Правительство нижегородской области
Официальный сайт
Вход для пользователей
Информатизация

Инновационная стратегия информатизированной геометрической и графической подготовки инженеров

Основным направлением современной модернизации промышленности и строительства является комплексная информатизация. Уровень конкурентоспособности предприятий прямо пропорционален уровню их комплексной информатизации. От нее напрямую зависит качество, сроки сменяемости изделий, производительность труда.

Комплексная информатизация технической деятельности предприятия определяется информационной поддержкой жизненного цикла изделий (ИПИ, за рубежом PLM - Product Life Cycle Management, устаревшее название CALS) и инфраструктуры (ИПИН, за рубежом ILM - Infrastructure Life Cycle Management).

Под инфраструктурным объектом (ИНО) понимаются региональные или муниципальные районы, городские комплексы, гидроузлы, транспортные и телекоммуникационные системы, ЖКХ кварталов или районов, сети инженерного обеспечения, торговые и развлекательные центры, предприятия, сооружения, университеты и т.д. Жизненный цикл ИНО состоит из этапов маркетинга, технического задания, технического и рабочего проекта, строительства, сдачи в эксплуатацию, эксплуатации, проекта реконструкции, реконструкции, иногда нескольких циклов эксплуатации и реконструкции, проект демонтажа и демонтаж.

Главная цель ИПИ- и ИПИН-технологий - создание единого информационного пространства (ЕИП) изделия или ИНО, полный электронный документооборот, обеспечение единообразного описания и интерпретации проектной, технологической, производственной или строительной, модернизационной или реконструкционной документации, ее унификация и стандартизация, оперативный и наглядный доступ к ней в нужном месте, в нужное время, в нужном объеме, в нужном представлении.

Опыт развития ИПИ- и ИПИН-технологий демонстрирует значительное повышение качества, минимизацию ошибок при проектировании, производстве или строительстве, эксплуатации, модернизации или реконструкции. Особую роль играет ИПИ- и ИПИН-технологии при эксплуатации. Сложность и наукоемкость изделий и ИНО растет с каждым годом. В то же время в последние годы, особенно в инфраструктуре, инженерная культура эксплуатации ИНО в России постепенно деградировала. Сегодня проблема не только в физическом износе ИНО, большинство из которых было создано в советское время, а, прежде всего, в информационном износе. Именно это является главной причиной аварии ИНО.

Стратегически новым подходом к информатизации геометрической и графической подготовки становится в настоящее время необходимость обеспечения требований ИПИ- и ИПИН-технологий. В этой связи основополагающей представляется трехмерная геометрическая модель (ГМ) – математическое описание структуры изделия, полный набор координат и геометрических характеристик его элементов. Электронным воплощением ГМ становится электронная модель или электронный макет (ЭМ) изделия и его составляющих. По существу ЭМ представляет собой набор данных, однозначно определяющий требуемую форму и размеры изделия. ЭМ может быть каркасной, поверхностной или твердотельной. При необходимости 3D-модель достаточно просто может быть преобразована в 2D-модель, т.е. чертеж на плоскости. Именно ЭМ играет роль первоисточника для всех этапов жизненного цикла изделий и инфраструктуры, хранится в базе данных проекта изделия или инфраструктуры и предназначена для решения инженерных задач при проектировании, производстве, строительстве и эксплуатации.

Важным звеном в жизненном цикле изделия на этапе передачи его эксплуатирующей организации в ИПИ-технологии является интерактивное электронное техническое руководство (ИЭТР), а в ИПИН-технологии - интерактивная электронная эксплуатационная система. Это новые инженерные информационные системы, служащие для решения задач создания, управления, анализа поведения изделия или ИНО, на всех этапах жизненного цикла, его «информационные двойники». В ИЭТР в наглядном и доступном электронном виде собрана вся необходимая, проектная, технологическая, производственная или строительная, эксплуатационная, нормативная, юридическая информация. Та, что раньше находилась в разных форматах и стандартах, в разных местах, в разных головах, полноту и актуальность, которой было практически невозможно оценить. Тем самым, в структуре отношений «изделие или ИНО-человек» появляется новое звено, которого раньше, до эпохи ИТ, не было - это инструмент-посредник, от качества которого во многом будет зависеть эффективность использования изделия или ИНО. В НОЦ НИТ разработан автоматизированный учебный курс по созданию ИЭТР.

Одним из главных требований ИПИ и ИПИН, предъявляемых к геометрической и графической подготовке (ГГП) является ее полная информатизация с переходом к электронному документообороту и внедрению информационных систем (ИС). Это основа ЕИП на всех этапах обучения, включая самостоятельные, курсовые, выпускные и дипломные проекты. Курсовая или дипломная работа будущего специалиста - не просто комплект чертежей, эскизов, схем вместе с пояснительной запиской в электронном виде. Это инженерная информационная система с классификационной структурой, интерактивностью, визуализацией в т.ч. виртуальной и анимационной, графическим интерфейсом, дизайном и навигацией. Для современной информатизированной ГГП обязательна электронная курсовая второго курса, на основе базовых инженерных информационных технологий (ИТ), в идеале ИПИ- и ИПИН, выбранных в данном техническом университете. Даже, если используется уровень 2D-технологии, т.е. с содержательной точки зрения используются только методы начертательной геометрии и инженерной графики, информатизация ГГП требует знаний и умений построить простейшую инженерную ИС, например в виде электронного архива.

 Для будущих специалистов, занятых в формировании широко используемых электронных инженерных архивов предприятия, необходимы знание и умение применять растровые, векторные и гибридные (растрово-векторные) технологии. Обработку сканированных изображений с целью формирования электронных инженерных архивов целесообразно проводить с помощью получившей мировую и отечественную популярность растрово-векторной САПР серии Raster Arts (Consistent Software), включающей программные продукты Spotlight, Raster Desk, Raster ID и RasteriCS. Соответствующий автоматизированный курс (АУК) разработан в НОЦ НИТ.

Современный уровень ИПИ и ИПИН характеризуется использованием 3D-технологий, виртуальных и геоинформационных ИТ, мультимедиа, компьютерного дизайна. Эти ИТ обладают большой наукоемкостью, в них отражены многие методы современного математического и, в особенности, геометрического моделирования и они не могут быть не отражены в ГГП. Комплекс ИТ, в которых представлены методы, геометрического и графического моделирования естественно назвать графическими ИТ (ГИТ), а ИС, где большую долю информационных ресурсов (ИР) составляют геометрические, виртуальные, анимационные, геоинформационные графические модели - графическими ИС (ГИС). Без владения ГИТ и ГИС сегодня не может бытъ компетентного инженера, способного владеть ИПИ- и ИПИН-технологиями.

В традиционной «ручной» ГГП главной целью было развитие пространственного воображения на базе проекционных методов начертательной геометрии и владение технологией черчения, т.е. «ручного» графического моделирования.

В современной информатизированной ГГП значительно расширились цели и предметная область: развитие пространственной интуиции и образного мышления с помощью методов геометрического, виртуального, анимационного, ГИС-моделирования, владения ГИТ и ГИС. Главной отличительной чертой современной ГГП сегодня является ЗD-технология. Она не только значительно повышает производительность и качество моделирования, его вариантность, быстроту и качество восприятия созданных проектов последующими разработчиками ЖЦ, что важно в ИПИ- и ИПИН-технологиях и чего принципиально было невозможно добиться старыми методами.

В пользу трехмерного моделирования в ИПИ- и ИПИН-технологиях существует ряд доводов, среди которых:

-Улучшенное конструктивное оформление. Трехмерная модель для конструктора - более удобный и эффективный способ воспроизведения замысла. Одним из наиболее очевидных отличий твердотельного моделирования от двумерного черчения является построение точной по размерам трехмерной модели. Благодаря графическим возможностям современных компьютеров, модель можно рассматривать на экране со всех сторон, манипулируя ею, как реальным предметом.

-Автоматизированное производство чертежей. Одним из главных преимуществ программ 3D-моделирования является их способность быстро создавать точные 2D-чертежи.

-Упрощенная модификация чертежей. Программы 3D-моделирования позволяют легко изменять уже существующие конструкции и их чертежи. Интеллектуальные функции таких пакетов, как Autodesk Inventor, ускоряют процесс модификации. Параметрический подход позволяет конструктору задать новые размеры, и программа пересчитает все изменения, касающиеся тех деталей модели, которым определены эти размеры, и автоматически обновит всю модель.

-Интеграция с другими программами. Достоинством технологии твердотельного моделирования является возможность последующей обработки полученных результатов с помощью других программ, связанных, например, с анализом и производством.

-Укороченный цикл проектирования. Преимущество технологии твердотельного моделирования связано с возможностью поддержания своей конкурентоспособности за счет сокращения цикла проектирования.

Главная цель модернизации ГГП - добиться существенного повышения производительности и качества обучения без увеличения учебных часов. Поскольку ГГП является начальной и базовой общепрофессиональной дисциплиной (ОПД), ее задача состоит в создании информационно-графической основы для внедрения методов ИПИ и ИПИН в ОПД и в специальные дисциплины (СД).

 При этом значительная часть СД освобождается от общих методов и технологий ГИТ и ГИС, что позволяет улучшить качество учебного процесса по инженерным специальностям, увеличить количественно его наполнение. Для использования ЗD-технологий, виртуального и ГИС-моделирования в СД не хватает базовой подготовки.

Выдвигая ГИТ и ГИС как основу модернизации ГГП, мы тем самым закладываем базовую информационно-графическую компоненту для подготовки по ИПИ- и ИПИН-технологиям в ОПД и СД.

Государственные образовательные стандарты (ГОС) второго поколения, действующие в настоящее время, в основном ориентированы на ручную ГГП, не пригодную для ИПИ- и ИПИН-технологий, архаичную по производительности труда и эффективности. В большинстве инженерных специальностей в качестве ГГП позиционируются начертательная геометрия (НГ) и инженерная графика (ИГ) с минимальным числом учебных часов. В отдельных специальностях предусмотрена дополнительно компьютерная графика (КГ) с устаревшим на сегодняшний день содержанием, не ориентированным на современные промышленные ГИТ. Фактически ГОС второго поколения с одной стороны ухудшили старую «ручную» ГГП, а с другой - не ввели даже основ промышленной информатизации ГГП.   

Сейчас развертывается формирование ГОС третьего поколения, в которых должны быть отражены сегодняшние, а, в перспективе и завтрашние, требования к информатизации ГГП со стороны ИПИ- и ИПИН-технологий. Но здесь мы сталкиваемся с парадоксом, характерным для сегодняшней рыночной экономики. Уже сейчас в области ИПИ- и ИПИН-технологий существуют конкурирующие ИТ, как в комплексе, так и по одиночке. Все промышленные ИТ, с их жизненным циклом, ежегодной сменой поколений, инфраструктурой технической поддержки и обучения, науко- и трудоемки. Несмотря на значительные учебные скидки, комплексы ГИТ по стоимости значительно превышают техническое обеспечение. Поэтому выбор базовых ГИТ, тем более полные комплекты ИПИ- и ИПИН-технологий, стратегическая и ответственная процедура. Какие из них следует закладывать в ГОС третьего поколения?

Внедрение ИПИ- и ИПИН-технологий требует выбора комплекса конкретных ИТ, сертифицированного владения ими. Это диктует необходимость значительного увеличения ИТ-дисциплин и учебных часов в учебных планах. С другой стороны, включение в ГОС конкретных ИТ, например, ИТ фирмы Microsoft, является нарушением принципов рыночной экономики, лоббированием тех или иных конкурирующих технологий. В принципе, это касается всех блоков учебных планов, в которых ИТ должны возрасти минимум до 50% общего объема и в которых должны быть выбраны также конкретные промышленные ИТ. Поскольку ИT- компонента всех направлений и специальностей инженерного образования должна стать главной в компетентностной подготовке инженеров, принципы формирования и структура ГОС третьего поколения не могут оставаться старыми. Простейшим выходом из положения является увеличение доли вузовской компоненты до 40-50%. Сохранение старой структуры ГОС, ориентированной на старой инженерной технологии, приведет при жестком лицензировании к вымыванию технологических разделов и курсов и общему ослаблению инженерного образования в стране.

В этой связи принципиальный вопрос, который необходимо решить каждому техническому университету самостоятельно, с учетом развития конкретной региональной промышленности и строительства, это развитие конкретных инженерных специальностей и соответствующий выбор конкретных базовых ГИТ. Для большинства инженерных вузов именно выбор таких базовых ГИТ определит и базовые ИПИ-технологии, из которых сейчас часто рассматривается только САПР.

Основными требованиями к базовым ГИТ целесообразно считать следующие:

  • распространенность и конкурентоспособность на мировом, отечественном и региональном рынках;
  • оптимальность показателя цена-качество;
  • перспективность и инновационность используемых ИТ;
  • открытость и масштабируемость технологических платформ;
  • наличие разветвленной инфраструктуры поддержки и обучения (дилерской, системной и учебной сети) в России;
  • адаптируемость к отечественным нормативным документам (ГОСТы, СТП, СНИП\'ы и т.п.);
  • оптимальность сочетания мировых глобальных и отечественных ИТ;
  • оптимальность образовательной стратегии инфраструктуры.

Задача технических ВУЗов в области компьютерной геометрической и графической подготовки (КГГП) на первой ступени состоит в формировании и предоставлении студентам таких образовательно-информационных услуг, которые позволят будущим специалистам наряду с освоением фундаментальных основ овладеть прикладными приемами современных информационных графических технологий. Информационные технологии позволяют освоить больший объем знаний и умений за значительно меньшее время, резко повысив производительность и качество результатов учебной работы. При этом основная задача КГГП значительно расширяется, по сравнению с существовавшей до последнего времени и фактически, сводится к геометрическо-графическому наполнению технологий информационной поддержки ЖЦ изделий и инфраструктуры.

Научно-методический совет (НМС) РФ по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике в последние 2 года рекомендует в качестве базовых ИТ комплекс программных продуктов (ПП) мирового лидера компании Autodesk и российского лидера группу компаний Consistent Software. Этот комплекс в набольшей степени отвечает основным требованиям к базовым ИТ для технического и гуманитарного образования и наиболее распространен в высшей школе России. Московское представительство компании Autodesk безвозмездно предоставило наиболее продвинутым техническим университетам значительно количество (более 10 тысяч) учебных лицензий своих программных продуктов и организовало соответствующую подготовку преподавателей. В качестве базовых ИТ эти технологии выбрали РАО ЕЭС, РАО РЖД, МЧС, нефтегазоносный Север, тысячи отечественных предприятий всех отраслей. Программные продукты Autodesk есть практически в каждом ВУЗе.

Для инженеров преимущественно машиностроительного направления КГГП первой ступени должна бытъ направлена как на вышеуказанную цель, так и на реализацию возможности освоения на второй ступени ВУЗа таких разделов, как «Автоматизированное проектирование», «Инженерный анализ», «Управление станками с ЧПУ», «Техническая подготовка производства», «Электронный архив и электронный документооборот», «Комплексная автоматизация подготовки производства» и др. Методология исходного параметрического ЗD-моделирования для проектов крупных машиностроительных сборок с возможностью получения по мере необходимости 2D-моделей полностью реализуется комплексом Autodesk Inventor Series параллельно с комплексом Mechanics (Consistent Software) с единой базой данных и общими правилами работы. При этом следует отметить, что комплекс Autodesk Inventor Series включает в себя AutoCAD, Autodesk Mechanical Power Pack и Autodesk Inventor.

При обучении на первой и последующих ступенях ОПД и СД большую помощь будущему инженеру-конструктору может оказать освоение приложений к AutoCAD программных продуктов ElectriCS и HydrauliCS, предназначенных для авиастроения, общего и транспортного машиностроения, станкостроения и приборостроения. В становлении будущего инженера-технолога значительную помощь окажет освоение комплексной системы TechnologiCS, предназначенной для автоматизации и информационной поддержки процессов технологической подготовки, производственного планирования и оперативного управления на промышленных предприятиях.

Для инженеров, подготавливаемых для работы в сфере промышленного и гражданского строительства и его сопровождения, КГГП должна быть направлена на возможность освоения на второй ступени ВУЗа наряду с «Автоматизированным проектированием», таких разделов, как «Архитектура и гражданское строительство», «Изыскания», «Генплан», «ГИС» и др. Все эти разделы полностью накрываются линейкой вертикальных программных решений на базе AutoCAD 2006 совместно с СПДС GraphiCS, Project Studio, Autodesk Civil 3D, Autodesk Architectural Desktop, Rewit, MapGuide, TopoBase.

    Для обеих категорий инженеров важнейшими компонентами также являются:

- создание электронного архива и документооборота, реализуемое объектно-ориентированной системой управления техническими данными TDMS, программой хранения, поиска и отображения текстов и реквизитов нормативных документов и стандартов NormaCS.

- визуализация проектов и подготовка презентационных материалов в сфере промышленного дизайна, дизайна интерьеров и экстерьеров, архитектуры и строительства. Реализация этих задач может быть осуществлена на базе программных продуктов Autodesk VIZ и 3ds max.

Нижегородский областной центр новых информационных технологий (НОЦ НИТ) HГТУ, являясь авторизованным учебным центром Autodesk, учебным представительством Consistent Software и дилером этих компаний, обеспечивает учебные поставки, техническую поддержку и сертифицированное обучение по графическим информационным технологиям в авторизованном международном учебном центре с выдачей российских и международных сертификатов.

В НГТУ указанные базовые ИТ были выбраны еще в 90-х годах. В составе НОЦ НИТ НГТУ был создан международный авторизованный учебный центр Autodesk и учебное представительство Consistent Software. На этой основе информатизирована ГГП, на базе Autodesk-технологий ведутся занятия по 2D- и 3D-технологии с электронными курсовыми работами (ЭКР) второго курса с ЗD-сборкой и 2D-деталировкой. В курсах компьютерной графики изучается ЗD -моделирование. В цикле ГГП ИТ-специальностей студенты осваивают такие фундаментальные дисциплины, как «Геометрия и топология многообразий», «Дифференциальная геометрия», «Вычислительная геометрия» и др. Специализации по ИПИ- и ИПИН реализованы во вновь созданном, впервые в России, направлении подготовки дипломированных специалистов 230200 «Информационные системы», со специальностями 230201 «Информационные технологии и системы», 230202 «Информационные технологии в образовании» (ИТО) и 230203 «Информационные технологии в дизайне» (ИТД), в направлениях подготовки бакалавров и магистров «Информационные системы». В этих направлениях и специальностях реализован электронный документооборот и ИПИ- и ИПИН-технологии мирового лидера компании Autodesk и отечественного лидера группы компаний Consistent Software. Выпускники этих специальностей полностью востребованы и работают успешно по полученным специальностям в информационных подразделениях областных и городских организаций и предприятий (органы управления, федеральные государственные унитарные предприятия, научно-исследовательские институты, промышленные и строительные конструкторские бюро и предприятия и др.).

Эффективность этих ГИТ и ГИС хорошо отражена в тематике и результатах международных и всероссийских олимпиад по графическим информационным технологиям и системам, проводящимися на современном мировом уровне. На этих и других олимпиадах десятки (почти сто) студентов НГТУ стали победителями и призерами.

Дата создания страницы: 21.06.2007
Дата модификации страницы: 20.06.2008