ŘEŠENÍ PROJEKTU: Inovace předmětů zaměřených na technickou grafiku FRVŠ 691/2012 Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D. Katedra technické a informační výchovy, PdF - MU Brno 1) Úvod Cílem projektu je inovace obsahu předmětů zaměřených na technickou grafiku a konstruování: Technická grafika a konstrukce a CAD - konstruování. V uvedených předmětech by se měli budoucí učitelé a asistenti technické a informační výchovy seznamovat s novými trendy v technické grafice a s moderními počítačovými systémy založenými na parametrickém modelování a konstruováni v 3D. 2) Současný stav řešeného problému Počítačová podpora konstruování je v současnosti rozšířená nejen do oblasti praxe, ale i do škol všech stupňů. V oblasti vzdělávání se žáci a studenti seznamují se základy informačních technologií, proto je vhodné tyto jejich znalosti a dovednosti směřovat i do oblasti technické grafiky. Cílem je rozvíjet technickou představivost studentů, seznámit je s trendy v oblasti konstruování a designu. Budoucí učitelé technické výchovy by měli být schopni pracovat s moderním CAD softwarem, učebními pomůckami a základními měřidly. Na Pedagogické fakultě MU jsou přijímáni studenti do studijních programů: PdF B-SPE Specializace v pedagogice, bakalářský studijní program; PdF N-ZS Učitelství pro základní školy, magisterský studijní program. V oborech Pedagogické asistentství technické a informační výchovy pro základní školy a PdF TE2 Učitelství technické a informační výchovy pro základní školy zajišťuje Katedra technické a informační výchovy výuku předmětů zaměřených na technickou grafiku. Výuka technické grafiky se v současnosti zaměřuje na seznámení studentů se základy technického kreslení v oblastech: technické normalizace, konstrukční dokumentace, konstrukce s využitím výpočetní techniky. Podpora konstruování s využitím výpočetní techniky probíhá na počítačové učebně. Studenti pracují s CAD programem (ProgeCAD), aplikují získané vědomosti na zadaných příkladech a vypracovávají zadání semestrálních projektů.
Tento přístup je třeba doplnit o výraznější aktivitu a tvůrčí myšlení studentů při řešení projektů. Především při tvorbě vlastního návrhu je vhodné se zaměřit na vytváření modelů součástí v 3D s vazbou na následnou tvorbu konstrukční dokumentace. K podpoře tohoto způsobu výuky, by bylo potřeba nakoupit učební pomůcky, měřidla, moderní software a seznámit studenty s jejich možnostmi. 3) Navržené cíle řešení Předložený projekt směřuje k vytváření počítačové gramotnosti, rozvoji technické představivosti studentů oboru učitelství technické a informační výchovy pro ZŠ. Cíle řešení zahrnují tyto prostředky: využití specializovaného software a učebních pomůcek k výuce, na počítačové učebně katedry technické a informační výchovy bude nainstalován software od fy. Autodesk a budou umístěny učební pomůcky a měřidla; zkvalitnění výuky a přípravy na výuku - nakoupený hardware, software a učební pomůcky budou použity ve výuce a k přípravě podkladů pro výuku; vytvoření inovovaných sylabů a studijního textu k podpoře výuky. 4) Inovované pojetí výuky V souladu s prvním cílem řešení projektu FRVŠ, byl na katedrovou učebnu 23A nainstalován software od fy. Autodesk a umístěny učební pomůcky a měřidla. Na učebně bylo k tomuto účelu k dispozici 16ks PC v konfiguraci multimediálních pracovišť. Jedno učitelské pracoviště a 15 pracovišť pro studenty (Konfigurace počítačů - PC OG,Intel Core i3-550 3,2 GHz, 4GB DDR3 RAM, 500GB SATA2, DVD+-RW/RAM/DL, Grafická karta Sapphire ATI Radeon HD 5450 1GB RAM, myš a klávesnice, 22,5 monitor Phillips fullhd wide mat, MS Windows 7 Pro 64b CZ). Na PC byl nainstalován produkt Autodesk Product Design Suite Ultimate 2013 NLM (síťová licence - 10 seat). Jedná se o síťovou licenci, která vyžaduje, aby na 1 PC běžel licenční server. Jako licenčního serveru bylo využito učitelského pracoviště. Toto řešení umožňuje instalovat produkt na více počítačů s tím, že současně je využíváno jen 10 licencí. Tento druh licencování je výhodný pro nasazování do učeben a k optimálnímu využívání SW při výuce. Zakoupený produkt Autodesk Product Design Suite Ultimate 2013 je v současnosti aktuální verzí konstrukčních programů od Autodesku pro rok 2012/2013 a obsahuje všechny moderní nástroje pro podporu CAD a parametrického modelování, které byly v rámci projektu požadovány.
Obr.1 Autodesk Product Design Suite Ultimate 2013 NLM a seznam obsažených produktů Softwarového produktu Autodesk Product Design Suite Ultimate 2013 je využíváno v inovovaných předmětech Technická grafika a konstrukce, Cvičení z technické grafiky a konstrukce 1 a CAD - konstruování (původní název TE2MP_ATC AutoCAD), která byla zahájena se začátkem podzimního semestru 2012 (září 2012). Do jarního semestru 2013 se plánuje zavedení inovace i do předmětu Cvičení z technické grafiky a konstrukce 2, který je primárně na CAD zaměřen. V rámci grantu byly zakoupeny i měřidla - sada 8+8 mikrometrů a posuvných měřidel. K nácviku pravoúhlého promítání a vysvětlení jeho podstaty byla ve výuce využívána učební pomůcka TZ 100 Three-Dimensional Display with Geometric Models. Využití měřidel a učební pomůcky mělo pozitivní dopad na praktickou část výuky, kdy studenti měli možnost lépe pochopit probíranou problematiku. Zobrazovací sada TZ 100 s geometrickými modely má tyto specifikace: sada obsahuje 9 hliníkových a 1 plastový model hranolů se zobr. systémem; d x š x v: 350 x 300 x 100 mm; hmotnost: cca. 3 kg.
Obr.2 Zobrazovací sada TZ 100 s geometrickými modely Druhým bodem v cílech řešení je: zkvalitnění výuky a přípravy na výuku. Zakoupený hardware, software a učební pomůcky byly podle tohoto záměru efektivně využity ve výuce a k přípravě podkladů pro výuku. Náplní předmětu zaměřených na technickou grafiku je seznámení budoucích učitelů a asistentů technické a informační výchovy s novými trendy v oblasti konstruování. V současné době je obsahem těchto předmětů: technická normalizace; technické zobrazování a pravidla pro zobrazování na výkresech; základní pojmy a pravidla kótování; pravidla kótování geometrických a konstrukčních prvků součástí; tolerování rozměru a struktura povrchu; strojní součásti, konstrukční prvky a spoje; konstrukční dokumentace a výkresy polotovarů; stavební výkresy a schémata; konstruování s využitím výpočetní techniky (CAD). Inovace je zaměřena především na technické zobrazování a pravidla pro zobrazování na výkresech a konstruování s využitím výpočetní techniky (CAD). V oblasti CADu se inovace soustředila na oblast parametrického modelování a konstruování (3D CAD) a tyto okruhy: podání základních informací o 3. generaci CAD programů; seznámení se základy práce s parametrickými modeláři Autodesk Inventor, 3ds Max apod.; využití 3D CAD k návrhu studentských prací a projektů (viz přílohy). Při řešení projektu byl kladen důraz na 3D konstruování vycházející z tzv. parametrického modelování (3D CAD). Podstatou tohoto konstruování je tvorba 3D modelu objektu (součásti) na obrazovce počítače. Model je matematicky popsán pomocí proměnných
parametrů a při konstruování je možné tyto parametry flexibilně měnit s okamžitým dopadem na samotný model nebo následně vytvářenou výkresovou dokumentaci. Mezi nesporné výhody patří i to, že převedení 3D tělesa do podoby výkresové dokumentace, zajišťuje samo jádro programu. Tím se omezuje riziko chyb a samotné konstruování se blíží tvůrčí činnosti. Třetím bodem v cílech řešení bylo vytvoření inovovaných sylabů a studijního textu k podpoře výuky. Do inovované výuky technické grafiky byly vytvořeny tyto materiály: stručné sylaby předmětů: Technická grafika a konstrukce, Cvičení z technické grafiky a konstrukce a CAD - konstruování (původní název TE2MP_ATC AutoCAD) (viz. příloh); powerpointová prezentace - Úvod do parametrického modelování a konstruování; vzorový příklad studijní opory k Autodesk Inventoru, na základě této opory vytváří studenti svoje vlastní studijní materiály. Neméně důležitou oblastí inovované výuky je důraz na samostatnou práci studentů ve výuce. Studenti se na úvod seznamují s tvorbou jednoduchých součástí a následnou tvorbou výkresové dokumentace. Protože se jedná o studenty s pedagogickým zaměřením, je jednou z podmínek konstrukční práce i vytváření jednoduchých studijních opor. 5) Závěr Finanční prostředky FRVŠ byly využity na podporu výuky od začátku akademického roku 2012/2013 (září 2012) pro studenty bakalářského a magisterského oboru pedagogické asistentství technické a informační výchovy pro ZŠ a učitelství technické a informační výchovy pro ZŠ. Celkový počet studentů navštěvujících předměty související s technickou grafikou a konstruováním je v podzimním semestru 2012 asi 50, v dalším semestru se předpokládá přibližně stejný počet. Celkově tedy navštíví inovovanou výuku v obou semestrech asi 90-110 studentů.
6) Přílohy Příloha č.1 - fotodokumentace z průběhu výuky Počítačová učebna 23A - výuka technické grafiky a CAD Učebna 23A je vybavena projektorem a plátnem k prezentaci výuky v CAD
Pracoviště studenta a přenosné mobilní pracoviště reprezentované notebookem Lenovo IP Z580 s nainstalovaným CAD SW Sady měřidel (mikrometry a posuvná měřidla) a učební pomůcka TZ-100
Seznámení studentů 1.r s parametrickým modelováním v předmětu Cvičení z technické grafiky a konstrukce Práce studentů - vytváření jednoduchého modelu podle předlohy v Autodesk Inventoru
Práce studentů - vytváření konstrukční dokumentace v Autodesk Inventoru Práce studentů - vytváření konstrukční dokumentace s podporou AutoCAD Mechanical
Příloha č.2 - práce s parametrickým modelářem (Autodesk Inventorem) Práce studentů: Projekt č. 1 - studijní opora: práce s programem Autodesk Inventor (autor O. Nakládal) Vybraný nástroj vysunutí. Popis nástroje Vysunutí se používá k vytvoření tělesa přidáním hloubky k jeho profilu. Uzavřené profily vytvářejí tělesa nebo povrchy a otevřené profily vytvářejí povrchy. Vysunuté prvky vytváří stavební bloky součástí. Pomocí vysunutí přidáváme nebo odebíráme materiál z tělesa. U vysunutí můžeme určovat směr, hloubku, úhel zúžení a metodu ukončení vysunutí. Popis tvorby modelu projektu 1. Přepneme se do sekce tvorby 2D náčrtu a pomocí nástroje Obdélník vytvoříme obdélník.
2. Pomocí nástroje Oblouk vytvoříme oblouk tak, že jeho střed umístíme na střed strany obdélníku, zadáme poloměr oblouku a určíme jeho obvod. 3. Odstraníme přímku vzniklou mezi body oblouku a tím jsme vytvořili 2D náčrt modelu a můžeme náčrt dokončit.
4. Pomocí funkce dokončit náčrt se přepneme do sekce 3D modelování. 5. Vybereme plochu, kterou chceme vysunout a použijeme nástroj Vysunutí, určíme směr a vzdálenost vysunutí. 6. Tím jsme si vytvořili hrubý model.
7. Nyní zkosíme hrany pomocí nástroje zkosit, určíme vzdálenost od hrany zkosení a vybereme hrany, které chceme zkosit.
8. Dokončíme zkosení. 9. Nyní jsme dokončili model.
Projekt č. 2 Powerpointová prezentace - ukázka: práce s programem Autodesk Inventor (autorka R.Patočková)
Studijní opora - ukázka: práce s programem Autodesk Inventor (autor K.Picka)
Didaktický materiál - ukázka: práce s programem Autodesk Inventor (autor A.Dolejš)
Tvorba výkresu: Tvorba modelů - ukázka: (autor A. Dolejš, A.Pospíšilová)