля по направлению «Системы автоматизированного проектирования в наноиндустрии» предназначена для реализации требований к минимуму содержания и уровню подготовки специалистов, имеющих среднее профессиональное образование. Программа подготовки предусматривает модульную систему обучения и, в зависимости от начальных знаний и поставленных перед специалистом задач, можно выбрать наиболее оптимальные – базовое (Catia механика), расширенное (Catia СПДС, ОПС) и узкоспециализированное (Catia стройплощадка) направление обучения.
Цели курса: изучение базовых концепций современных систем автоматизированной разработки в области наноиндустрии; рассмотрение практических аспектов создания и использования готовой документации, проектов, концепций.
В курсе изучаются особенности работы в различных компонентах продукта Catia, а также узкоспециализированных приложений к ним.
В нем последовательно изложены базовые концепции «Системы автоматизированного проектирования» Catia, введение в построение чертежей различных сфер деятельности, моделирование процессов в программе, использование объектов и работа с ними.
Большое внимание в курсе уделяется такой актуальной проблеме, как трехмерное моделирование nano-элементов.
Цель: получение студентами знаний о методах автоматизированного проектирования микроэлектромеханических систем (МЭМС) и наноэлектромеханических систем (НЭМС) различного уровня иерархии.
Задачами курса является изучение:
- моделирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода;
- моделирования МЭМС и НЭМС на компонентном
уровне;
- автоматизированного проектирования элементов МЭМС
и НЭМС на основе междисциплинарного подхода;
- автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентом уровне;
- программного обеспечения автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.
Знания, умения и профессиональные компетенции, получаемые после освоения курса
- знание теоретических основ методов и средств формализованного описания МЭМС и НЭМС для автоматизированного проектирования;
- теоретических основ автоматизации проектирования МЭМС и НЭМС;
- особенности применения метода конечных элементов для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;
- теоретических основ проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне.
- умение разрабатывать формальные процедуры решения задач автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;
- способность моделировать элементы МЭМС и НЭМС адекватно протекающим в них тепловым, механическим, электромагнитным и другим физическим процессам;
- умение разрабатывать: а) схемы алгоритмов и б) программы решения на ЭВМ частных задач проектирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода и проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне;
- применение программного обеспечения систем автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС при решении задач проектирования МЭМС и НЭМС.
- готовность использования современных методов и средств автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;
- стремление к разработке математических моделей элементов МЭМС
и НЭМС с использованием средств ВТ;
- умение решать на ЭВМ частных задач проектирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода и проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне;
- самостоятельно применять интегрированные маршруты автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.
Тематический план
Таблица 1 – Тематический план профессионального модуля
№ | Раздел | Практические занятия |
1 | Введение. Особенности работы с Catia | 4 |
2 | Модуль интерактивного черчения САПР Catia. | 10 |
3 | Расширенные возможности Catia. Catia Sketcher. | 12 |
4 | Основные принципы каркасного и поверхностного конструирования (Wireframe and Surface Design) в Catia. | 12 |
5 | Твердотельное проектирование в САПР Catia и создание ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели. | 10 |
6 | Проектирование сборки в САПР Catia. | 10 |
7 | Организация связей в Catia. | 8 |
8 | Инженерный анализ в Catia как инструментальное решение в реальном времени. | 6 |
Итого: | 72 |
Содержание курса
Раздел 1. Введение. Особенности работы с Catia.
Работа с программой Catia. Введение в документы. Запуск программы. Основные решения. Рабочие среды Catia.
Как сохранять и закрывать документы. Поддержка множества документов. Стандартные и особые меню и панели (Файл, Редактирование, Вставка). Стандартные манипуляции (Копирование-вставка, Перетаскивание, Интуитивные) – подсвечивание геометрии, манипуляции курсором.
Особенности пользовательского интерфейса. Основное окно. Активное окно документа. Основные функции мыши. Дерево спецификаций (включая технологические особенности, привязки, отношения). Инструментальные средства и ассоциативные панели.
Манипулирование и просмотр объектов: выбор объектов, просмотр объектов дерева, скрытие и отображение объектов, отображение стилей.
Раздел 2. Модуль интерактивного черчения САПР Catia.
Введение в модуль интерактивного черчения. Интерактивное черчение, быстрый старт, доступ к модулю, представление модуля. Интерфейс модуля.
Чертежный документ – CATDrawing. Создание и сохранение чертежа.
Интерфейс модуля интерактивного черчения: поле черчения – лист, рамки видов, виды, дерево спецификации, зона указателя, сетка. Дополнительные инструментарии платформ.
Основные панели инструментов модуля интерактивного черчения: черчение, размеры, надписи, выравнивание, создание геометрических элементов, панель свойства, модифицирование геометрии, графика.
Настройка модуля черчения. Стратегия создания чертежа: формирование главного вида, стандарты, поддерживаемые Catia, параметры листа, настройки чертежа, основные настройки чертежа.
Создание геометрии. Простые манипуляции с геометрическими элементами: точки, линии, окружности, эллипсы и кривые, создание коника, релимитация (скругление углов, обрезка и разрыв линий, замыкание элементов, быстрая обрезка).
Эскизирование. Создание двумерных эскизов. Создание профиля. Наложение связей и параметров. Редактирование связей и параметров, трансформации. Вспомогательные средства эскизов: перемещение, вращение, офсет.
Добавление вспомогательных видов и сечений. Редактирование расположения видов и свойств. Редактирование свойств: на уровне чертежа, листа и вида. Перемещение видов и добавление листов. Изменение видов штриховки.
Проставление размеров и надписей: система представления размеров, линейные и угловые размеры, радиальные и диаметральные размеры, создание и модифицирование размеров, системы размеров, свойства размеров, редактирование свойств размеров, доступ к свойствам размеров, предельные отклонения допуски и посадки, простановка шероховатости, сварных соединений.
Завершение чертежа и вывод на печать: создание текста, манипуляции с текстом, создание текстового вида, добавление основной надписи, распечатка.
Раздел 3. Catia Sketcher.
Ознакомление со Скетчером. Начало работы со Скетчером. Инструментальные средства скетчера и доступы к ним. Пользовательский интерфейс: основные инструменты скетчера, профили, дерево спецификаций, панель инструменты и операции, стандартные инструменты, выход в 3D пространство, пиктограммы связей, дизайнерские инструменты скетчера, плоскость скетчера.
Построение простейших профилей. Различные виды работ в скетчере. Стандартная и конструктивная геометрия. Создание стандартных и конструктивных элементов. Поля значений, автоматические связи и размеры, создание элементов профиля, способы построения точки в скетчере (пользовательский и системный), построение линий и сплайнов, окружностей и коников, эллипсов, парабол и гипербол.
Создание профилей в Catia Sketcher. Создание предопределенных профилей в Catia Sketcher, редактирование профилей: изменение геометрии, изменение координат элемента профиля, редактирование формы и размеров профиля, удаление элементов скетчера.
Операции над профилем: операции переопределения, операции трансформации, эквидистанты, операции с 3D геометрией – создание проекции 3D-элемента, изолирование 3D-элемента.
Установка связей. Ознакомление со связями, черчение в контексте, быстрые связи, изменение связей, авто связи, связи с анимацией, отношения между связями.
Управление эскизами: создание плоскостей, замена эскиза, замена базовой плоскости эскиза, анализ эскиза.
Раздел 4. Основные принципы каркасного и поверхностного конструирования (Wireframe and Surface Design) в Catia.
Ознакомление с каркасным и поверхностным конструированием. Быстрый запуск каркасного и поверхностного конструирования. Интерфейс пользователя. Инструментальные средства каркасного и поверхностного конструирования.
Создание каркасной геометрии: методика создания точек в 3D, методика создания линий в 3D, создание плоскостей в 3D, создание кривых в 3D.
Создание базовых поверхностей: создание поверхности из профиля, создание поверхности из границ, создание поверхности из другой поверхности, создание поднятой плоскости, элементы, извлеченные из поверхности.
Выполнение операций над геометрией: объединение элементов, разбивание элементов. Отделка элементов. Преобразование элементов. Экстраполирование элементов. Создание близ лежащих элементов. Завершение создания геометрии в детальном конструировании. Создание «солида» из поверхностей.
Изменение геометрии. Редактирование определения поверхности и каркаса.
Используемые элементы. Команды укладки. Команды манипуляций. Создание базовых особенностей. Работа на опоре. Обновление детали.
Раздел 5. Твердотельное проектирование в САПР Catia и создание ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели.
Твердотельное моделирование: пользовательский интерфейс, инструментальные средства твердотельного моделирования.
Методы твердотельного моделирования в САПР Catia.
Эскизные составляющие: создание эскизных примитивов – Призм, Карманов, создание Валов, функции Отсечения, функции Создания, расположения и смещения Отверстий, создание Резьбы.
Составляющие обработки (операции над примитивами): создание уклонов, сопряжение граней и углов, снятие фасок, сопряжение призмы и карманы с уклонами, создание полостей в детали, создание Образцов, создание полотных тел, массивов, зеркалирование тел.
Модификация детали: изменение геометрии профиля, функции переупорядочения, функции модификации.
Методика создания ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели. Создание сечений и разрезов. Вставка детали в чертеж, формирование видов, настройка параметров. Редактирование видов.
Раздел 6. Проектирование сборки в САПР Catia.
Проектирование сборки. Основные элементы рабочего стола проектирования сборки. Создание узлов сборки.
Создание документа сборки: создание нового документа сборки, сохранение документа сборки, добавление деталей в сборку, установка свойств деталей, сборка деталей.
Позиционирование деталей, с использованием связей: произвольное перемещение деталей с использованием компаса, позиционирование компаса, создание связей между деталями сборки, создание быстрых связей, создание большого числа связей (режим мультисвязей), корректировка наложенных связей, обнаружение ошибок и анализ корректировки, автоматическое наложение связей, скрытие связей, фильтрация связей, обновление связей.
Анализ сборки (сборочных единиц): контроль сборки, обнаружение несостыковок при сборке, просмотр механических свойств, анализ связей, анализ степеней свободы, проведение измерений в Сборке, выявление зазоров и пересечений.
Редактирование деталей в контексте сборки: проектирование в контексте сборки, совмещение деталей для эскизирования, использование местных осей для привязок, удаление деталей из сборки, дублирование деталей, добавление компонентов в сборку, замещение деталей, реструктурирование деталей, изменение порядка сборки узла, облегченная визуализация, пересечение 3D элементов с плоскостью скетчера, ограничение элементов компонентами сборки, выравнивание осей, создание симметричных подсборок, гибкие подсборки, управление гибкими подсборками.
Создание и использование картины сборки: создание картины сборки, применение картины к сборке, создание чертежей на основе картины сборки, синхронизация со сборкой, удаление картины сборки.
Раздел 7. Организация связей в Catia.
Документ уровня Product и средства организации связей. Введение в организацию связей Документа уровня Product.
Организация связей в Документе Структуры Продукта. Рабочая среда Структуры Продукта. Анализ связей Документа Структуры Продукта.
Механические связи внутри Документа Моделирования Сборки.
Рабочая среда Моделирования сборки. Анализ связей Документа Моделирования сборки. Проектирование в контексте сборки. Документ твердотельного моделирования и средства организации связей.
Связи Документа Твердотельного моделирования. Чертежный Документ и средства организации связей. Связи внутри Чертежного документа.
Раздел 8. Инженерный анализ в Catia как инструментальное решение в реальном времени.
Описание модуля оптимизации с многокритериальным анализом Catia. Понятия эскизных проектов. Дополнительные функции модуля. Возможности расчетов свободных колебаний и тепловых расчетов. Типы задания граничных условий с учетом контакта между деталями. Анимация. Проведение исследований напряженно-деформированного состояния деталей. Ассоциативная база данных, база знаний и повторное использование анализа в САПР Catia. Автоматическое обновление изменений проекта, обеспечение совместной среды проектировщика и аналитика в САПР Catia.
Практические занятия
Таблица 2 – Перечень практических занятий в рамках профессионального модуля САПР Catia
№ | Название практической работы | Кол-во часов |
1 | 2 | 3 |
1 | Практическая работа №1. САПР Catia. | 4 |
2 | Практическая работа №2. Тонкостенные конструкции. Сварочные конструкции. Распознавание параметрических объектов. | 10 |
3 | Практическая работа №3. Расширенные возможности Catia. Catia Sketcher. | 12 |
4 | Практическая работа №4. Основные принципы каркасного и поверхностного конструирования (Wireframe and Surface Design) в Catia. | 12 |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 |
5 | Практическая работа №5. Твердотельное проектирование в САПР Catia и создание ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели. | 10 |
6 | Практическая работа №6. Проектирование сборки в САПР Catia. | 10 |
7 | Практическая работа №7. Организация связей в Catia. | 8 |
8 | Практическая работа №8. Инженерный анализ в Catia как инструментальное решение в реальном времени. | 6 |
Практическая работа №1. САПР Catia
- Запуск программы
- Создание, сохранение и закрытие документов
- Поддержка множества документов
- Система меню
- Пользовательский интерфейс
- Манипулирование и просмотр объектов
- Дополнительные возможности
Практическая работа №2. Тонкостенные конструкции. Сварочные конструкции. Распознавание параметрических объектов.
- Тонкостенные конструкции
- Указание параметров изготовления тонкостенных деталей
- Создание листа
- Создание листа на основе существующего эскиза
- Создание листа на основе существующей твердотельной параметрической модели
- Создание листа на основе ребра существующей тонкостенной модели
- Создание листа вытягиванием эскиза на указанную высоту
- Создание отбортовок
- Создание криволинейных тонкостенных моделей
- Создание галтельных переходов
- Объекты, получаемые операциями штамповки
- Создание глухого углубления (выступа)
- Создание сквозных вырезов и отверстий
- Прочие параметрические геометрические объекты
- Сварные конструкции
- Угловой сварной шов
- Стыковой сварной шов
- Распознавание параметрических объектов
- Непосредственное распознавание объектов
- Автоматическое распознавание объектов
Практическая работа №3. Расширенные возможности Catia. Catia Sketcher.
- Проектирование балочных конструкций
- Создание вспомогательных объектов
- Создание балок (стержней) и пластин
- Использование растровых изображений
Практическая работа №4. Основные принципы каркасного и поверхностного конструирования (Wireframe and Surface Design) в Catia.
- Объединенный модуль твердотельного моделирования и каркасного проектирования
- Создание точек
- Создание линий
- Создание поверхностей
- Дополнительные операции с линиями и поверхностями
- Создание твердотельных объектов
Практическая работа №5. Твердотельное проектирование в САПР Catia и создание ассоциативного чертежа на основе твердотельной модели.
- Редактирование формы импортированных объектов
- Импорт и экспорт геометрической информации
- Редактирование облака точек
- Операции с сетками
- Операции с облаками точек
- Операции с линиями
- Восстановление поверхностей
- Создание линий
- Создание областей
- Создание поверхностей
Практическая работа №6. Проектирование сборки в САПР Catia.
- Создание поверхностей произвольной формы
- Создание линий
- Создание поверхностей
- Редактирование линий и поверхностей
- Определение характеристик линий и поверхностей
Практическая работа №7. Организация связей в Catia.
- Создание связей
- Связь в виде совпадения
- Связь в виде прилегания
- Связь в виде эквидистантности
- Связь в виде разности углов
- Обеспечение неподвижности
- Обеспечение жесткой связи
Практическая работа №8. Инженерный анализ в Catia как инструментальное решение в реальном времени.
- Средства моделирования, динамического и частного анализа механических систем
- Проведение инженерных расчетов
- Решения для работы с листовыми материалами
- Решения по проектированию электрических схем
- Проверка автомобиля на соответствие стандартам
- Решение для работы с поверхностями класса А
- Проверка и оптимизация моделей, выполненных в Сatia V5
- Программы для расчета оптики
Условия реализации профессионального модуля.
Основные требования к минимальному материально-техническому обеспечению: наличие лаборатории вычислительной техники (на 30 персональных компьютеров), с установленным программным продуктом САПР Catia.
Общие требования к организации образовательного процесса: данный профессиональный модуль реализуется как учебный курс для подготовки специалистов технической направленности в рамках стратегических и приоритетных отраслей развития промышленности – наноиндустрии, а также как часть основной профессиональной образовательной программы для студентов в рамках изучения дисциплин «Инженерная графика», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», «Компьютерное моделирование».
Контроль и оценка результатов освоения профессионального модуля САПР Catia.
В средних профессиональных учебных заведениях качество подготовки определяется при помощи следующих форм:
- устный опрос;
- тестирование (в т. ч. и электронное): закрытая форма заданий, открытая форма тестовых заданий, задания на «установление правильной последовательности», задание на «соответствие»;
- система рейтинг-контроля;
- итоговая работа (курсовой проект, курсовая работа);
- зачет;
- экзамен.
По итогам изучения профессионального модуля САПР Catia целесообразно организовать итоговую зачетную работу в виде законченного проекта по индивидуальным темам для каждого обучающегося, и проводить оценку результатов дифференцированным зачетом.
Список используемых источников
Основная литература
1. Catia V5. Геометрическое моделирование. – С.-П.: Питер, 2008. – 270с.
2. Catia и Ansys. Твердотельное моделирование. – С.-П.: Питер, 2009. – 218с.
3. Бунаков подготовка производства в САПР. – М.:ДМК, 2012. – 462с.
4. Ибрагимов компьютерного моделирования наносистем. – М.: Лань, 2010. – 384с.
5. , , CATIA в руках инженера. – М. : Едиториал УРСС, 2003. – 269 с.
6. Кудрявцев автоматизированного проектирования. – М.: ИЦ Академия, 2008. – 264с.
Дополнительная литература
1. Норенков автоматизированного проектирования : учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд-во МГТУ им. , 2006. – 446 с.
2. , , CATIA для инженеров : справочное пособие. – М. : Машиностроение, 2004. –511 с.
3. , В., Осипович автоматизированного проектирования МЭМС // Информационные технологии. – 2007. – № 11. – C. 22–28.
4. , , Божко МЭМС // Нано - и микросистемная техника. – 2008. – № 1. – С. 28–34.
Интернет-источники:
www. *****
www. *****
www.
