Проект топливной системы тепловозного дизеля Д49 с электронным управлением топливоподачи

   Продолжение таблицы 2.10

 

1	2	3	4	5	6	7	8
Среднее эффективное давление, Pmе, мПа	1,75	1,92	1,825	1,6	1,22	1,07	1,35
Удельный индикаторный расход топлива bi, г/кВт.ч	151,3	72,6	192,6	189	187,2	183,6	84,5
Удельный эффективный расход топлива, bе, г/кВт.ч	168,1	80,6	214	210	208	204	205
Индикаторный К.П.Д., ηi	55	н.д.	45	46	47	49	47
Эффективный К.П.Д., ηе	50	н.д.	39	39	40	40	41

  

 

 

 

3 ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ  КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ  ПРОГРАММ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

3.1 Введение в раздел

 

В этом разделе рассмотрены  современные возможности для  создания компьютерных обучающих программ в технической сфере. Предложена универсальная технология, позволяющая на основе общей методики создавать компьютерные обучающие программы для изучения конструкций и принципов действия различных устройств в области машиностроения.

     В наше время существует множество способов представления обучающего материала. Традиционным является печатная литература (рисунок 15). Развитие полиграфии сделало книги основной формой представления обучающей информации, основным средством самообразования и повышения квалификации. Несмотря на безусловные достоинства такого способа передачи знаний, существуют и очевидные его ограничения. Наиболее ярко они проявляются в учебной и технической литературе, посвященной описанию работы устройств, их конструкции и принципов действия. В этих случаях не обойтись без схем, чертежей и т.д. От авторов учебного пособия могут потребоваться значительные усилия по созданию такой графической продукции, поиск компромисса между наглядностью и внешней схожестью с реальным объектом и, как правило, несколько страниц поясняющего текста.

 

 

 

 

 

Рисунок 15- Пример иллюстрации печатной литературы

 

       Появление новых технических средств аудио- и видеотехники позволило создавать обучающие программы, ориентированные на пассивное восприятие информации обучаемым. Внешне процесс обучения выглядит простым и увлекательным и, можно предположить, эффективным. Однако создание такой обучающей программы, как правило, очень затратное мероприятие. В качестве примера можно привести обучающие фильмы фирмы General Electric, выпускаемые для своей продукции. Для пояснения принципа работы дизеля 7FDL специалистами этой компании был выполнен поперечный разрез двигателя, который оснастили электроприводом. Окончательная версия учебного видеофильма потребовала дополнительной работы мультипликаторов для создания эффектов воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Современные компьютерные технологии открыли новые возможности в образовательных технологиях. Главная их особенность – интерактивность, позволяющая обучающемуся перейти из роли «стороннего наблюдателя» в активного участника процесса познания. По нашему мнению компьютерная программа, соответствующая принципу интерактивности должна обеспечить обязательное выполнение следующих возможностей:

- выбор последовательности работы  отдельных фрагментов программы  в соответствии с текущими  потребностями обучаемого;

- контроль (самоконтроль) правильности  усвоения учебного материала.

       Имеющийся опыт разработки обучающих и тестирующих программ побудил нас к разработке единой технологии их создания, которая бы позволила в будущем с минимальными затратами времени создавать новые учебные пособия. Наряду с интерактивностью к окончательному программному продукту предъявлялись следующие требования:

- возможность защиты авторских  прав техническими или программными  средствами;

- регулируемый доступ к обучаемым  программам;

- изучение конструкции на основе трехмерных моделей деталей узлов и агрегатов;

- изучение принципов работы изучаемых объектов на основе анимированных схем.

   3.2   Результаты исследований

       При разработке общей технологии создания КОП прежде всего мы должны были определиться со структурой учебного пособия, общей для многообразного перечня устройств в машиностроении. Мы считаем, что необходимым и достаточным для достижения образовательной цели в рассматриваемой области будет наличие двух интерфейсов работы КОП, которые далее будем условно называть подпрограммами. Это подпрограмма «конструкция» и подпрограмма «принцип действия». Каждая из этих подпрограмм должна работать в режимах «обучение» и «тестирование»

         Подпрограмма «конструкция» работает следующим образом. В окне программы имеется перечень основных деталей узла. Основную часть окна занимает схема узла, выполненная на основе характерного его разреза (сечения). Каждому элементу в перечне соответствует его «плоское» графическое изображение на схеме узла, краткая текстовая характеристика и трехмерная модель в базе данных программы. Работа с подпрограммой в режиме обучения протекает следующим образом. При прохождении указателя (мыши) над элементом перечня, соответствующая ему часть изображения на схеме выделяется ярче и, наоборот, при прохождении указателя над элементом схемы выделяется нужный элемент в перечне. При щелчке (левой кнопкой мыши) по элементу перечня или части схемы в свободной области окна появляется текстовый фрагмент, содержащий необходимую информацию о детали и её трёхмерная анимированная модель. При первом появлении модель детали вращается относительно характерной для конкретной формы детали оси (вертикальной или горизонтальной), совершая один полный оборот. Обучаемый может повторить анимацию вращения, выбрав любую из двух осей вращения.

       В режиме «тестирование» работа подпрограммы заключается в нахождении соответствия между всеми четырьмя визуальными компонентами, а именно: названием детали, её изображением на схеме, текстовой характеристикой и анимированной объемной деталью. Возможны различные комбинации, определяемые генератором случайных чисел. Например, в окне воспроизводится трехмерная деталь, а обучаемый должен правильно указать ее название в перечне элементов. Или по названию детали правильно указать её на схеме и т.д. Все текстовые задания формулируются в текстовом виде, отображаемом в верхней части окна. Наиболее сложным, по нашему мнению, является вариант, когда по текстовой характеристике детали требуется найти её изображение на схеме.

       Мы считаем, что работа обучаемого с этой подпрограммой поможет ему: выучить правильную терминологию (названия деталей), их расположение в составе изделия (место на сборочном чертеже); получить представление о внешнем виде деталей и её принципиальных характеристиках.

       Рассмотрим интерфейс подпрограммы «принцип действия». В окне подпрограммы расположены схема узла и перечень наименований фаз работы.   Схема анимируется в соответствии с логикой работы устройства. При этом каждому временному интервалу анимации соответствует та или иная фаза процесса, название которой выделяется в перечне наименований.

       При щелчке по элементу перечня, анимация прерывается и возобновляется с того места, которое соответствует началу выбранной фазы и останавливается в ее конце. Также есть возможность вернуться к первоначальному варианту анимации с непрерывным чередованием характерных фаз.

        В режиме «тестирование» от обучаемого требуется остановить анимацию в той фазе работы узла, которая будет задаваться программой в случайном порядке из перечня характерных фаз. В другом варианте программа останавливает анимацию в случайном месте и требует от обучаемого ввода соответствующего наименования процесса. Возможен и третий вариант, когда выбор наименования выполняется в соответствии с заданным текстовым описанием.

       Работа обучаемого с этой подпрограммой поможет ему получить представление о принципе действия узла, овладеть правильной терминологией, используемой для наименования и характеристики протекающих процессов. Приведенные выше описания интерфейсов работы программы не исключают разработку некой универсальной среды или конструктора для разработки КОП, работающих по представленному принципу. В настоящий момент мы такую задачу перед собой не ставили, тем не менее, уже на данный момент развития технологии мы можем четко определить те элементарные компоненты - «кубики» программы, которые и позволяют говорить нам об универсальности технологии. Под универсальностью мы здесь понимаем возможность создания новых обучающих программ без изменения внешней управляющей программы, а только наполнением ее новыми компонентами. Их всего три. Рассмотрим каждый подробно.

        Первый – это трехмерная модель каждой детали. В настоящее время существует множество программ для трехмерного моделирования. В институте тяги и подвижного состава ДВГУПС студенты ряда специальностей изучают программу «SolidWorks», которую мы также использовали в нашей работе. И хотя процесс создания трёхмерных моделей требует определенных навыков и знаний, он является понятным и естественным для инженера-механика. Именно такого специалиста мы имеем в виду в роли потенциального автора КОП, созданной по нашей технологии. Нельзя не упомянуть и о том обстоятельстве, что в современном мире новая конструкция создается сначала виртуально, в компьютерном варианте, т.е. в виде тех самых трехмерных моделей. Поэтому на момент разработки обучающей программы для нового изделия нельзя исключать возможность приобретения готовых трехмерных моделей у производителя.

      Второй компонент – текстовая информация о каждой детали и протекающих в устройстве процессов. Это наиболее простой для программной реализации компонент, не требующий долгих пояснений. В соответствие с задумками автора текст может содержать разнообразную информацию. Каждой детали и характерной фазе работы устройства должен соответствовать свой текстовый файл.

      Третий компонент – интерактивная схема объекта. Для программной реализации этого компонента мы использовали возможности программы Adobe Flаsh со встроенным языком программирования ActionScript . В простейшем случае предполагается одна такая схема. С позиций программиста она должна быть «чувствительной» к перемещению мыши в соответствующих областях и «уметь» выделять (контрастностью, цветом и т.п.) отдельные свои элементы. Этот компонент, в отличие от описанных выше, должен иметь программный интерфейс для обмена данными с управляющей программой. Технология Adobe Flash имеет целый арсенал таких средств. На сегодня мы еще не готовы сделать окончательный выбор для «стандартизации» интерфейса взаимодействия компонентов с управляющим модулем, но это вопрос ближайшего будущего. Возможно, для КОП понадобится не одна, а несколько интерактивных схем. Например, при реализации КОП, представленной ниже, мы использовали две схемы, которые отличались скоростью анимации движения и детализацией проработки необходимых фрагментов.

       Остальные задачи функционирования КОП решает управляющая программа, код которой должен подвергаться минимальным изменениям при разработке новой программы, в идеале – вообще не должен изменяться.

        Рассматривая КОП как образовательный ресурс, обладающий в современном обществе не только социальной, но и коммерческой составляющей, мы не могли не учитывать требование регулируемости доступа к этому ресурсу. Наиболее перспективным и развивающимся направлением в этой области являются, как это ни парадоксально, интернет технологии. Если обучающая программа находится на сервере образовательного учреждения, то в руках технического персонала имеется разнообразный инструмент не только по ограничению доступа к ней, но и учету различной персонализированной информации об использовании данной программы. Наряду с многочисленными положительными сторонами использование Интернет влечет и ряд проблем. В первую очередь это связано с требованием минимальных изменений в программном обеспечении компьютера конечного пользователя. В идеале вообще их отсутствие, т.е. работа КОП в окне стандартного браузера, в крайнем случае, с установкой ActiveX-компонентов от авторитетных компаний. Во вторую очередь, повышенные требования к скорости загрузки отображаемых компонентов КОП, а значит к размеру их кода. По этой причине мы сразу отвергли применение видеофайлов для анимации трехмерных деталей, простая возможность получения которых имеется в программе SolidWorks.

        Решением данной проблемы мы нашли в программе Swift 3D . Эта программа позволяет создавать высококачественные трехмерные изображения, которые могут быть анимированы непосредственно в пределах самой программы и затем преобразованы в широко распространенные форматы для просмотра с помощью всевозможных вьюверов, а также для публикации в сети интернет. Одним из главных преимуществ, программы является векторная графика и способность экспорта готового проекта в файл расширения *.swf, для публикации во Flash.  Это позволит просматривать анимацию миллионам пользователей, чьи компьютеры оснащены Flash Player’ом. Файл расширения *.swf, не занимает много памяти.  Преимуществом векторной графики является сохранение качества изображения при увеличении, чего нельзя сказать про видеофайлы. Разработанную технологию создания КОП можно представить схематично (рисунок 16).

 

Рисунок 16- Технология создания КОП