Автоматизированная система обучения основам геометрического моделирования в САПР

• Автор: Губанов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Теоретические аспекты обучения геометрическому моделированию в САПР

1.1. Геометрическое моделирование в САПР

1.2. Пространственное воображение как основа геометрического моделирования.

1.3. Физиология пространственного восприятия

1.4. Анализ существующих дисциплин и методик, способствующих развитию пространственного воображения

1.5. АОС как средство повышения качества обучения.

1.6. Обзор современных достижений в области обучения геометрическому моделированию.

1.7. Пути повышения качества обучения геометрическому моделированию.

2. Автоматизация решения задач начертательной геометрии и геометрического моделирования.
2.1. Анализ и адаптация классического курса начертательной геометрии
для подготовки специалистов в области САПР
2.2. Дополнение классического преобразования преобразованием.
2.3. Классификация графических объектов, используемых при решении задач по начертательной геометрии и геометрическому моделированию
2.4. Математический анализ графических алгоритмов решения задач по начертательной геометрии
2.5. Автоматизированная постановка условия задач начертательной геометрии.
2.6. Автоматизированная постановка условия задач геометрического моделирования
3. Разработка автоматизированной обучающей системы по начертательной геометрии и геометрическому моделированию.
3.1. Структура АОС.
3.2. Интерфейс модуля решения задач
3.3. Реконструкция объектов начертательной геометрии в пространстве
3.4. Вводимые и хранимые параметры объектов
3.5. Точность построения объектов
3.6. Контрольные соотношения при проверке решения
3.7. Алгоритмы постановки условия задачи и проверки е решения на примере задачи определения натуральной величины треугольника методом прямоугольного треугольника.
3.8. Выставление оценки и дополнительная статистика
3.9. Дополнительные модули.
3.9.1. Лекционный курс.
3.9.2. Предварительное тестирование
3.9.3 Демонстратор правильного решения.
3.9.4. Интегральный модуль.
3 Требования к внедрению в учебный процесс и рекомендации к использованию обучающей системы.
3 Сравнительная характеристика разработанной обучающей системы
. Аналоги в области АОС по начертательной геометрии и геометрическому моделированию.
. Выбор критериев для сравнительного анализа.
. Сравнительный анализ обучающих систем по начертательной геометрии и геометрическому моделированию.
. Выводы по сравнительному анализу.
4. Результаты опытной эксплуатации разработанной обучающей системы.
4.1. Методика внедрения обучающей системы в учебный процесс.
4.2. Сравнение методов преподавания курса начертательной геометрии
4.3. Методика выставления оценки и адаптации системы к обучаемому.
4.4. Средства контроля работы обучаемого
4.5. Анализ полученных результатов, описание уточннных данных
4.6. Выводы по опытной эксплуатации.
Заключение
Список использованных источников


Специфика решения задач начертательной геометрии заключается в том, что временные затраты на построение решения существенно превышают время постановки и контроля правильности решения задачи. Кроме того, в связи с большим объмом графических построений и необходимостью динамического отображения пространственной модели с эффектом свободного вращения, вариант передачи данных пользователю в виде графического изображения неудобен для работы и экономически не оправдан. Наиболее приемлем вариант синхронизации статистических данных по решению задач с удалнным хранилищем данных в виде кратковременного сеанса связи. Таким образом, формирование навыков качественного геометрического моделирования в САПР требует разработки автоматизированной обучающей системы, базирующейся на классическом курсе начертательной геометрии, дополненным пространственным динамическим макетом с эффектом свободного вращения. Кроме того, разрабатываемая АОС должна осуществлять постановку и контроль правильности решения задач в параметрическом виде для обеспечения индивидуализации обучения и повышения качества подготовки специалистов. Для использования системы в дистанционном обучении необходимо разработать механизм синхронизации статистических данных по решению задач с удалнным хранилищем данных, который позволял бы наджно хранить информацию при многопользовательском доступе и обеспечивать е конфиденциальность. Существующие инструментальные средства САПР используют два основных метода создания геометрических моделей объмное твердотельное, i и поверхностное. Поверхностное моделирование предполагает описание внешней поверхности геометрической модели при помощи базовых типов поверхностей и некоторым набором функций, обеспечивающих их стыковку между собой затягивание, сопряжение, скругление и т. Такой подход в большей степени ориентирован на модели со сложной поверхностью лопатки турбин, сложные прессформы, имеющие определнные критерии к соблюдению геометрических контуров. Поверхностное моделирование широко распространено в физике, геодезии, картографии 3,. Твердотельное моделирование основано на оперировании базовыми элементами, из которых составляются более сложные объекты при помощи операций булевой логики. Твердотельные модели более удобны для конструкторских расчтов методом конечных элементов, создания управляющих программ для станков с ЧГ1У, визуального восприятия геометрической формы объекта . При любом подходе конструктор сначала мысленно представляет проектируемый объект, а потом воссоздат его модель в используемой им САПР. При поверхностном моделировании последовательно формируется внешняя поверхность изделия. Сначала задатся основа, к которой затем пристыковываются новые отсеки поверхностей. Визуализация самой модели, как правило, каркасная. Только на более поздних стадиях проектирования геометрия объекта отображается при помощи полутоновой окраски. При твердотельном моделировании конструктор мысленно разбивает будущий объект на набор положительных элементов, совокупность которых создат требуемую форму и отрицательных элементов, удаляющих лишние части из совокупности положительных элементов твердотельной объмной модели. Формирование геометрии будущего изделия происходит сначала в воображении конструктора, а затем отображается на бумаге или компьютере. В процессе формирования воображаемого прототипа будущего изделия в значительной степени используется субъективная способность конструктора, называемая пространственным воображением. Развитое пространственное воображение позволяет не только придумывать прототипы изделий, но и осуществлять их мысленную доработку и создавать в используемой САПР уже более совершенную модель. Пространственное воображение используется конструктором также при чтении чертежа, т. Кроме того, пространственное воображение используется при создании конструкторской документации по разработанной геометрической модели. Хотя современные инструментальные средства САПР позволяют в автоматизированном режиме получать необходимые виды, разрезы и сечения, конструктор вс же должен проконтролировать правильность сформированного чертежа, выбрать оптимальное представление и внести необходимые условности и упрощения.