Ключевой вопрос: «Что я создам за этот год?»
В 11 классе вы будете работать над одним крупным проектом в течение всего учебного года. Это может быть:
Действующая техническая система:
• Лазерный гравер с ЧПУ
• Робот-манипулятор
• 3D-принтер
• Сортировщик деталей
• Умная теплица
Высокодетализированная копия:
• Макет цеха завода
• Космический аппарат
• Нефтяная вышка
• Архитектурное сооружение
• Транспортный узел
Примеры успешных проектов прошлых лет:
Шаг 1. Определитесь с треком (А — прототип, Б — макет).
Шаг 2. Выберите объект для проектирования.
Шаг 3. Заполните карточку проекта:
Карточка проекта
• ФИО: ______________________________
• Трек: ⚙️ Прототип / 🏗️ Макет
• Название проекта: ________________________________
• Краткое описание: ________________________________
• Почему я выбрал это направление? ________________________________
Цель задания: Найти аналоги выбранного объекта и обосновать свой выбор.
Файл .docx или .pdf с фотографиями и пояснениями. Название файла: Проект_Фамилия_референсы.docx
Да, но не позднее 3-го занятия. После начала 3D-моделирования смена трека потребует полной переработки проекта, что может повлиять на сроки сдачи.
Обратитесь к преподавателю — он предложит список типовых проектов. Также можно выбрать объект из ваших увлечений (спорт, музыка, программирование) и применить к нему инженерный подход.
Реверс-инжиниринг (обратный инжиниринг) — это процесс анализа существующего продукта или системы для понимания его устройства, принципов работы и технологии изготовления.
Методы анализа:
Задание: Проведите анализ 2-3 существующих аналогов вашего прототипа.
Таблица сравнения:
| Характеристика | Аналог 1 | Аналог 2 | Наш проект |
|---|---|---|---|
| Стоимость | ________ | ________ | ________ |
| Скорость/Производительность | ________ | ________ | ________ |
| Сложность изготовления | ________ | ________ | ________ |
| Доступность деталей | ________ | ________ | ________ |
Задание: Проведите анализ 2-3 существующих макетов вашего объекта.
Таблица сравнения:
| Характеристика | Макет 1 | Макет 2 | Наш макет |
|---|---|---|---|
| Масштаб | ________ | ________ | ________ |
| Детализация | ________ | ________ | ________ |
| Качество окраски | ________ | ________ | ________ |
| Соответствие ГОСТ | ________ | ________ | ________ |
После заполнения таблицы ответьте на вопросы:
Цель: Завершить таблицу сравнения и сформулировать выводы.
Электронный документ (DOCX/PDF) с таблицей и выводами. Название: Анализ_аналогов_Фамилия
Используйте YouTube (обзоры), AliExpress (характеристики товаров), профессиональные форумы (отзывы), статьи на Habr и Geektimes.
Минимум 2-3. Этого достаточно, чтобы выявить основные тенденции и найти удачные решения.
Главная причина неопределенности на старте — попытка сделать устройство со слишком широким и размытым функционалом. Инженерное проектирование начинается с жесткого ограничения задачи: система должна выполнять одно базовое действие в конкретных условиях эксплуатации.
Сравнение формулировок:
Габаритные размеры изделия напрямую привязаны к доступному производственному оборудованию лаборатории:
Выберите свой трек и заполните форму паспорта проекта в тетради или электронном документе.
Опорные примеры параметров:
Паспорт границ прототипа:
1. Наименование прототипа: ________________________________
2. Точное назначение: Устройство предназначено для [конкретная функция/действие] в условиях [кабинет / рабочий стол].
3. Предельные внешние габариты: [Длина] _____ × [Ширина] _____ × [Высота] _____ мм.
4. Источник и параметры питания: [USB 5 В / БП 12 В / аккумуляторы 18650 7.4 В].
5. Распределение деталей: несущее основание/рама ➔ [FDM-печать на K2 Plus], точные кронштейны/шестерни ➔ [SLA-печать на M7 Pro].
Опорный пример параметров:
Паспорт границ макета:
1. Наименование макета: ________________________________
2. Назначение и масштаб: Макет предназначен для демонстрации [объект показа] в масштабе 1:[значение].
3. Габариты подмакетника и высота: [Длина] _____ × [Ширина] _____ мм, максимальная высота _____ мм.
4. Параметры подсветки: напряжение питания [12 В / 5 В], способ включения [тумблер на торце подмакетника].
5. Распределение материалов: несущая база ➔ [фанера/дерево], объемы зданий/резервуаров ➔ [FDM-печать на K2 Plus], детализация коммуникаций/перил ➔ [SLA-печать на M7 Pro].
Цель задания: Зафиксировать форму объекта в утвержденных габаритах и разметить расположение ключевых покупных компонентов перед составлением схемы.
Файл .pdf или фото листа с эскизом и референсами. Название файла: Эскиз_Фамилия.pdf
Скорректируйте их в паспорте проекта. Главное требование — основные цельные детали не должны выходить за пределы поля Creality K2 Plus (350 мм).
Нет, достаточно аккуратного эскиза от руки с читаемыми пропорциями, стрелками размеров и выносными подписями.
Укрупненная структурная схема показывает не форму деталей, а то, как они функционально зависят друг от друга. Любой действующий прибор или интерактивный макет состоит из 4 базовых блоков:
Правило направленных связей:
Используйте готовые проверенные цепочки связей в зависимости от специфики вашего объекта:
[АКБ 18650 (7.4 В)] ──(питание)──> [Тумблер] ──> [Драйвер моторов L298N] ──> [2× Мотора колес] └──> [DC-DC 5V] ──> [Arduino Uno] <──(эхо-сигнал)── [УЗ-датчик][USB 5 В / БП] ──> [Плата управления] ──(сигнал УЗ)──> [УЗ-датчик HC-SR04] └──(ШИМ-сигнал)──> [Сервопривод SG90] ──(поворот)──> [Кронштейн датчика][БП 12 В 2 А] ──> [Тумблер на торце] ──> [Клеммная колодка] ──> [SMD-лента цеха 12 В] └──> [Резисторы] ──> [Одиночные светодиоды] Перенесите компоненты из своего эскиза (Занятие 3) в функциональную таблицу связей по выбранному треку.
Заполните таблицу связей модулей прототипа:
| Функциональный блок | Что входит в блок | К чему подключен (входы / выходы) |
|---|---|---|
| 1. Питание | 2× 18650, холдер, тумблер | Выход 7.4 В на вход драйвера моторов и платы |
| 2. Управление | Плата контроллера + драйвер | Принимает сигналы датчиков, выдает сигналы на моторы |
| 3. Исполнение | 2× мотор-редуктора / сервопривод | Силовое питание от драйвера, механическая ось колеса |
| 4. Каркас | Несущая плита шасси | Точки крепления моторов, холдера батарей и платы |
Заполните таблицу связей слоев макета:
| Слой макета | Что входит в слой | Способ сопряжения и разводки |
|---|---|---|
| 1. Питание | Гнездо DC 5.5×2.1 мм, тумблер | Монтируется на боковую стенку деревянного короба |
| 2. Распределение | Клеммная колодка, резисторы | Внутри полости подмакетника под фанерным настилом |
| 3. Объемные здания | Цеховые корпуса (FDM) | Шиповые замки в основание, сквозные отверстия под провода |
| 4. Точечные сети | Трубопроводы и ограждения (SLA) | Клеевое соединение с корпусами зданий и основанием |
Цель задания: Оформить законченную структурную схему проекта с указанием всех потоков питания и управляющих сигналов.
Файл .pdf или качественное изображение схемы. Название файла: Схема_Фамилия.pdf
Нет, на структурной схеме показывается магистральная линия связи между блоками (например: «Шина питания 5 В» или «Линия ШИМ»).
Используйте бесплатный веб-редактор diagrams.net (draw.io) — он не требует регистрации и позволяет сохранить результат в PDF.
В САПР нельзя моделировать детали «вообще». Геометрия всегда зависит от метода изготовления. Если деталь спроектирована под фрезеровку, ее трудно напечатать на 3D-принтере, а деталь под FDM не всегда целесообразно лить из смолы.
Инженерное правило: «Никогда не моделируй с нуля то, что продается в готовом виде». Проектирование собственного корпуса всегда начинается с расстановки стандартных покупных модулей (моторы, аккумуляторы, разъемы, платы).
Разложите элементы своей схемы на покупные узлы и детали собственного производства.
Ведомость покупных и изготавливаемых деталей:
| Наименование детали | Технология / Покупка | Ключевой монтажный размер |
|---|---|---|
| Несущее основание шасси | FDM (Creality K2 Plus, PETG) | Габарит 200×140 мм, толщина 3.5 мм |
| Поворотная вилка сенсора | SLA (Photon M7, смола) | Посадка на вал сервопривода (зубчатый венец) |
| Приводной мотор-редуктор | Покупной узел (тип TT) | Винты М3, длина 30 мм, сквозные пазы |
| Плата микроконтроллера | Покупной узел (Arduino Uno) | Стойки высотой 5 мм, винты М3 |
Ведомость элементов макета:
| Элемент макета | Материал и станок | Точность и сопряжение |
|---|---|---|
| Плита подмакетника | Фанера 10 мм (раскрой) | Размер 350×250 мм, фрезерованный паз |
| Корпус цеха / ангара | FDM (Creality K2 Plus, PLA) | Толщина стенок 2 мм, сопло 0.4 мм |
| Лестницы, перила, задвижки | SLA (Photon M7, смола) | Стойки 0.8 мм, фиксация на циакрин |
| Линейка светодиодов | Покупное (SMD 12V) | Самоклеящаяся основа внутри короба |
Цель задания: Окончательно распределить все детали по методам производства и сформировать список конструктивных тупиков перед занятием по ТРИЗ.
Файл .docx или .pdf с таблицей и списком вопросов. Название: Технологии_Фамилия.pdf
Ищите документацию (datasheet) или готовые 3D-модели на специализированных ресурсах (GrabCAD, 3D ContentCentral) по точному названию модуля.
Для свободного прохода винта М3 отверстие при FDM-печати моделируется диаметром 3.2–3.4 мм (с учетом технологической усадки пластика).
Техническое противоречие возникает, когда улучшение одного параметра конструкции приводит к недопустимому ухудшению другого. Настоящая инженерия заключается не в компромиссе («сделать чуть хуже то и другое»), а в устранении противоречия специальными приемами.
Объедините согласованные параметры занятий 3, 4 и 5 в официальный документ по своему треку.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на разработку и изготовление действующего прототипа
1. Наименование и назначение устройства:
Прототип [название] предназначен для [действие строго по формуле Урока 3] в условиях [кабинета / стола].
2. Габаритные и массовые ограничения:
— Предельные размеры: не более [X] × [Y] × [Z] мм.
— Масса в снаряженном состоянии: не более [значение] кг.
3. Технические параметры подсистем:
— Питание: бортовой источник [2×18650 / USB / БП 12 В], номинальное напряжение [В].
— Приводы и механика: [тип моторов, количество, передача вращения].
— Управление и сенсоры: [микроконтроллер, датчики, интерфейс].
4. Технологическая раскладка изготовления:
— Несущее шасси/рама: FDM-печать на Creality K2 Plus, материал [PETG / PLA], толщина стенки не менее [мм].
— Прецизионные кронштейны/шестерни: SLA-печать на Photon Mono M7 Pro, конструкционная смола.
— Стандартные COTS-изделия: [перечень покупных модулей и крепежа М3].
5. Инженерная особенность (ТРИЗ-решение):
[Например: двухъярусная компоновка / магнитная крышка аккумуляторного отсека / модульный захват].
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на разработку и изготовление макета
1. Тема и масштаб макета:
Макет [название] предназначен для демонстрации [объект показа] в масштабе 1:[значение].
2. Габаритные параметры:
— Основание подмакетника: не более [X] × [Y] мм.
— Максимальная высота объектов: не более [Z] мм.
3. Состав и технологическое разделение:
— Подмакетник: фанера [толщина] мм с скрытым отсеком под кабельную разводку.
— Крупногабаритные здания/резервуары: FDM-печать на Creality K2 Plus, материал PLA.
— Высокодетализированная арматура/лестницы: SLA-печать на Photon Mono M7 Pro, толщина слоя 0.05 мм.
— Интерактивная цепь: контур подсветки 12 В, тумблер на торце подмакетника.
4. Требования к отделке:
— Грунтовка поверхностей, окраска коммуникаций по ГОСТ 14202-69.
5. Инженерная особенность (ТРИЗ-решение):
[Например: съемная крыша здания для обзора цеха / скрытая в подмакетник шина питания].
Цель задания: Оформить итоговый чистовой документ Технического задания, подписать его у преподавателя и создать проектную папку САПР.
Файл чистового ТЗ в формате PDF. Название файла: ТЗ_Фамилия_Проект.pdf
Да, но только через выпуск официального «Извещения об изменении» с техническим обоснованием, почему исходное решение оказалось неработоспособным.
Всегда начинают с базовой несущей детали: плиты шасси прототипа или опорного контура подмакетника, к которым привязываются остальные узлы.
CAD (Computer-Aided Design) — системы автоматизированного проектирования.
Задание: Создайте 3D-модели основных деталей вашего прототипа.
Базовые детали:
Задание: Создайте 3D-модели основных элементов макета.
Базовые элементы:
Правильные настройки экспорта:
Цель: Создать полные 3D-модели всех основных деталей проекта.
Исходные файлы (STEP, f3d, m3d) + STL. Название папки: Модели_Фамилия
Компас — для промышленных проектов. Fusion 360 — для мехатроники. Tinkercad — для простых макетов.
Проверьте, что модель не содержит ошибок (дырки, пересечения). Используйте функцию «Проверка» в CAD.
В CAD-системах кинематика реализуется через:
Задание: Создайте подвижные соединения в вашем прототипе.
Элементы для моделирования:
Задание: Добавьте деталировку и подвижные элементы в макет.
Элементы для моделирования:
Правила деталировки:
Цель: Создать полную 3D-сборку с подвижными соединениями.
Исходный файл сборки + скриншоты. Название папки: Сборка_Фамилия
В большинстве CAD есть функция «Анимация» или «Кинематический анализ». Используйте её для проверки.
Измените геометрию или ограничения движения. Иногда нужно увеличить зазоры между деталями.
Почему важно проверять коллизии:
Задание: Выполните виртуальную сборку прототипа и проверьте коллизии.
Порядок работы:
Задание: Выполните виртуальную сборку макета и проверьте коллизии.
Порядок работы:
Способы устранения коллизий:
Цель: Полностью собрать проект в CAD и устранить все коллизии.
Файл сборки + скриншоты + спецификация. Название папки: Сборка_финал_Фамилия
Используйте инструмент «Анализ» → «Проверка на пересечения».
Да, все жёсткие коллизии. Контакты допустимы только если это предусмотрено конструкцией.
Для FDM-печати чаще всего используется STL.
Для SLA-печати также используется STL, но требуются более высокие настройки точности.
Задание: Экспортируйте все детали прототипа в STL с правильными настройками.
Настройки экспорта:
Задание: Экспортируйте все элементы макета в STL с правильными настройками.
Настройки экспорта:
Способы оптимизации:
Структура папки для печати:
Проект_Фамилия/
├── STL_FDM/
│ ├── Деталь1.stl
│ ├── Деталь2.stl
│ └── ...
├── STL_SLA/
│ ├── ДетальSLA1.stl
│ └── ...
├── Gcode_FDM/
│ ├── Деталь1.gcode
│ └── ...
├── Чертежи/
│ ├── Сборка.pdf
│ └── ...
└── Спецификация.xlsx
Цель: Подготовить все STL-файлы проекта для печати.
Архив с STL-файлами и спецификацией. Название: STL_Фамилия.zip
STL — самый распространённый. Для сложных проектов можно использовать 3MF.
Используйте функцию «Проверка» в слайсере (Cura, PrusaSlicer) или онлайн-сервисы (Netfabb, 3D Builder).
Что печатать на FDM: рамы, корпуса, подмакетники, силовые элементы.
Что печатать на SLA: мелкие шестерни, таблички, фигурки, прозрачные детали.
Задание: Выполните слайсинг деталей прототипа и рассчитайте стоимость.
Для FDM-деталей (Cura/PrusaSlicer):
Для SLA-деталей (Chitubox):
Задание: Выполните слайсинг элементов макета и рассчитайте стоимость.
Для FDM-деталей (Cura/PrusaSlicer):
Для SLA-деталей (Chitubox):
Смета материалов для первого семестра:
| Деталь | Технология | Вес/Объём | Цена |
|---|---|---|---|
| ________ | FDM/SLA | ________ | ________ |
| ________ | FDM/SLA | ________ | ________ |
| ИТОГО: | ________ | ||
Цель: Подготовить полную смету материалов для изготовления проекта.
Файл со сметой (Excel или таблица в документе). Название: Смета_Фамилия
FDM — для крупных, силовых. SLA — для мелких, точных, прозрачных.
Примерно 2-3 рубля за грамм (катушка 1 кг стоит 2000-3000 рублей).
Уменьшите заполнение, используйте более высокий слой (0.2-0.28 мм), группируйте детали на столе.
| Опасность | Меры защиты |
|---|---|
| Токсичные испарения | Респиратор, работа при включённой вентиляции |
| Контакт с кожей | Нитриловые перчатки (обязательно!) |
| УФ-излучение | Закрытый принтер, не открывать при работе |
| Пролитая смола | Немедленно убрать, протереть изопропиловым спиртом |
Сегодня печатаем детали из БЕЛОЙ смолы (под покраску).
| Ученик | Детали для печати | Количество | Время на деталь | Всего минут |
|---|---|---|---|---|
| __________ | __________ | ____ | ____ | ____ |
| __________ | __________ | ____ | ____ | ____ |
| __________ | __________ | ____ | ____ | ____ |
| ИТОГО | ____ мин | |||
Через крышку видно, как поднимается платформа — можно контролировать.
После постобработки заполните таблицу:
| Деталь | Дефекты | Возможная причина | Требуется перепечатка? |
|---|---|---|---|
Недостаточно промыты в спирте или спирт грязный. Нужно промыть в чистом спирте и просушить перед досветкой.
Увеличить время экспозиции первых слоёв, проверить уровень платформы, добавить больше поддержек.
Свойства прозрачной смолы:
Применение в наших макетах:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Высота слоя | 0.05 мм |
| Время экспозиции | 2.8-3.0 с |
| Время первых слоёв | 45-50 с |
| Количество первых слоёв | 6 |
| Скорость подъёма | 2.5 мм/с |
Каждый добавляет свои прозрачные детали:
| Ученик | Деталь | Размеры (мм) | Количество | Время |
|---|---|---|---|---|
Заполните таблицу для прозрачных деталей:
| Деталь | Дефекты | Причина | Исправление |
|---|---|---|---|
Возможно, они были недостаточно промыты. На поверхности остался слой жидкой смолы, который мутнеет при засветке. Нужно лучше промывать.
После шлифовки (до P2000) можно покрыть прозрачным лаком или эпоксидной смолой.
Ниже приведена таблица соответствия требований ГОСТ 2.802 (техника) и ГОСТ 2.803 (сооружения) доступным художественным краскам.
| Назначение по ГОСТ | Рекомендуемый цвет | Доступная краска (арт. №) | Применение на макете |
|---|---|---|---|
| ГОСТ 2.802 Несущие конструкции, корпуса оборудования | Серый стальной / Серый металлик | 798 (серая тёплая) / 795 (серая холодная) | Подмакетник, корпуса насосов, станков |
| ГОСТ 2.802 Металлические поверхности | Серый / Тёмно-серый | 795 (серая холодная) / 793 (чёрная + белила) | Крепёж, валы, шестерни |
| ГОСТ 2.802 Гидравлика, холодная вода | Синий / Голубой | 447 (небесно-голубая) / 450 (голубая ФЦ) | Трубопроводы, насосы, ёмкости |
| ГОСТ 2.802 Пневматика, сжатый воздух | Голубой / Светло-синий | 447 (небесно-голубая) / 074 (лазурная) | Воздуховоды, пневмоцилиндры |
| ГОСТ 2.802 Электрика, предупреждение | Жёлтый / Оранжевый | 215 (лимонная) / 120 (жёлтая средняя) / 301 (оранжевая) | Электрощиты, кабели, знаки опасности |
| ГОСТ 2.802 Опасные зоны, стоп-кнопки | Красный | 302 (красная холодная) / 324 (красная тёплая) | Аварийные кнопки, ограждения опасных зон |
| ГОСТ 2.802 Безопасность, пусковые кнопки | Зелёный | Laws:562 (жёлто-зелёная) / 023 (зелёное яблоко) / 420 (зелёная)Кнопки "Пуск", индикаторы безопасности | |
| ГОСТ 2.803 Фасады, стены зданий | Бежевый / Оливковый / Тёплый серый | 068 (бежевая) / 066 (оливковая) / 798 (серая тёплая) | Стены, фасады, декоративные элементы |
| ГОСТ 2.803 Кровля, металлоконструкции | Коричневый / Тёмно-серый | 687 (умбра жжёная) / 676 (охра жёлтая) / 793 (чёрная) | Крыши, башни, опоры |
| ГОСТ 2.804 Остекление, прозрачные детали | Прозрачный / Голубоватый | Лак или 074 (лазурная) разбавленная | Окна, смотровые стёкла, витрины |
| ГОСТ 2.803 Деревянные конструкции | Коричневый / Охра / Сиена | 601 (сиена натуральная) / 684 (сиена жжёная) / 676 (охра жёлтая) | Двери, оконные рамы, панели |
| ГОСТ 2.804 Маркировка, надписи | Белый / Чёрный | 104 (белила титановые) / 793 (чёрная) | Информационные таблички, шкалы, надписи |
Порядок работы:
| Деталь | Цвет по ГОСТ | Краска (№) | Качество | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| _________ | _________ | _________ | □ отлично □ брак | _________ |
| _________ | _________ | _________ | □ отлично □ брак | _________ |
| _________ | _________ | _________ | □ отлично □ брак | _________ |
Смешайте 795 (серая холодная) с небольшим количеством 104 (белила) и каплей 793 (чёрная) для глубины. Добавьте 2 капли лака для блеска.
Поверхность недостаточно обезжирена. Снимите краску спиртом, заново отшлифуйте и обработайте спиртом перед окраской.
Требования к схеме макета:
| Что проверяем | Норма | Ваш результат |
|---|---|---|
| Все ли детали на месте | Согласно ТЗ и карте деталировки | □ да / □ нет |
| Качество окраски | Нет подтёков, пропусков, сколов | □ отлично / □ требуется доработка |
| Геометрия деталей | Размеры соответствуют чертежам (±0.5 мм) | □ да / □ нет |
| Подгонка соединений | Детали входят в посадочные места без зазоров | □ да / □ требуется подгонка |
| Критерий | Макс. баллов |
|---|---|
| Соответствие ГОСТ (масштаб, цвет, оформление) | 25 |
| Качество изготовления и сборки | 25 |
| Качество окраски и финишной обработки | 20 |
| Презентация и схема макета | 20 |
| Соблюдение сроков и полнота документации | 10 |