Рабочая программа «Геометрическое моделирование в САПР» (стр. 1 )

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно-научный институт

полное наименование института/факультета

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

подпись, Ф. И.О.

«__» __________ 20___г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины  ______________«Геометрическое моделирование в САПР»

______________________________________________________

полное наименование дисциплины

направления / специальности _____230100 Информатика и вычислительная техника /_____

__________230104.65 Системы_автоматизированного проектирования_________________

код и наименование направления подготовки

Составитель (и) ________доцент _______________________________________________

_________________________________________________________________________________________

должность, Ф. И.О.

Обсуждена на заседании кафедры ___ «Системы автоматизированного проектирования»__

_________________________________________________________________________________________

полное наименование кафедры-разработчика

«__» ____________ 20____ г., протокол № ___

Одобрена на заседании методической комиссии  ________________________________

________________________Естественно-научного института ________________________________

полное наименование института/факультета

«__» ____________ 20____ г., протокол № ___

.

2010 г.

1 Цели и задачи дисциплины и ее место в учебном процессе

Предлагаемая рабочая учебная программа по курсу «Геометрическое моделирование в САПР» соответствует обязательному минимуму по дисциплине «Геометрическое моделирование в САПР» Государственному Образовательному Стандарту подготовки специалистов по специальности 230104.65 – «Системы автоматизированного проектирования» (квалификация инженер).

1.1 Цели преподавания дисциплины

«Геометрическое моделирование в САПР» является одной из специальных дисциплин, предназначенных для подготовки инженеров по направлению 230100 – «Информатика и вычислительная техника» - специалистов, способных осуществлять производственно-технологическую, проектную, научно-исследовательскую, организационно-управленческую профессиональную деятельность в рамках полученной специальности.

Данная дисциплина закладывает основу для изучения таких курсов как «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования», «Интегрированные пакеты в САПР», «Технология поискового конструирования».

Основные цели преподавания дисциплины «Геометрическое моделирование в САПР»:

– получение студентами знаний, умений и навыков по основам моделирования создания компьютерных геометрических моделей, методам их обработки, преобразования и представления;

– освоение математических понятий о моделях структур тел и конструкций;

– овладеть методами конструирования деталей и сборок в САПР на основе базовых элементов формы, объектно-ориентированным моделированием, методами управления структурой и параметрами отдельных частей моделей, способами построения поверхностей объектов.

1.2 Задачи изучения дисциплины

Основная задача дисциплины «Геометрическое моделирование в САПР» обеспечить такой уровень подготовки студентов по моделированию геометрических объектов, чтобы они могли

знать:

– основные понятия и определения дисциплины «Геометрическое моделирование в САПР»;

– роль и место геометрических моделей в процессе автоматизированного проектирования;

– классификацию, основные свойства, способы создания и описания геометрических моделей;

– сущность и методы твердотельного моделирования;

– методы поверхностного моделирования;

– основные компоненты, классы и стандарты графических систем;

– системы подготовки и выпуска конструкторско-технологической документации;

уметь:

– пользоваться методами создания геометрических моделей при выполнении проектных работ;

– правильно выбрать класс и степень сложности геометрической модели для проектируемого объекта;

– пользоваться аппроксимирующими уравнениями пространственных кривых на базе методов Фергюссона, Эрмита, Безье, В – сплайнов;

владеть навыками:

– разработки геометрических моделей средствами пакета 3D Studio MAX;

– построения и редактирования моделей на основе базовых примитивов, кинематических методов, неаналитических поверхностей и кривых;

– NURBS – моделирования.

1.3 Перечень дисциплин, усвоение которых студентам необходимо для изучения данной дисциплины

Курс охватывает широкий круг вопросов по методологическим основам и практическим навыкам в области разработки и применения в САПР геометрических моделей плоских и трехмерных объектов проектирования, их визуализации и работы с моделью с помощью специализированных программных средств. При изучении ряда его разделов используется материал следующих дисциплин:

– Высшая математика;

– Компьютерная графика;

– Начертательная геометрия и инженерная графика.

1.4 Распределение часов в семестре

Лекции – 16 часов

Лабораторные работы – 32 часа

Самостоятельная работа – 52 часа

Всего часов – 100

2 Содержание дисциплины

Для достижения целей при совместной и индивидуальной познавательной деятельности студентов при овладении теоретическими знаниями и практическими умениями используются следующие формы занятий: аудиторные (лекции и лабораторный практикум) и внеаудиторная (самостоятельная работа студентов).

Во внеаудиторное время студенты должны выполнять следующие виды работ:

– курсовая работа;

– оформление отчетов по лабораторным работам и подготовка к их защите;

– изучение теоретического материала.

2.1 Тематическое содержание лекционного курса

Номер занятия	Содержание занятия	Кол-во часов
Л1	Геометрическое моделирование. Общие сведения. Задачи курса и суть геометрического моделирования в САПР. Понятие модели, геометрической модели и геометрического объекта. Проблемы реализации систем геометрического моделирования в САПР. История развития систем геометрического моделирования. Возникновение систем плоского и объемного моделирования. Требования к процессу геометрического моделирования в САПР.	2
Л2	Способы создания простых геометрических элементов. Виды простейших геометрических элементов и основные способы их создания. Создание геометрических элементов с использованием отношений (общий и частный способы). Создание геометрических элементов с помощью преобразование. Создание элементарных кривых. Построение поверхностей.	2
Л3	Типы геометрических моделей. Типы представления геометрических 3D – моделей: граничное представление, в виде дерева построений, кинематическое представление, гибридные типы. Способы представления поверхности модели. Геометрические модели хранения и визуализации. Способы описания геометрических моделей.	2
Л4	Классификация современных методов геометрического моделирования в САПР. Методы геометрического моделирования твердого тела. Понятие твердого тела на языке теории множеств. Классы динамических поверхностей. Поверхности, омываемые средой. Трассируемые поверхности. Каркасно-кинематический метод построения скульптурных поверхностей. Каркасная или проволочная модель проектирования.	2

Номер занятия	Содержание занятия	Кол-во часов
Л5	Системы геометрического моделирования твердого тела. Структурная и граничная модели в системах моделирования твердого тела. Модель конструктивной геометрии трехмерного объекта – суть, математическое определение, преимущества и недостатки. Кусочно-аналитическая граничная модель. Алгоритмы преобразования модели конструктивной геометрии в кусочно-аналитическую модель. Задача получения кусочно-аналитической модели методом редукции. Четырехуровневая иерархическая структура кусочно-аналитической модели твердого тела.	2
Л6	Поверхностное моделирование. Задание кривых в графических системах САПР. Метод параметризации по суммарной длине хорд, соединяющих узлы определения данных. Методы аппроксимации и интерполяции кривых. Метод интерполяции Эрмита. Метод Кунса, аппроксимация рациональными кубическими функциями. Понятие сплайн-функции и аппроксимация В-сплайнами. Метод аппроксимации Безье. Метод аппроксимации Бернштейна. Операторная форма представления поверхностей. Линейчатые поверхности. Представление поверхностей с помощью В-сплайнов. Конструирование свободных поверхностей методом Безье. Расширенный метод аппроксимации поверхностей Кунса.	2
Л7	Состав и структура графических систем САПР. Базовые и прикладные средства графических систем. Графические системы САПР, ориентированные на чертеж. Графические системы САПР, ориентированные на объект. Задачи графических систем САПР. Связь подсистем САПР с точки зрения обработки графической и геометрической информации. Функции графических систем САПР. Компоненты графических систем САПР. Технические средства интерактивной графической системы. Архитектура программных средства графических систем. Технические приемы организации графического взаимодействия.	2
Л8	Методы и средства разработки графических приложений. Роль и виды языков в графических системах. Графические языки пользователей САПР: директивные и альтернативные. Структура линии вывода графической информации и уровни языков. Базовая графическая система в стандарте ГКС. Состав и функции базовой графической системы ГКС. Разделение функций ввода-вывода в ГКС. Системы координат базовой графической системы. Понятие сегментации изображения.	2

Примечание: отдельные темы теоретического курса, по усмотрению лектора, могут быть вынесены на самостоятельное изучение.

2.2 Лабораторные занятия, их наименование, объем в часах

С целью овладения студентами методами конструирования деталей и сборок в САПР на основе базовых элементов формы, объектно-ориентированным моделированием, методами управления структурой и параметрами отдельных частей моделей, способами построения поверхностей объектов в учебный план дисциплины «Геометрическое моделирование в САПР» включены лабораторные занятия. Лабораторный практикум выполняется на ЭВМ с применением графического пакета SolidWorks 2007.

Формы работы при проведении лабораторных занятий:

– краткий теоретический обзор по теме лабораторной работы;

– методические указания преподавателя по проведению моделирования;

– выполнение студентами задания и первичный анализ результатов;

– проверка преподавателем правильности выполнения задания;

– оформление отчета о проделанной работе с обязательной формулировкой выводов и ответами на контрольные вопросы;

– защита отчета.

Лабораторный практикум

Шифр работы	Наименование работы	Объем в часах
ЛР1	Построение непараметрического чертежа в SolidWorks 2007. Чертеж зубчатого колеса.	2
ЛР2	Параметрический чертеж зубчатого колеса в SolidWorks 2007.	2
ЛР3	Построение чертежей с внутренней базой данных в SolidWorks 2007.	4
ЛР4	Построение 3D-модели в SolidWorks 2007.	2
ЛР5	Построение 3D моделей различной топологии в SolidWorks 2007	4
ЛР6	Построение сборочного чертежа в SolidWorks 2007. Чтение и деталирование 2D чертежа в  3D модель.	8
ЛР7	Построение тонкостенного сосуда сложной геометрической формы в SolidWorks.	2
ЛР8	Построение трехмерной геометрической модели в SolidWorks	2
ЛР9	Построение трехмерной геометрической модели используя методы и средства алгебры множеств в SolidWorks	4
ЛР10	Построение трехмерной модели в SolidWorks и ее параметрическое исследование	2

При подготовке к лабораторному практикуму студенты пользуются конспектами лекций и учебной литературой.

2.3 Самостоятельная работа студентов

На самостоятельную работу студентов отводится 52 часа. На составление отчетов по лабораторным работам и подготовку к их защите отводится 20 часов.

Учебным планом для студентов специальности 230104.65 – «Системы автоматизированного проектирования» предусмотрено выполнение курсовой работы.

Курсовая работа

Целью курсовой работы является:

– закрепление, углубление и обобщение знаний полученных студентами за время обучения, и применение этих знаний к системному решению конкретной инженерной задачи, связанной с моделированием компьютерных геометрических моделей, методам их обработки, преобразования и представления;

– развитие навыков работы со специальной литературой и навыков инженерного проектирования;

– формирование навыков разработки и оформления текстовой и графической технической документации;

– развитие навыков устных сообщений по содержанию работы.

Тематика и содержание курсовой работы

Для выполнения курсовых работ студенты объединяются в группы по 2-3 человека. Для работы необходимо воспользоваться графической программой (учебная версия для вузов) и приложение, позволяющее рассчитывать и обозначать на спроектированной ранее твердотельной модели участки, подвергающиеся наибольшему напряжению. Чертежи на детали, для проектирования твердой модели, получить у преподавателя. По окончании моделирования, для проверки точности производится сборка. Графический пакет выбирается студентом самостоятельно.

Перечень тем курсовых работ:

1. Разработка проектно-технической документации изделия нижнего корпуса редуктора.

2. Разработка проектно-технической документации изделия верхнего корпуса редуктора.

3. Разработка проектно-технической документации изделия вала-

шестерни.

4. Разработка проектно-технической документации изделия зубчатой муфты.

5. Разработка проектно-технической документации изделия зубчатого колеса.

6. Разработка проектно-технической документации изделия корпуса электродвигателя.

Перечисленные темы являются стандартными. Для получения нестандартных тем, связанных с разработками, выполняемыми на кафедре САПР в данный момент студент может обратиться к преподавателю.

Если работа, выполняемая в рамках СНО, имеет отношение к сфере геометрического моделирования или САПР, тема СНО может быть принята так же в виде курсовой.

На выполнение курсовой работы и подготовку к ее защите отводится 20 часов самостоятельной работы студента.

На самостоятельное изучение литературы по дисциплине – 8 часов; на подготовку к экзамену – 4 часа.

Всего часов по различным видам самостоятельной работы – 52 часа.

2.4 Текущий контроль знаний

Цели контроля:

– активизация работы студентов на аудиторных занятиях;

– повышение уровня усвоения теоретического материала и приобретение навыков решения практических задач;

– обеспечение своевременного выполнения графика самостоятельной работы;

– создание обратной связи студента с преподавателем.

Основные формы контроля:

– выборочный опрос студентов на лекции по материалу предыдущих лекций;

– проверка конспекта лекции;

– проведение тестирования по окончании изучения каждого из разделов теоретического курса с обязательным включением вопросов по темам, вынесенным на самостоятельное изучение;

– текущая проверка результатов выполнения лабораторной работы (совместный первичный анализ результатов моделирования);

– индивидуальная защита отчетов по лабораторным работам с проставлением рейтинговой оценки;

– индивидуальная защита курсовой работы;

– проведение экзамена.

2.5 Вопросы к экзамену

1. Компоненты графических систем

2. Понятие модели, геометрической модели и геометрического объекта. Проблемы реализации систем геометрического моделирования в САПР.

3. История развития систем геометрического моделирования. Возникновение систем плоского и объемного моделирования.

4. Требования к процессу геометрического моделирования в САПР.

5. Способы создания геометрических моделей.

6. Виды простейших геометрических элементов и основные способы их создания. Создание геометрических элементов с использованием отношений (общий и частный способы). Создание геометрических элементов с помощью преобразования.

7. Создание элементарных кривых. Построение поверхностей.

8. Геометрические модели хранения и визуализации.

9. Типы геометрических моделей.

10. Типы представления геометрических 3D – моделей: граничное представление, в виде дерева построений, кинематическое представление, гибридные типы. Способы представления поверхности модели.

11. Методы геометрического моделирования твердого тела. Понятие твердого тела на языке теории множеств.

12. Классы динамических поверхностей.

13. Структурная и граничная модели в системах моделирования твердого тела. Модель конструктивной геометрии трехмерного объекта – суть, математическое определение, преимущества и недостатки.

14. Кусочно-аналитическая граничная модель. Алгоритмы преобразования модели конструктивной геометрии в кусочно-аналитическую модель. Задача получения кусочно-аналитической модели методом редукции.

15. Поверхностное моделирование.

16. Задачи аппроксимации, интерполяции и сглаживания при решении задач машинного представления поверхностей.

17. Задание кривых в графических системах САПР. Метод параметризации по суммарной длине хорд, соединяющих узлы определения данных.

18. Методы аппроксимации и интерполяции кривых. Метод интерполяции Эрмита.

19. Метод Кунса, аппроксимация рациональными кубическими функциями.

20. Понятие сплайн-функции и аппроксимация В-сплайнами. Метод аппроксимации Безье. Метод аппроксимации Бернштейна.

21. Операторная форма представления поверхностей. Линейчатые поверхности. Представление поверхностей с помощью В-сплайнов.

22. Конструирование свободных поверхностей методом Безье. Расширенный метод аппроксимации поверхностей Кунса.

23. Состав и структура графических систем САПР.

Базовые и прикладные средства графических систем. Графические системы САПР, ориентированные на чертеж.

24. Графические системы САПР, ориентированные на объект. Задачи графических систем САПР.

25. Связь подсистем САПР с точки зрения обработки графической и геометрической информации.

26.Функции графических систем САПР. Компоненты графических систем САПР.

27. Технические средства интерактивной графической системы. Архитектура программных средства графических систем.

28. Примеры современных графических систем.

29. Примеры систем подготовки чертежно-конструкторской документации. Примеры систем подготовки инженерной документации.

30. Примеры систем машинного конструирования. Примеры систем обработки графической и геометрической информации.

3 Примерный календарный план дисциплины

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Институт/факультет	Естественно-научный
Направление подготовки/ специальность	230100 – «Информатика и вычислительная техника»/ 230104.65 – Системы автоматизированного проектирования
Курс	4	Группа(ы)	943

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

занятий по дисциплине __Геометрическое моделирование в САПР____________

в _VII_ семестре 20__/20__ учебного года

Число часов лекций	16
Число часов практических занятий	–
Число часов лабораторных занятий	32
Всего аудиторных занятий	48
Число часов самостоятельной работы	52
Форма отчетности	экзамен

Лектор _______________________________________________________________

Руководители групповых занятий__________________________________________

1. План лекций, практических и лабораторных занятий

Недели	Количество часов	Тема и структура лекций	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Количество часов	Тема и содержание практических и лабораторных занятий	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Контроль качества усвоения материала
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2	Л1 – Геометрическое моделирование. Общие сведения.		2	ЛР 1 – Построение непараметрического чертежа в SolidWorks 2007. Чертеж зубчатого колеса.	ЭВМ	Защита отчета
2				2	ЛР 2 – Параметрический чертеж зубчатого колеса в SolidWorks	ЭВМ	Защита отчета

Недели	Количество часов	Тема и структура лекций	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Количество часов	Тема и содержание практических и лабораторных занятий	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Контроль качества усвоения материала
1	2	3	4	5	6	7	8
3	2	Л2 – Способы создания простых геометрических элементов.		2	ЛР 3 – Построение чертежей с внутренней базой данных в SolidWorks 2007.	ЭВМ
4				2	ЛР 3 – Построение чертежей с внутренней базой данных в SolidWorks 2007.	ЭВМ	Защита отчета
5	2	Л3 – Типы геометрических моделей.		2	ЛР 4 – Построение 3D-модели в SolidWorks 2007	ЭВМ	Защита отчета
6					ЛР 5 – Построение 3D моделей различной топологии в SolidWorks 2007	ЭВМ
7	2	Л4 – Классификация современных методов геометрического моделирования в САПР.		2	ЛР 5 – Построение 3D моделей различной топологии в SolidWorks 2007	ЭВМ	Защита отчета
8				2	ЛР 6 – Построение сборочного чертежа в SolidWorks 2007. Чтение и деталирование 2D чертежа в  3D модель.	ЭВМ
9	2	Л5 – Системы геометрического моделирования твердого тела.	ТММ	2	ЛР 6 – Построение сборочного чертежа в SolidWorks 2007. Чтение и деталирование 2D чертежа в  3D модель.	ЭВМ
Недели	Количество часов	Тема и структура лекций	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Количество часов	Тема и содержание практических и лабораторных занятий	Формы проведения. Использование ТСО, ЭВМ	Контроль качества усвоения материала
1	2	3	4	5	6	7	8
10				2	ЛР 6 – Построение сборочного чертежа в SolidWorks 2007. Чтение и деталирование 2D чертежа в  3D модель.	ЭВМ
11	2	Л6 – Поверхностное моделирование.		2	ЛР 6 – Построение сборочного чертежа в SolidWorks 2007. Чтение и деталирование 2D чертежа в  3D модель.	ЭВМ	Защита отчета
12				2	ЛР 7 – Построение тонкостенного сосуда сложной геометрической формы в SolidWorks.	ЭВМ	Защита отчета
13	2	Л7 – Состав и структура графических систем САПР.		2	ЛР8 – Построение трехмерной геометрической модели в SolidWorks	ЭВМ	Защита отчета
14				2	ЛР 9 – Построение трехмерной геометрической модели используя методы и средства алгебры множеств в SolidWorks	ЭВМ
15		Л8 – Методы и средства разработки графических приложений.		2	ЛР 9 – Построение трехмерной геометрической модели используя методы и средства алгебры множеств в SolidWorks	ЭВМ	Защита отчета
16				2	ЛР10 Построение трехмерной модели и ее параметрическое исследование	ЭВМ	Защита отчета

2. Выполнение плана самостоятельной работы