Инженерное 3D-моделирование в ФМЛ №30

Friday, September 11, 2015

Передача «Промышленный клуб» на канале «Санкт-Петербург»

Выпуск передачи «Промышленный клуб» 11 сентября 2015 г. на канале «Санкт-Петербург» был посвящён спецкурсу инженерного 3D-моделирования ФМЛ № 30.

Алексей Андреевич Третьяков, директор:
Одна из актуальных проблем сегодняшней экономики — это подготовка кадров для высокотехнологичной сферы. Все мы пришли в пониманию того, что современного инженера надо готовить со школьной скамьи. [...] На сегодняшнем уровне развития инженерного дела одного вуза недостаточно.

Дмитрий Алексеевич Павлов, руководитель лаборатории 3D-моделирования:
Это совместная инициатива городских властей, производства и энтузиастов из области школьного образования. Преподавание САПР в школе позволило достичь сразу двух целей: во-первых, дети осваивали самые передовые инструменты моделирования и проектирования [...], и во-вторых, они узнавали о том, что есть такая профессия, как инженер, и что эта профессия престижная, высокооплачиваемая, полезная и во всех отношениях заслуживающая внимания.

Владимир Олегович Суздальцев, преподаватель 3D-моделирования:
Ученики после занятий на нашем кружке в большинстве своём идут на механические специальности — либо в инженерно-строительный, либо, так же как и я, в прикладную механику, механику и мат. моделирование.

Максим Пьянков, ученик 11-2 класса:
Вначале я занимался этим, потому что мне было очень интересно просто видеть, как ты проектируешь 3D-модель... После этого я понял, что в будущем действительно хочу этим заниматься.

Сайт телепередачи
Прямая ссылка на видеофайл

Tuesday, May 26, 2015

3D-печать для нужд школы

3D-печать — идеальное средство для получения деталей, недоступных в магазинах. Особенно в тех случаях, когда речь идёт о единичном тираже для специализированной разработки. Одной из таких разработок является система контроля и управления доступом (СКУД) в ФМЛ № 30.

Слово Николаю Леонидовичу Сомсу, преподавателю программирования:

«Создана третья версия системы, основанная на Raspberry Pi B+ и имеющая распределённую архитектуру. База данных и логика доступа хранятся на школьном сервере, а Raspberry Pi B+ управляет контроллером считывателя и магнитным замком. Выражаю благодарность ученику 11-6 класса Никите Желудкову за единый корпус для Raspberry Pi и управляющих реле. Корпус был спроектирован специально для этого проекта и изготовлен по технологии FDM.»

В интернете доступна модель корпуса для платы в формате STL. Для создаваемой СКУД потребовалась модификация, включающая монтаж реле на крышке корпуса и создание второй крышки для реле. В свою очередь, проектирование выступов и пазов под реле потребовало создания модели реле посредством снятия размеров с имеющегося экземпляра. Никита выполнил все поставленные задачи в Creo Parametric.

Три детали сборки (основа, крышка для платы и крышка для реле) были изготовлены на 3D-принтере в школьной лаборатории. Работа по проектированию и моделированию заняла около 4 часов, 3D-печать — около 8 часов, ручная сборка (включая обработку выступов напильником) — 15 минут.

Результат:

Остаётся поздравить ФМЛ №30 с модернизацией, а Никиту Желудкова — с успешным применением своих знаний на практике.

Wednesday, May 20, 2015

Scalextric4Schools 2015 в России

В Физико-математическом лицее № 30 прошли соревнования автомоделей Scalextric4Schools, ознаменовавшие укрепление программы развития инженерного 3D-моделирования в школах города и страны. Участвовали со своими автомоделями 15 учеников из 6 школ Санкт-Петербурга (в первых соревнованиях Scalextric4Schools в 2014 г. было 7 участников из двух школ).

Значительно увеличилась и сложность трассы:

Соревнования продолжались 2 часа. Каждый участник делал 3 круга по трассе, управляя своей моделью самостоятельно. Остальные в это время помогали возвращать машинку на трассу в случае аварии.

Председателем жюри был Владимир Олегович Суздальцев, преподаватель 3D-моделирования ФМЛ № 30 (слева на фото):

Таблица результатов:

№	Участник	Школа №	Круг № 1	Круг № 2	Круг № 3	Среднее время
1	Николай Васильев	78	45	49.2	45.6	46.6
2	Константин Назаров	29	54.3	49.2	48	52.8
3	Арсений Ярмолинский	255	52.6	57.1	55.6	55.1
4	Максим Товстун	30	58.8	56	55.9	56.9
5	Александр Хорев	30	63.2	57	55.9	58.7
6	Никита Чижов	89	63.2	57.4	55.8	58.8
7	Дмитрий Лукин	244	65.3	61.1	55.9	60.8
8	Максим Струтовский	30	60.7	63.1	59.1	61
9	Егор Волков	255	81.1	59	60.1	66.8
10	Дмитрий Белотков	255	65.4	71	72.8	69.8
11	Александр Ларин	30	75.6	77.9	82	78.5
12	Иван Зайцев	244	102.1	68.7	67.2	79.3
13	Михаил Сладков	244	100.1	84.5	63.7	82.8
14	Николай Андреюк	244	118.2	100.3	109.3	109.3
15	Олег Гаврилов	255	-	-	-	-

Поздравляем Николая Васильева, Константина Назарова и Арсения Ярмолинского с заслуженной победой! Призы за 1-е, 2-е и 3-е места (3D-ручка, книга, флешка) от ФМЛ № 30 вручал В.О. Суздальцев. Поощрительные призы за 4,5,6 места от ООО «Ирисофт» вручал приглашённый специалист Алексей Леонидович Лопатухин.

Первая тройка призёров (дипломы подписаны Дмитрием Орловым, главой образовательной программы корпорации PTC в России и странах бывшего СНГ):

Модель победителя, созданная в PTC Creo (как и модели остальных участников):

Все участники:

(все фотографии любезно предоставлены Иваном Галкиным)

Одновременно с соревнованиями в ФМЛ № 30 проходил семинар для педагогов 3D-моделирования и робототехники по вопросам организации и участия в соревновательном движении, который посетили около 40 человек. Докладчиками были преподаватели городских школ, в также Наталья Владимировна Губкова, главный специалист отдела развития образования Комитета по образованию Санкт-Петербурга.

Слайды доклада Ивана Юрьевича Галкина (Лицей № 244):

Слайды доклада Владимира Олеговича Суздальцева (Лицей № 30):

Ссылки:

Friday, March 27, 2015

Соревнования по 3D-моделированию и мастер-классы в ФМЛ №30

В Физико-математическом лицее № 30 прошёл очный тур международных соревнований по 3D-моделированию. Участвовало 28 учеников 5-11 классов из школ Санкт-Петербуга (№№ 30, 78, 89, 93, 244, 295, 366, 373, 378, 446, 621, Аничков лицей), Северодвинска (№ 20) и Скелмерсдейла (OLQP Catholic Engineering College, удалённо).

Соревнования проходили при поддержке Комитета по образованию Санкт-Петербурга, корпорации PTC (США) и ООО «Ирисофт».

Состав жюри:

Председатель: Крутов Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор СПбГПУ
Курников Андрей Александрович, ведущий специалист по внедрению CAD систем ООО «Ирисофт»
Колмаков Алексей Юрьевич, инженер-консультант CAD и PDM систем ООО «Ирисофт»
Бочаров Александр Николаевич, инженер группы компьютерного моделирования НТЦ «Дизайн-Центр» ГНЦ РФ ОАО "Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Треяль Вячеслав Августович, кандидат технических наук, доцент СПбГПУ

(На фото также присутствует Алексей Леонидович Лопатухин, руководитель проектов ООО «Ирисофт», осуществлявший связь в реальном времени с британскими участниками соревнования.)

Параллельно с соревнованиями ФМЛ № 30 проходили мастер-классы по различным аспектам развития преподавания 3D-моделирования с участием: Натальи Владимировны Губковой (Комитет по образованию), Дмитрия Юрьевича Орлова (PTC), специалистов ООО «Ирисофт» и педагогов школ города.

По окончании мастер-классов состоялось торжественное награждение победителей соревнований.

Победители среди учащихся 5-8 классов:

I место — Николай Васильев, 8 класс, школа № 78 Калининского района
II место — Денис Васильев, 5 класс, лицей № 378 Кировского района
III место — Арсений Борышнев, 6 класс, лицей № 244 Кировского района
III место — Алексей Лесник, 7 класс, школа № 621 Колпинского района

Победители среди учащихся 9-11 классов:

I место — Максим Пьянков, 10 класс, Физико-математический лицей № 30
II место — Никита Иванов, 10 класс, Физико-математический лицей № 30
III место — Иван Фёдоров, 11 класс, Аничков лицей

Ссылки:

Monday, September 29, 2014

Результаты отборочного этапа CAD-OLYMP 2014

Результаты отборочного этапа олимпиады CAD-OLYMP, прошедшего в ФМЛ № 30 28-го сентября:

1 место — Иванов Никита Дмитриевич (ФМЛ № 30, Creo)
2 место — Нарядчиков Александр Владимирович (ФМЛ № 30, Creo)
3 место — Поляков Арсений Александрович (ФМЛ № 30, Creo)

Эти ребята будут представлять Санкт-Петербург в командном зачете на очном этапе олимпиады в Москве 18 и 19 ноября.

Протокол жюри отборочного этапа:

№	Ф.И.О.	Школа	Номер задания	Вид САПР	Затраченное время	Балл
1	Амбросовская Анастасия Викторовна	ФМЛ № 30	2	Creo	7:40	6
2	Волосюк Тимофей Андреевич	ФМЛ № 30	1	Creo	2:20	0
3	Грачев Александр Сергеевич	ФМЛ № 30	2	Creo	4:15	32
4	Зайцева Екатерина Алексеевна	ФМЛ № 30	1	Creo	5:20	0
5	Иванов Никита Дмитриевич	ФМЛ № 30	2	Creo	6:05	65
6	Нарядчиков Александр Владимирович	ФМЛ № 30	2	Creo	7:25	55
7	Покатилов Вадим Витальевич	ФМЛ № 30	1	Creo	7:40	27
8	Поляков Арсений Александрович	ФМЛ № 30	2	Creo	4:15	44
9	Пьянков Максим Дмитриевич	ФМЛ № 30	2	Creo	5:35	38
10	Федоров Иван Михайлович	Аничков лицей	2	Creo	7:40	62
11	Эбель Николай Сергеевич	ФМЛ № 30	2	Creo	4:25	38
12	Яковлев Михаил Алексеевич	ФМЛ № 30	2	Creo	6:30	0

(Иван Федоров, набравший 62 балла, участвовал вне конкурса, т.к. уже прошёл на очный этап благодаря участию в 1-м заочном этапе олимпиады.)

Не всем участникам улыбнулась удача, но следует помнить, что данная олимпиада является студенческой, и задания составлены с учётом знаний студентов начальных курсов технических вузов. Школьники участвуют в олимпиаде наравне с более старшими соперниками.

ФМЛ № 30 выражает благодарность ООО «ИРИСОФТ» и лично Андрею Александровичу Курникову за беспристрастное оценивание работ участников.

Анонс результатов отборочного этапа на сайте CAD-OLYMP, с фотографиями.

Friday, September 19, 2014

Отборочный этап CAD-OLYMP 2014

В воскресенье 28-го сентября в Физико-математическом лицее № 30 состоится отборочный этап студенческой олимпиады «CAD-OLYMP 2014».

Приглашаем школьников старших классов померяться силами в 3D-моделировании деталей и сборок, создании чертежей. Авторы лучших работ (как минимум трёх), отобранных профессиональным составом жюри, будут иметь возможность участвовать в очном туре олимпиады в Москве 18-19 ноября, наравне с более старшими участниками из высших учебных заведений.

Время начала олимпиады: 10:00. Каждому прибывшему участнику выдаётся одно из трёх заданий, а также предоставляется рабочее место с Creo 2.0 или Компас-3D 15. Задание и САПР выбирает сам участник. Опоздания и выходы на обед допустимы. В 18:00 все работы отсылаются коллективу жюри, состоящему из сотрудников компаний «ИРИСОФТ» и «АСКОН».

Адрес: Санкт-Петербург, 7-я линия, д. 52 (вход со Среднего проспекта).

Данный отборочный этап не связан со вторым заочным туром олимпиады, который заканчивается 30-го сентября; школьники, которым не улыбнулась удача на заочных турах, могут участвовать в отборочном этапе в ФМЛ № 30, и наоборот.

Внимание: в данном отборочном этапе участвуют только школьники, из любых школ Санкт-Петербурга и России. (В очном и заочном турах CAD-OLYMP могут участвовать как школьники, так и студенты.)

Внимание: в данном отборочном этапе выполнение работ в других САПР, кроме Creo и Компас, к сожалению, невозможно по техническим причинам. (На очном и заочном турах CAD-OLYMP список допустимых САПР более широк.)

Ссылки:

Friday, August 29, 2014

Лаборатория инженерного 3D-моделирования

В 2013-2014 учебном году в ФМЛ № 30 была развёрнута лаборатория инженерного 3D-моделирования. Это первая лаборатория в стране, дающая возможность старшеклассникам работать с профессиональным ПО и современным оборудованием. Пользователями лаборатории стали ученики спецкурса по инженерному 3D-моделированию и робототехники. Многочисленные победы учеников на всевозможных конкурсах (1, 2, 3, 4) подтвердили верность выбранной в ФМЛ № 30 стратегии образовательной программы, целью которой является подготовка инженерных кадров нового поколения.

В основе упомянутой стратегии лежат три принципа:

Работа учеников в профессиональной системе автоматизированного проектирования (САПР);
Доступ к станкам с числовым программным управлением (ЧПУ) для производства 3D-моделей, созданных школьниками;
Сотрудничество с вузами и предприятиями города.

САПР

Эскизы, 3D-модели, сборки и чертежи делаются учениками в САПР Creo Parametric (ранее известной как Pro/ENGINEER) производства компании PTC. Используется версия Creo 2.0 Academic Edition, не имеющая видимых отличий от профессиональной Creo, кроме форматов файлов и поддержки некоторых специализированных дополнений. Интерфейс программы достаточно прост в освоении; старшеклассники проходят основы 3D-моделирования по учебникам, составленных для профессиональных инженеров, без скидок на юный возраст.

Creo используют многие из крупнейших инженерных предприятий как в северо-западном регионе, так и в целом в стране и в мире. Нет нужды говорить о том, насколько высоко ценятся на рынке труда молодые специалисты, владеющие современным ПО (а в случае выпускников ФМЛ № 30 — ещё и имеющие солидную математическую подготовку).

Одновременно с приобретением Creo в лаборатории были прочитаны учебные курсы по этой САПР специалистами компании «ИРИСОФТ» (1, 2).

В дополнение к САПР Creo, в лаборатории установлены смежные продукты PTC, а именно:

Windchill — система совместной работы в Creo и поддержки жизненного цикла продукта (product lifecycle management, PLM)
Mathcad — интерактивная среда для математических расчётов

Станки

Благодаря станкам с ЧПУ, установленным в лаборатории, ученики могут в кратчайшие сроки воплощать свои 3D-модели в твёрдом материале. Станки значительно расширяют горизонты учебной программы, а также дают ученикам представление о технологических процессах вне САПР — от прототипирования до цифрового производства.

1. 3D-принтер Stratasys Dimension Elite

3D-печать осуществляется по технологии наплавления нити (fused deposition modeling, FDM). Размер рабочего поля — 20×20×30 см. Точность печати — 0.174 или 0.254 мм, в зависимости от выбранного режима.

Станок управляется с компьютера программой CatalystEX, в которую загружается файл модели в формате STL, экспортированный из Creo. По геометрии модели составляется управляющая программа (G-код) для печатающей головки 3D-принтера.

Головка имеет две фильеры, одна из которых подаёт материал модели (АБС-пластик цвета слоновой кости), а вторая — растворимый материал поддержки (коричневый).

Печать происходит на сменной платформе в печи при температуре 75°, а температура в фильерах доходит до 250°. После печати материал поддержки вымывается щелочным раствором в специальной ванне.

Благодаря наличию материала поддержки, допустима печать моделей любой формы, практически без ограничений. Благодаря высокой разрешающей способности, 3D-принтер может изготавливать детали толщиной от 1 мм, с детализацией от 0.5 мм.

2. Лазерный гравёр ZEONMARK LWG-5030

Оснащён 40-ваттным CO2-лазером. Размер рабочего поля — 50×30 см. Функции:

Резка акрила
Гравировка на дереве, пластике, акриле (в т.ч. двуслойном)
Гравировка на металле (при использовании термопасты)

G-код для станка генерируется в программе LaserCut 5.3, в которую загружаются двухмерные контуры в формате PLT. В свою очередь, PLT-файлы могут быть получены из DXF-файлов, экспортируемых из Creo, в одной из программ векторной 2D-графики, например Inkscape. Станок имеет два режима работы: режим резки и режим гравировки. Переключение режимов осуществляется в управляющей программе; в ней же пользователь может настроить такие параметры, как мощность лазера и скорость движения по траектории. Параметры индивидуально подбираются в зависимости от материала и толщины.

В одной программе можно сочетать режимы резки и гравировки, и в каждом из режимов комбинировать контуры с различными параметрами лазера, что позволяет резать без дефектов и получать сколь угодно сложный рельеф практически на любом материале.

3. Фрезерный станок Roland MDX-40A

Оснащён шпинделем на 15000 об./мин. Размер рабочего поля — 30×30×10 см. Функции станка:

Фрезерование по дереву, воску, пластику
Гравировка на пластике и дереве
Сверление отверстий
Благодаря наличию сенсорной головки ZSC-1: сканирование рельефа поверхностей
Благодаря наличию поворотной оси ZCL-40A: фрезерование круглых деталей (т.н. «4D-фрезерование»)

Управляющая программа станка (Roland SRP Player) принимает на вход модель в формате STL.

Пользователем вводятся размеры заготовки, размеры используемых фрез и другие параметры, специфичные для заданной пары «фреза-материал»: подача, скорость вращения шпинделя, точность, шаг по глубине.

В процессе работы можно изменить подачу и число оборотов фрезы с помощью программы VPanel, которая непрерывно контролирует работу станка.

Как правило, фрезерование изделия происходит в два этапа: грубая обработка (фрезой 6 мм с шагом около 1 мм) и точная обработка (фрезой 1-2 мм с шагом 0.1 мм). При переходе от грубой обработке к точной требуется ручная замена фрезы. Однако, результат полностью оправдывает неудобства: поверхность изделия проработана до мельчайших деталей и является абсолютно гладкой на ощупь.

4. Токарный станок Proxxon PD 230/E

Оснащён 150-ваттным приводом и шпинделем на 3000 об./мин. Максимальная длина обрабатываемой детали — 230 мм. Функции станка:

Обработка дерева, пластика, стали, латуни, алюминия
Сверление отверстий
Нарезание резьбы

Из всех станков, установленных в лаборатории, только токарный не имеет ЧПУ и управляется полностью вручную (токарные станки с ЧПУ достаточно сложны в управлении и требуют серьёзной подготовки).

Расходные материалы

Расходные материалы для лазерной резки, фрезеровки и токарной обработки широко доступны и достаточно дёшевы. Проблем с их возобновлением не предвидится.

Листы акрила толщиной 2 мм и 3мм
Деревянные бруски
Пластиковые браски
Фанера
Латунные и алюминиевые заготовки

Иначе обстоит дело с расходными материалами для 3D-печати: картриджи с материалом модели и материалом поддержки, а также сменные платформы являются товарами, специфичными для данной модели 3D-принтера, и доступны только через официальных поставщиков. В изначальной поставке к 3D-принтеру прилагается комплект из 10 картриджей материала модели, 10 картриджей материала поддержки и 80 платформ. Данного комплекта, при умеренном использовании, хватает на два года.

Резцы для токарного станка и фрезы также являются расходными материалами. Впрочем, эти товары представлены у большого количества производителей и поставщиков. Комплекты резцов и фрез, имеющиеся в лаборатории, рассчитаны на один-два года работы.

Компьютеры

Creo, управляющие программы для станков и другое ПО установлено на профессиональные рабочие станции DELL следующей конфигурации:

Процессор Intel Core i7
8 ГБ ОЗУ
Профессиональная видеокарта nVidia Quadro 2000
HDD 500 ГБ
ОС Windows 7 Professional 64-битная
Монитор Dell UltraSharp 24″ (на компьютерах для управления станками 21.5″)

Прочее оснащение

Покрасочный бокс BD-510
Верстак Wolfcraft Master Cut 1000
Рабочие столы Диполь СР-12
Шкаф для комплектующих Диполь ШКХ-2

Безопасность

Одно из условий функционирования лаборатории в стенах школы — соблюдение повышенных требований к безопасности и эргономики.

Всё оборудование работает от евро-розеток 220 В с заземлением;
все силовые и слаботочные кабели спрятаны в кабель-каналы;
лазерный гравёр и фрезерный станок снабжены защитными кожухами; 3D-принтер имеет автоматически запирающуюся дверцу; токарный станок установлен на специальном поддоне;
в помещении сделана надёжная гидроизоляция;
при отделке помещения использовались непожароопасные материалы;
в помещении работает приточная вентиляция;
вытяжки лазерного станка и покрасочного бокса подсоединены к специальной системе вентиляции, которая отводит воздух с вредными веществами на уровень крыши здания;
ученики не допускаются к самостоятельной работе на станках.

Фотохроника

Помещение после ремонта:

Привезённые компьютеры и станки:

Ученики занимаются обустройством компьютерного класса:

Ученики занимаются сборкой мебели:

Комната со станками:

Сборочные и покрасочные работы:

Занятие в компьютерном классе:

Визит гостей с кафедры «компьютерные технологии в машиностроении»:

Благодарности

Создание лаборатории не стало бы возможным без помощи наших партнёров и спонсоров:

Parametric Technology Corporation и лично Дмитрий Орлов: спасибо за колоссальную организационную работу и помощь по установке Creo в школе.
ООО «ИРИСОФТ» и лично Ольга Михайловна Шартукова: спасибо за финансовую и организационную поддержку («ИРИСОФТ» также являлся головным поставщиком большей части оборудования лаборатории).
Комитет по образованию Санкт-Петербурга и лично Наталья Владимировна Губкова: спасибо за активное участие в популяризации и развитии инновационной учебной программы. (Средства на закупку компьютеров, ПО и станков были выделены из федеральной субсидии на реализацию мероприятий по модернизации системы общего образования Санкт-Петербурга.)
Группа компаний «Транзас» и лично Николай Васильевич Мужиков: спасибо за выделение спонсорской помощи на ремонт помещения для лаборатории.
Компания «СтарЛайн» и лично Темур Асрорович Аминджанов: спасибо за постоянную спонсорскую поддержку инженерного направления ФМЛ № 30.
Спасибо администрации и преподавательскому составу ФМЛ № 30, которые поддержали создание передовой лаборатории не только словом, но и упорным трудом.
Спасибо многочисленным выпускникам ФМЛ № 30 за спонсорскую и иную поддержку на протяжении многих лет.

Кроме спонсоров и партнёров ФМЛ № 30, благодарности достойны компании, которые просто хорошо сделали свою работу:

«СОЛВЕР», поставщик 3D-принтера
«Зенон», поставщик лазерного гравёра
«ЛРТ», поставщик фрезерного станка
«Диполь», поставщик рабочей мебели
«Стройпроект» и лично Важенин Владимир Петрович, подрядчик по ремонту помещений

Аналоги

Лаборатория в ФМЛ № 30 — первая, но, к счастью, уже не единственная в своём роде в России, и даже в Петербурге. Аналогичные лаборатории созданы в Лицее № 244 и Аничковом лицее. Также следует отметить набравшее силу движение «Фаблаб» и его петербургского представителя «Фаблаб-Политех» — в большей степени это место предназначено для студентов, но открыты двери и для школьников.

Ссылки

Начало (2012, все тогдашние мечты сбылись)
Победы учеников ФМЛ № 30 и их работы (2012-2014): 1, 2, 3, 4, 5, 6
Видеорепортаж СПб ТВ (2012)
3D-принтер и лазерный гравёр
Фрезерный станок
Работы участников проекта «инженеры будущего»
Видео канала «Россия 2» (2014, фрагмент фильма «Основной элемент. Трехмерное моделирование»)