Цифровые 3D-технологии в инженерной графике

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
Л. А. Смирнова, Р. Н. Хусаинов, В. В. Сагадеев 
 
 
ЦИФРОВЫЕ 3D-ТЕХНОЛОГИИ  
В ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 514.18:004.9(075) 
ББК 22.151.3:32.97я7

С50

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. А. Г. Лаптев 
д-р техн. наук, проф. Я. Д. Золотоносов 
 

 
С50 

Смирнова Л. А. 
Цифровые 3D-технологии в инженерной графике : учебное пособие / Л. А. Смирнова, Р. Н. Хусаинов; В. В. Сагадеев; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2019. – 144 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2660-6

 
Изложены основные положения концепции информационной поддержки жизненного цикла изделий машиностроения. Дано описание стадий 
жизненного цикла и информационных систем, автоматизирующих этот процесс. Рассмотрены современные технологии создания электронных конструкторских документов на основе обновленных стандартов ЕСКД и национальных стандартов серии ГОСТ Р. Изложены основы аддитивных технологий и 
их классификационных моделей. Дан обзор современных подходов в обучении 
геометро-графическим дисциплинам.  
Предназначено для студентов всех инженерных направлений, изучающих использование современных технологий при проектировании и разработке конструкторской документации.  
Подготовлено на кафедре «Инженерная компьютерная графика и автоматизированное проектирование». 
 

 

ISBN 978-5-7882-2660-6
© Смирнова Л. А., Хусаинов Р. Н.,  

Сагадеев В. В., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 514.18:004.9(075) 
ББК 22.151.3:32.97я7

ВВЕДЕНИЕ 
 
В условиях цифровой экономики современной стратегией промышленных предприятий становится их конкурентоспособность на 
рынках высокотехнологичной и наукоемкой продукции. Распространение получает принципиально новая организация процессов ее создания – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия (ЖЦИ) и стандартизация методов представления данных на каждой стадии этого цикла.  
Современное развитие промышленности, характеризующееся 
широкой автоматизацией и информатизацией производства, ставит перед техническими вузами новые задачи. Кадровая политика наукоемких машиностроительных производств направлена на получение высококвалифицированных специалистов, имеющих фундаментальную 
подготовку в области инженерных наук, в совершенстве владеющих 
цифровыми технологиями, творческих, способных в минимальные 
сроки к профессиональной адаптации [1]. 
Учитывая, что в современном производстве появился термин «опережающие технологии», под которыми понимают принципиально новые 
разработки, обеспечивающие лидерство на мировом рынке, новое инженерное образование должно обгонять эти технологии [2]. 
Подготовка инновационных инженеров, способных внедрять и 
управлять сложными техническими системами, адаптироваться к условиям рынка, должна проводиться при тесном взаимодействии инженерного образования, науки и промышленности. Совершенно очевидно, 
что обеспечение эффективности учебного процесса в контексте современных требований возможно лишь при оптимальном сочетании традиционных и новых методов и приемов обучения. Причем уже на этапе 
обучения требуется, чтобы студенты осваивали технологии разработки 
и производства изделий, используемые на предприятиях. Эти требования отражены и в образовательных стандартах высшего образования, 
согласно которым выпускник должен обладать знаниями и умениями, 
позволяющими применять современные цифровые технологии, математические методы и программное обеспечение для решения конкретных проектно-конструкторских задач в своей профессиональной деятельности.  

Техническое образование также предусматривает серьезную графическую подготовку будущих инженеров, качество которой обеспечивают общепрофессиональные дисциплины, способствующие развитию пространственного воображения, творческого и конструктивного 
мышления, воспитанию профессиональной графической культуры обучающихся. 
Всероссийское совещание заведующих кафедрами инженернографических дисциплин технических вузов под руководством 
В. И. Якунина (2015 г.) в своем решении отметило необходимость поддержать активное внедрение в образовательный процесс информационных коммуникационных технологий как по направлению компьютеризации инженерной деятельности, так и по совершенствованию процесса обучения [3]. Для этого целесообразно использование в учебном 
процессе системы автоматизированного проектирования (САПР) механических изделий (твердотельное моделирование и автоматизированная 
разработка 
конструкторской 
документации), 
электронных 
устройств и их компонентов, а также системы управления данными об 
изделиях на всех этапах жизненного цикла.  
Эффективность использования САПР определяется квалификацией персонала. Самые лучшие проекты автоматизации не находят реальной поддержки на производстве при отсутствии глубоких знаний, 
современной информационной культуры у персонала всех уровней [4]. 
Главной чертой графической подготовки должно быть практическое 
использование современных технологий 3D-моделирования (англ. Dimension – размерность), электронного документооборота и прототипирования. 
В курс геометро-графических дисциплин технического вуза входят следующие: фундаментальная – «Начертательная геометрия» или, 
в современной трактовке, «Теория геометрического моделирования»; 
прикладная – «Инженерная графика»; технологическая – «Компьютерная графика». 
Инженерная графика является базовой основой технического образования, обеспечивая студента минимумом фундаментальных инженерных знаний в области геометро-графического моделирования изделий, в результате которых формируются первые навыки студентов в 
проектировании. В связи с внедрением эффективных интегрированных 
САПР в учебный процесс возникает необходимость уделять 

первостепенное внимание 3D-моделированию, сводя по возможности 
до минимума применение этих систем для выполнения изображений 
методами 2D-технологий. 
Знания, умения и навыки владения 3D-технологиями автоматизированного проектирования и управления электронным документооборотом выдвигаются в число основных компетенций инновационного 
инженерного образования. Современные САПР позволяют создавать 
электронные 3D-модели деталей, сборочных единиц и имеют все необходимые инструменты для получения конструкторских документов 
(КД) и прототипов изделий на основе их моделей. 
Подходы к преподаванию инженерной графики, использующие в 
своей основе цифровые 3D-технологии, можно рассматривать как усовершенствование традиционных методов обучения, приближающихся к 
требованиям производства. Современная стратегия наукоемких предприятий, разрабатывающих высокотехнологичную продукцию, базируется на стандартах интегрированной информационной поддержки изделий (далее – ИПИ) технологий. Они определяют создание и организацию 
интегрированной информационной поддержки ЖЦИ, основанной на 
электронном обмене данными (безбумажные технологии) на всех его 
этапах. Следовательно, при подготовке студентов технических вузов 
необходимо учитывать требования стандартов ИПИ-технологий. 
Согласно распоряжению Правительства РФ от 6.01.15 № 7-р (с изменениями на 17 мая 2018 г.), в перечень специальностей и направлений 
подготовки высшего образования, соответствующих приоритетным 
направлениям модернизации и развития цифровой российской экономики включены профили, связанные с проектированием и автоматизацией технологических процессов и производств машиностроения.  
При составлении данного учебного пособия авторы стремились 
показать на основе новых национальных стандартов ГОСТ Р и стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) возможности современных технологий создания электронных конструкторских документов, их документооборота, а также мастер-моделей на основе технологий быстрого прототипирования. 
Материалы пособия сгруппированы по разделам:  
1. Излагаются основные понятия жизненного цикла изделий машиностроения, рассматриваются на основании действующих стандартов его этапы.  

2. Излагаются общие сведения о промышленных САПР, используемых на стадиях жизненного цикла изделия. Приводится международная классификация этих систем. 
3. Излагаются технологии геометрического моделирования, приводятся виды 3D-геометрических моделей (ГМ) и методы их создания. 
Рассматривается технология параметризации трехмерных моделей деталей и сборочных единиц. 
4. Анализируется современное состояние ЕСКД в проектно-конструкторской деятельности. Приводятся электронные модели изделий на 
проектной стадии. Излагаются общие положения об электронных конструкторских документах. Рассматривается обмен данными  
5. Излагаются общие положения об аддитивных технологиях. 
Приводятся общие сведения, классификация методов получения изделий (по литературным данным и национальному стандарту РФ  
ГОСТ Р 57558).  
6. Дается обзор современных методов обучения геометро-графическим дисциплинам, позволяющим сформировать систему знаний о 
геометрическом моделировании технических изделий, правилах создания и оформления конструкторской документации по 3D-моделям, 
близким к реальной профессиональной деятельности. 
Материал, представленный в пособии, поможет обучающимся в 
формировании профессиональных компетенций, таких как способность принимать участие в работах по автоматизированному проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническим заданием и использованием стандартных средств 
автоматизации проектирования, разрабатывать рабочую проектную и 
техническую документацию и оформлять законченные проектно-конструкторские работы и др.  
Пособие может быть полезным студентам на любых этапах обучения как при выполнении заданий по курсу инженерной графики, так 
и в дальнейшем при работе над курсовыми и дипломными проектами.  
 

1. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ  
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 
 
1.1. Виды и классификационные признаки  
изделий машиностроения 
 
Машиностроительная отрасль является основой промышленности любой страны мира и ее интеллектуальным потенциалом. Среди 
всех отраслей промышленности машиностроение стоит на первом месте по стоимости выпускаемой продукции, а также по численности занятых в этих производствах. Промышленная продукция машиностроения делится на изделия и продукты.  
Применительно к конструкторской документации виды изделий 
машиностроения и приборостроения всех отраслей промышленности 
устанавливает ГОСТ 2.101-2016. Учитывая кардинальные обновления 
стандартов Единой системы конструкторской документации, авторы 
сочли целесообразным для удобства работы с пособием приводить в 
тексте выдержки из соответствующих стандартов. Кратко остановимся 
на некоторых основных положениях и определениях стандартов при 
классификации изделий машиностроения.  
Согласно ГОСТ 2.101-2016, изделие – это предмет или набор 
предметов производства, подлежащих изготовлению в организации 
или предприятии по конструкторской документации.  
Согласно ГОСТ 15895-77, изделие – это единица промышленной 
продукции, количество которой может исчисляться в штуках (экземплярах).  
Продукты, в отличие от изделий, исчисляются в непрерывных 
единицах – тоннах, кубических метрах, литрах и т. д. Изделиями могут 
быть устройства, средства, машины, агрегаты, аппараты, приспособления, оборудование, установки, инструменты, механизмы, системы и др. 
К изделиям допускается относить завершенные и незавершенные предметы производства, в том числе заготовки.  
Изделие, выполняющее определенные функции в составе другого 
изделия, является его составной частью (СЧ). По конструкторско-функциональным характеристикам СЧ может быть любым видом изделия. 
Установленные стандартом виды изделий следует применять на 
всех стадиях разработки конструкторских документов в соответствии с 

положениями ГОСТ 2.102-2013. Обозначение изделия является одновременно обозначением его основного конструкторского документа. 
Изделия подразделяют на виды по следующим классификационным признакам: конструктивно-функциональным; назначению; разработке; структуре; стандартизации.  
В соответствии с конструктивно-функциональными характеристиками установлены следующие виды изделий: деталь, сборочная единица, комплекс и комплект (рис. 1.1).  
 

 
 
Рис. 1.1. Виды и структура изделий по конструктивно- 
функциональным характеристикам [8] 
 
Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций, например, литой корпус; валик из одного куска металла и др. 
Сборочная единица (узел) – изделие, составные части которого 
подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, 
пайкой, запрессовкой, развальцовкой, склеиванием, укладкой и т. п.). 
Например, редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с металлической арматурой и т. п. К сборочным единицам также относят: 

– изделия, для которых конструкцией предусмотрена разборка их 
на составные части; 
– совокупность сборочных единиц и/или деталей, имеющих общее функциональное назначение и совместно устанавливаемых на 
предприятии-изготовителе в другой сборочной единице, например, 
электрооборудование станка, автомобиля, самолета и т. п.; 
– совокупность сборочных единиц и/или деталей, имеющих общее 
функциональное назначение, совместно уложенных на предприятии-изготовителе в укладочные средства (футляр, коробку и т. п.), которые 
предусмотрено использовать вместе с уложенными в них изделиями; 
– упаковочную единицу, представляющую изделие, создаваемое 
в результате соединения упаковываемой продукции с упаковкой. 
Агрегат – сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью возможностью сборки отдельно от других составных частей 
изделия (или изделия в целом) и способностью выполнять определенную функцию в изделии или самостоятельно (например, двигатель). 
Примеры моделей деталей и сборочной единицы редуктора по 
конструктивно-функциональным признакам даны на рис. 1.2–1.4. 
Комплекс – это два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но 
предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных 
функций. Каждое из специфицированных изделий, входящих в комплекс, служит для выполнения одной или нескольких основных функций, установленных для всего комплекса, например, бурильная установка, пусковая установка и средства управления, корабль и т. д.  

 

Рис. 1.2. 3D-модель ведущего 

вала-шестерни 

Рис. 1.3. 3D-модель корпуса  

редуктора

а 
б

 
Рис. 1.4. 3D-модель сборочной единицы редуктора: 
а – корпус в сборке; б – вырез в модели редуктора

 
В комплекс, кроме изделий, выполняющих основные функции, 
могут входить детали, сборочные единицы и комплекты, предназначенные для выполнения вспомогательных функций, например, детали и 
сборочные единицы, предназначенные для монтажа комплекса на месте 
его эксплуатации, комплект запасных частей, укладочных средств, 
тары и др. Пример модели комплекса турбокомпрессорного оборудования показан на рис. 1.5. 
 

 
Рис. 1.5. Турбокомпрессорное оборудование  
для линии по производству азотной кислоты