Оптимизация разрабатываемых конструкций при курсовом проектировании средствами Mathcad

№75-2,

Технические науки

В статье рассмотрены возможности программы Mathcad при выполнении курсовых проектов и работ в рамках дисциплины «Механика».

Похожие материалы

В современном обществе подготовка специалистов, эффективно владеющих информационными технологиями и отвечающих всем требованиям государственных образовательных стандартов последнего поколения, является актуальной задачей. Применение информационных технологий способствует развитию творческой активности, самостоятельности и интеллектуальной составляющей специалистов. Одной из современных компьютерных программ, применяемых при обучении специалистов является Mathcad.

Применение программы Mathcad при подготовке специалистов создает благоприятные условия для развития математических и творческих способностей обучающихся, подготовки их к самостоятельной продуктивной деятельности в условиях информационного общества, создание устойчивого интереса. Данная программа позволяет выполнять на компьютере разнообразные математические и технические расчеты, имеет простой в освоении и в работе графический интерфейс и предоставляет обучающимся инструменты для работы с формулами, числами, графиками и текстами.

Данная программа оптимально подходит для выполнения проектных задач. Очень часто проектирование включает в себя рассмотрение большого числа вопросов, которые необходимо рассматривать одновременно.

Например, в рамках дисциплины «Механика» обучающиеся выполняют курсовой проект, целью которого является проектирование привода различных машин и механизмов (например: лебедок, автолестниц, подъемников и др.) применяемых в пожарной технике. Основной задачей проектирования изделия (в том числе и передач) является создание надежного, работоспособного и экономичного варианта детали, машины, механизма. Работоспособность деталей оценивают по прочности, износостойкости, жесткости, теплостойкости, вибрационной устойчивости, коррозионной стойкости, точности — так называемым критериям работоспособности. Выбор определяющих критериев работоспособности зависит от многих факторов. Например, при проектировании зубчатых передач работающих в условиях обильной смазки, основным критерием работоспособности являются контактная прочность. Однако при выборе материала с высокими прочностными свойствами его цена может значительно возрасти, поэтому при проектировании необходимо учитывать и экономические аспекты. Таким образом, проектирование включает в себя рассмотрение большого числа вопросов, которые необходимо рассматривать одновременно.

Первым этапом в курсовом проектировании является оптимизация разрабатываемой конструкции, которая напрямую зависит от выбора используемого материала и требует оценки его механических характеристик и относительной стоимости. Для этого обучающимся необходимо принять решение и выбрать материал. Например, для цилиндрической зубчатой передачи, список возможных материалов состоит из большого количества наименований. При этом каждый материал может проходить несколько видов термообработки, а термообработка, как известно, значительно влияет на свойства материала, и как следствие на критерии работоспособности. Таким образом, для принятия правильного решения и выбора окончательного варианта, обучающемуся необходимо провести ряд расчетов, что занимает достаточно много времени. Для сокращения времени расчета и возможности учета всех параметров целесообразно использовать программу Mathcad. Методика автоматизированного расчета и конструирования деталей аварийно-спасательных и пожарных машин в системе Mathcad позволяет одновременно выполнять и документировать инженерные расчеты, что значительно сокращает время выполнения курсового проекта.

Обучающиеся могут многократно изменять термообработку материала (и как следствие его твердость), сам материал и наблюдать за изменением геометрических параметров зубчатых передач акцентируя на этом особое внимание, не затрачивая время на проведение самих расчетов. Это дает возможность, при обработке результатов, выбрать оптимальный материал для изготовления зубчатой передачи отвечающей всем необходимым критериям работоспособности за короткий промежуток времени.

Кроме получения, в процессе расчета, каких либо числовых значений, используя программу Mathcad, обучающиеся имеют возможность получать результаты сравнительных исследований в виде диаграмм, что позволяет наглядно и наиболее точно сконструировать элементы механизмов аварийно-спасательных и пожарных машин.

Применение программы Mathcad позволяет активизировать и систематизировать самостоятельную и творческую работу обучающихся, которая является наиболее важной составляющей их познавательно-профессиональной деятельности и сопровождается активной мыслительной деятельностью и творческой активностью.

Список литературы

  1. Покровский А.А. Опыт применения компьютерных технологий при выполнении курсового проектирования по дисциплине «Детали машин» // А.А. Покровский, В.П. Зарубин, В.Е. Иванов, С.А. Никитина / Современные тенденции в науке, технике, образовании. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 3-х частях. Смоленск. 2016. С. 87-89.
  2. Иванов В.Е. Особенности использования электронных учебных изданий // В.Е. Иванов, И.А. Легкова, С.А. Никитина, А.А. Покровский / Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. Воронеж. 2015. № 3 (16). С. 52-55.
  3. Никитина С.А. Применение инновационных технологий для развития познавательной способности обучающихся // С.А. Никитина, А.А. Покровский, В.Е. Иванов / Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Воронеж. 2015. Т. 1. № 1 (6). С. 161-164.
  4. Покровский А.А. Реализация информационных технологий в курсовом проектировании // А.А. Покровский, В.Е. Иванов / Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. Воронеж. 2015. Т. 2. № 1 (6). С. 258-260.
  5. Иванов В.Е. Применение программного продукта MATHCAD в образовательном процессе // В.Е. Иванов, В.П. Зарубин, С.А. Никитина, П.В. Пучков / Информационные технологии в обеспечении федеральных государственных образовательных стандартов: материалы Международной научно-практической конференции. Елец. 2014. С. 25-29.
  6. Киселев В.В. Применение интерактивных форм обучения для развития профессионально-деловых качеств курсантов // В.В. Киселев, В.Е. Иванов, И.А. Легкова / Новейшие достижения в науке и образовании: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Смоленск. 2016. С. 133-135.