Московский городской конкурс проектных и исследовательских работ

Государственной бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа №1420»,

Юго-Восточный административный округ

Школьный тур

Проект:«Технологии для будущей профессии:

Промышленный дизайн и проектирование»

Выполнила: Каштанова Варвара,ученица 11 «В» класса ГБОУ Школа №1420 г. МосквыРуководитель: Вартиайнен А.С.

Москва - 2018

ОглавлениеВведение...................................................................................................................3

Актуальность........................................................................................................3

Организации, на базе которых шла работа над проектом................................5

Дорожная карта проекта......................................................................................5

Глава 1. Теоретическая часть.................................................................................6

Компьютерное моделирование...........................................................................6

3D-моделирование...............................................................................................7

Глава 2. Практическая часть...................................................................................8

Autodesk Inventor 2015.........................................................................................8

Autodesk Fusion 360..............................................................................................9

Blender.................................................................................................................12

Выводы...................................................................................................................16

Список литературы и источники.........................................................................18

Список литературы:...........................................................................................18

Интернет источники:.........................................................................................18

Приложение 1........................................................................................................19

Фотоматериалы работы по проекту.....................................................................19

Введение

Актуальность

Жизнь людей сегодня невозможно представить без компьютерной техники. Компьютеры выполняют большое количество разных операций. Их применение стремительно увеличило производительность труда человека. На мой взгляд, одно из популярных направлений – это цифровое моделирование. Еще его называют компьютерным прототипированием. Модели, разработанные на компьютере применяются в самых разных научных направлениях: физике,естествознании, экономике, и т. д.Особенно актуально применение компьютерного моделирования в промышленном дизайне.Первые предшественники промышленных дизайнеров появились в XVIII веке. В Великобритани было развито производство набивных тканей. Именно технология создания рисунка стала прототипом современного дизайна. Термин «индустриальный дизайн» появился в 1919 году благодаря немецкому специалисту в области архитектуры Вальтеру Гропиусу, который является основателем первой школы промышленного дизайна «Баухаус». Индустриальный дизайн широко распространился в Северной Европы после окончания войны 1941-1945-х гг. Параллельно это направление получает распространение и в Соединенных Штатах Америки, предприниматели которых желали увеличить  продажи продукции, путем придания ее более презентабельного вида. Развитие пошло так успешно, что уже в 60-е годы  была организована Коллегия Индустриального дизайна.Определение индустриального дизайна дал Томас Малдонадо: «Индустриальный дизайн — это творческая активность, имеющая цель улучшать внешние достоинства объектов, производимых в промышленности» (1969 год)1. Выделяют три направления промышленного дизайна: художественное, экономическое и техническое. Задачами промышленного дизайна являются моделирование бытовой техники, производственных установок и их интерфейсов, всех видов транспорта, многообразного оборудования. Отдельную позицию занимает дизайн мебели и элементов интерьера, посуды и столовых приборов.Все ПО, для работы по созданию трехмерной графики разделяют на три вида:· 3D-моделирование изображений· Визуализация в играх и прикладных программах· Моделирование деталей и механизмов

1 Википедия ru.wikipedia.org/wiki/Промышленный_дизайн

Считаю важным уметь разбираться при выборе профессии инженера в направлении промышленного дизайна в современном программном обеспечении.

В данном проекте будут рассмотрены три профессиональные программы, которые используются инженерами для созданий двумерных и трехмерных моделей как простых, так и сложных объектов. Две программы: Autodesk Inventor 2015 и Autodesk Fusion 360 являются продуктами компании Autodesk и обладают сходным интерфейсом и некоторыми общими функциями. Третья программа Blender, обладает не только всеми средствами для создания 2D- и 3D-моделей, но также включает в себя игровой движок, что позволяет создавать на нем компьютерные игры.

Все вышесказанное позволило сформулировать цель и задачи проекта.Цель: составить сравнительный анализ программ используемых инженерами для созданий двумерных и трехмерных моделейЗадачи: 1) изучить программы: Autodesk Inventor 2015, Autodesk Fusion 360; Blender2) исследовать интерфейс и инструментарий программ;3) создать в каждой из программ компьютерные модели;4) составить сравнительный анализ программ с рекомендациями использования.Ожидаемый результат проектаВ каждой программе будет созданы объекты и составлен сравнительный анализ по следующим требованиям:

Возможность создания чертежа; Наличие облачного хранилища с доступом к сети Интернет; Наличие русскоязычной версии; Доступность лицензионной версии; Сложность в освоении; Применение в учебных целях; Востребованность в профессиях.

, Организации на базе которыхшла работа над проектом 1 РТУИ МИРЭА «МИРЭА – Российский технологический

университет», Москва, (ул. Проспект Вернадского, д. 78)1.1 Проведение консультаций1.2 Проведение мастер-классов (Autodesk Inventor 2015, Blender)1.3 Предоставление технической базы2 МАИ(НИУ) «Московский авиационный институт (национальный

исследовательский университет)»2.1 Проведение консультаций2.2 Проведение мастер-классов (Blender)2.3 Предоставление технической базы3 ГБОУ Школа №1420, как площадка Московского технологического

марафона (МТМ) в рамках Московского городского проекта «Школа новых технологи» (ШНТ)

3.1 Научное и организационное руководство3.2 Занятия в рамках проектной деятельности3.3 Проведение мастер-классов «МТМ – Дизайнотон»(Autodesk Fusion 360)

3.4 Предоставление технической базы

Дорожная карта проектаНаправление работы/задачи/сроки

сентябрь октябрь ноябрь декабрь

введение в тематику проекта.

лекции лекции

посещение ВУЗов мастер-классы

мастер-классы

Освоение программ 3Д моделирования

МТМ «Дизанотон»

МТМ «Дизанотон»

МТМ «Дизанотон»

МТМ «Дизанотон»

Создание компьютерных моделей

создание модели

создание модели

корректировка

Подготовка текстовой части работы. Анализ работы над проектом.

набор теста, подготовка презентации

Подготовка стендовой защиты проекта

подготовка презентации

Подготовка к конференции

Материалы

2.1 Autodesk Inventor 2015,

2.2 Autodesk Fusion 360;

2.3 Blender

основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта- Глава 1. .Теоретическая часть

КомпьютерноемоделированиеЭффективность компьютерного моделирования неоспорима. В первую очередь это обуславливается его возможностью проведения многочисленных экспериментов без больших экономических затрат и угрозы безопасности. Компьютерный анализ в ПО позволяет задавать требуемые физически характеристики объекта и исследовать его поведение в определенных условиях (допустим тестирование тормозных колодок автомобиля на износ). Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет определить оригинал (или целый класс объектов).Компьютерное моделирование позволяет: изучать не повторяющиеся явления – события из прошлого и будущего,

объекты, не воспроизводимые в реальных условиях; создавать абстрактные объекты; исследовать явления и процессы в действии; проводить многочисленные испытания одной и той же модели; создавать законченную версию объекта, не изготовляя ее; проводить эксперименты без риска опасных последствий для здоровья

человека или окружающей среды.2

Следует отметить, что точность полученного в результате моделирования объекта зависит от сферы его применения, поэтому существуют различные ПО с характерными особенностями интерфейса и возможностей для создания модели, т. е. обучающие программы будут самыми примитивными, те, что направлены на промышленный дизайн, - улучшенным рендерингом и текстурированием, ПО инженерного направления - высокой точностью и возможностями исследований.

3D-моделирование

2 Викепедия ru.wikipedia.org/wiki/Компьютерное_моделирование

3D-моделирование или прототипирование — это процесс создания трёхмерной модели объекта. Целью прототипирования является создание визуально-объёмного образа требуемого прототипа. Уникальность в том, что моделирования дает возможность создания объектов не сушествующих в реальности.

Этапы создания трёхмерного изображения:

· моделирование

· текстурирование

· освещение

· рендеринг/визуализация

· анимация (при необходимости)

· динамическая симуляция (при необходимости)

· вывод изображения на дисплей или 3D-принтер.

2. Глава Практическая частьЗнакомство с программами по трёхмерной графике происходило на

разных площадках. С Autodesk Fusion 360 работа проводилась в рамках Московского проекта Школы новых технологий: «Московский технологический марафон-Дизайнатон» на базе ГБОУ Школа №1420. С программой Autodesk Inventor 2015 я познакомилась в рамках мастер-классов в РТУ МИРЭА. С программой Вlender работала на занятиях в МАИ «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)».

Программы Autodesk Inventor 2015 и Autodesk Fusion 360 являются платными профессиональными программными обеспечениями для проектирования, создания и производства инженерных моделей различных объектов. Autodesk — компания, крупнейший в мире поставщик программного обеспечения для промышленного и гражданского строительства, машиностроения, рынка средств информации и развлечений3.

В указанных программах возможно создание как моделей простых тел, путем использования основных инструментов скульпинга, как: выдавливание (экструдирование), вращение, фаска, лофт и т. П., так и сложных механизмов разные виды соединений компонентов тела неподвижное сварка, подвижное вращение вокруг точки, ползунок. Готовые объекты можно окрасить в нужный цвет и задать материал: стекло (матовое, прозрачное), металл (сталь, алюминий, дюралюминий, медь, цинк и т. Д.), дерево (береза, дуб, лиственница и т. Д.), пластмасса. Рендеринг позволяет настроить нужную визуализацию модели регулировка освещения, яркости и насыщенности цветов и т. П. Одной из важных функций программ является возможность тестирования готовой модели для исследования ее физических свойств. Большим достоинством этих программ является также наличие автоматической генерации двумерного чертежа по созданной трехмерной модели, т.е. нужно задать параметры и программа сама создаст чертеж объекта, с помощью инструментов можно проставлять размеры деталей, делать выноски.

Autodesk Inventor 2015Autodesk Inventor 2015 обладает довольно простым интерфейсом и, в

отличии от Fusion 360, имеет русскоязычную версию, поэтому он будет более прост в освоении для новичков в 3D-моделировании. Для профессионалов же

3Материал из Википедии — свободной энциклопедии https://ru.wikipedia.org/wiki/Autodesk#Продукты_и_решения

эта программа обладает большим функционалом для создания сложных объектов.

Рис. 1. Модель кружки и интерфейс Autodesk Inventor 2015

Рис. 2. Модель ракеты в Autodesk Inventor 2015

Рис. 3. Модели трехступенчатой ракеты, планеты и звезд в Autodesk Inventor 2015

Рис. 4. Модель кружки в Autodesk Inventor 2015

Рис. 5. Модель шахматного коня в Autodesk Inventor 2015

Рис. 6. Модель шахматного коня в Autodesk Inventor 2015. 2D-эскиз гривы и глаз

Autodesk Fusion 360Autodesk Fusion 360 обладает более сложным интерфейсом, его набор

функций более обширен, кроме того данная программа не имеет русскоязычной версии. Но при этом Fusion 360 обладает рядом преимуществ перед другими 3D-редакторами, главным из которых является облачное хранилище. Все проекты, создаваемые в программе, сохраняются в облаке, и для работы самой программы требуется стабильное подключение к сети Интернет. Эта особенность позволяет разработчику работать над своим проектом с любого компьютера, имеющего доступ к Интернету и на котором установлен Fusion 360. Кроме того возможна коллективная работа над проектом, использование его несколькими людьми, в том числе из разных стран, при этом идет отдельное сохранение каждой версии проекта. В отличии от Inventor 2015 во Fusion 360 содержаться уже готовые базовые объемные тела: прямоугольный параллелепипед, прямой цилиндр, шар, тор, спираль. Возможности программы включают в себя большое количество модификаторов, а также сплайновое моделирование.

Рис. 7. Модель упаковки для детских кубиков в Autodesk Fusion 360

Рис. 8. Модель детских кубиков в Autodesk Fusion 360

Рис. 9. Чертеж модели детских кубиков в Autodesk Fusion 360

Рис. 10. Модель паровоза в Autodesk Fusion 360 Рис. 11. Модель акваланга в Autodesk Fusion 360

Рис. 12. Модель самовара в Autodesk Fusion 360

Рис. 13. Модель кухни в Autodesk Fusion 360 приближенно

Рис. 14. Модель кухни в Autodesk Fusion 360

BlenderЭта программа включает в себя не только 3D-редактор, но еще и: игровой движок, редактор анимации. Blender позволяет спроектировать 3D-модель, задать ей текстуру, настроить физические свойства, задать окружающую среду, анимировать модель или запрограммировать на определенные действия, используя игровой движок. Моделирование осуществляется в

основном за счет изменения базовых тел (плоскость, куб, окружность, Uvсфера, икосфера, цилиндр, конус и тор + еще так называемая обезьянка). Основные операции это вращение €, масштабирование (S), перемещение(G), выдавливание €, подразделение (Ctrl+R). Чтобы в программе было удобно работать потребуется запомнить горячие клавиши. Важную роль играют координатные оси. При работе с объектом можно переключаться между несколькими режимами, основными из которых является режим объекта (работа с целым телом) и режим правки (работа с вершинами или ребрами или гранями). Трехмерную модель можно создавать, загрузив и выставив плоский эскиз. Визуализацию можно настроить, используя такие объекты Blender, как камера и источник света. Blender представляет собой довольно сложную, однако обладающую широким функционалом программою

Рис. 15. Интерфейс Blender

Рис. 16. Модель самолета в Blender. Режим объекта

Рис. 17. Модель самолета в Blender Рис. 18. Моделирование хвоста самолета в Blender

Рис. 20. Моделирование самолета в Blender. Использование фонового изображения

Рис. 21. Модель кружки в Blender. Режим правки, полигоны включены

Рис. 19. Модель кружки в Blender. Финальный результат.

Рис. 19. Модель Марса в Blender.

Рис. 19. Модель Венеры в Blender. Настройка текстуры

ВыводыРезультаты сравнительного анализа по основным различиям между исследуемыми программами представлены в следующей таблице:

Autodesk Inventor 2015

Autodesk Fusion 360 Blender

Соз

дани

е но

вой

дета

ли создание всех деталей

начинается с 2D-эскиза, с

последующим применением к ним операций: выдавливание,

вращение, лофт, фаска и т. Д.

Создание новой модели возможно

посредством выдавливания или вращения плоских

эскизов.Кроме того в программу заложено

несколько готовых базовых

объемных тел, это прямоугольный параллелепипед, прямой цилиндр,

шар, спираль и тор. Возможность сплайнового

моделирования

Создание новой модели начинается с выбора

одного из базовых тел: плоскость, куб,

окружность, UV-сфера, икосфера, цилиндр,

конус, тор с последующими их преобразованиями,

используя инструменты: выдавливание, вращение,

перемещение, масштабировании, а так

же различные модификаторы (подразделение

поверхности, отражение, сборка и т. д.)

Соз

дани

е че

ртеж

а

Наличие автоматической

генерации двумерного чертежа по созданной

трехмерной модели

Наличие автоматической

генерации двумерного чертежа по созданной

трехмерной модели

Возможно создание примерных чертежей, но

этот процесс займет довольно много времени

и потребует определенных знаний

Нал

ичие

обл

ачно

го

хран

илищ

а

Нет

Есть, что позволяет пользователю

работать с проектами с

любого компьютера,

имеющего доступ к Интернету и на

котором установлена данная

программа

Нет

Нал

ичие

дос

тупа

к

Инт

ерне

ту

Не обязательно Обязательно Не обязательно

Нал

ичие

ру

сско

язы

чной

ве

рсии

Есть Нет ЕстьЛ

ицен

зион

ная

верс

ия

Платная, но студентам

предоставляется бесплатная

лицензия сроком на 3 года

Платная, но студентам

предоставляется бесплатная

лицензия сроком на 3 года

Бесплатная, программа находится в свободном

доступе

Сло

жно

сть Довольно

простой интерфейс, подойдет новичкам

Сложный интерфейс, для продуктивного использования

программы потребуется

изучение довольно большого объема

информации

Сложный интерфейс, для продуктивного использования

программы потребуется выучить горячие

клавиши программы, после чего работа станет довольно простой т. к. в основном строиться на

нескольких базовых операциях

При

мен

ение

в

учеб

ных

целя

х Обучение основам 3D-

моделирования.Создание

моделей для инженерных

проектов

Обучение профессиональном

у 3D-моделированию.

Создание моделей для инженерных и

дизайнерских проектов

Обучение профессиональному 3D-

моделированию, созданию компьютерных

игр и анимации. Создание моделей для

дизайнерских и инженерных проектов, создание анимации и компьютерных игр

Вос

треб

ован

ност

ь в

проф

есси

яхВостребован

среди инженеров

Востребован среди инженеров, дизайнеров

Востребован среди инженеров, дизайнеров,

художников, так же широко применяется в

киноиндустрии – создание

полнометражных и короткометражных

мультфильмов, обработка и создание спецэффектов в анимации. Как игровой

движок широкого применения не имеет

Вид

ы

прое

ктир

ован

ия

Твердотельное моделированиеПараметрическое моделирование

Сплайновое моделирование

Твердотельное моделирование

Параметрическое моделирование

Твердотельное моделирование

Параметрическое моделирование

Следует отметить, что все три программы требуют большого объема памяти компьютера.

В продолжении работы планирую разработать инструкции на русском языке для школьников по работе с программой Fusion 360. Продолжить мастер-классы по работе в изученных мною ПО.

Список литературыиисточники

:Список литературы1. «Самоучитель Blender 2.7» Прахов А. А.; 2016 год; БХВ-Петербург 2. «Основы проектирования в Autodesk Inventor» Д. Зиновьев 2017

Москва« ДМК-Пресс»

:Интернет источники1. Autodesk Fusion 360 – функционал, полное описание

(https://www.pointcad.ru/product/autodesk-fusion-360/funkczional-autodesk-fusion-360)

2. Autodesk Inventor (https://www.autodesk.ru/products/inventor/overview)

3. Википедия — свободная энциклопедия (https://ru.wikipedia.org/wiki)

Приложение 1

Фотоматериалы работы по проекту

«Первое знакомство с Autodesk Fusion 360» , ноябрь 2017г.Городской этап национального тура Word Engeneering Competition (WEC)" в рамках городского проекта Московские Инженерные Игры (МИИ)В группе ВК https://vk.com/club132275878?w=wall-132275878_73%2Fall

Восьмой этап Дизайнотона 2017-2018, апрель 2018

В группе ВК https://vk.com/club132275878?w=wall-132275878_124%2Fall

«Второй этап Дизайнатона МТМ», октябрь 2018В группе ВК https://vk.com/club132275878?w=wall-132275878_144%2FallНа сайте школы http://sch1420uv.mskobr.ru/novosti/vtoroj_e_tap_dizajnatona_moskovskogo_tehnologicheskogo_marafona/

«Инженерный каникулы в МИРЭА», ноябрь 2018В группе ВК https://vk.com/club132275878?w=wall-132275878_145%2FallНа сайте школы http://sch1420uv.mskobr.ru/engineer-class/realizaciya_proekta/uchawiesya_gbou_shkola_1420_29-30_oktyabrya_2018_g_gotovilas_k_predprofil_nomu_e_kzamenu_v_rtu_mir_a/