Technisches Zeichnen/CAD innerhalb des Faches IT der bayerischen Realschule

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1 Technisches Zeichnen/CAD innerhalb des Faches IT der bayerischen Realschule Fortbildungsveranstaltung für Multiplikator/inn/en im Fach Informationstechnologie Dillingen vom bis

2 Inhalt 1. Baustein I : Die Freihandskizze S. 2 Übung 1 2. Baustein II : Die Konstruktionsskizze (KIR) S. 4 Übung 2 3. Baustein III : Grundwissen Techn. Zeichnen S. 6 Übung 3 4. Baustein IV : Grundwissen CAD S. 8 Übung 4 5. Baustein V : Weitere Anwendungen S. 10 Übung 5 6. Baustein VI : Lern und Unterrichtsformen S Baustein VII : Leistungserhebung S Baustein VIII: Projekte S. 14 Übung 8a Übung 8b Übung 8c 9. Organisatorisches zu IT S. 18 Die Unterrichtsbausteine für TZ/CAD/IT wurden von einer ISB-Arbeitsgruppe erstellt und sind im BRN veröffentlicht. Dillingen im Mai 2002 Otmar Wagner

3 Baustein I: Die Freihandskizze Der Grundkörper ist ein liegender Quader mit Länge 80, Breite 30 und Höhe 50. An der Oberseite wird von der Mitte aus nach links eine Stufe mit Tiefe 10 abgetragen. Nach rechts wird mittig eine Längsnut mit Breite 10 angebracht. An der Unterseite erhält der Quader eine Quernut mit Breite 40 und Höhe 20. Der Abstand zur linken Seite beträgt 15. Die Freihandskizze ist ein Unterrichtsprinzip und muss von Anfang an intensiv geübt werden. Sie ist eine wichtige Voraussetzung für die Technische Kommunikation. Sie bereitet die CAD-Konstruktion vor und begleitet den Herstellungsprozess vom Entwurf bis zum Fertigung. Es eignen sich Blei- bzw. Feinminen- und Faserstifte zum Zeichnen auf Blanko- und Karopapier.

4 1. Schätze die Länge der gezeichneten Linie. Messe nach. Ziehe zwei Parallelen dazu. Halbiere die eine, drittle die andere. 2. Zeichne freihand ein Quadrat mit Kantenlänge 30 und ein Rechteck mit 20 x 45. Messe nach. 3. Setze markante Punkte und skizziere das Modell in die Hüllform Übung 1 Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Freihandskizze ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

5 Baustein II: Die Konstruktionsskizze (KIR) Nach dem Herantasten an konstruktive Problemlösungen durch eine freie Skizze erfolgt das Manifestieren wichtiger Punkte und das gleichzeitige Analysieren möglicher Konstruktionsverfahren in einer koordinatengetreuen isometrischen Raumbildskizze. Die in der KIR -Skizze gewonnenen Werte ermöglichen dem Schüler das selbstständige Arbeiten mit seinem CAD-Programm aber auch das Anfertigen einer Handzeichnung der drei Ansichten und eines Raumbildes. Dadurch können viele Übungen als Hausaufgaben aus der Unterrichtszeit ausgelagert werden. Die KIR- Skizze wird auf einem isometrischen Punkteraster ausgeführt. Es kann auch Transparentpapier benutzt werden. Dann dient das Punkteraster (wie Zeilen beim Schreiben) als Unterlage. Die drei Koordinaten aller wichtigen Punkte werden schriftlich festgelegt. Beispiel: Drei Ansichten und Raumbild eines Quaders (Raster 5 mm) - P1 = 0,0,0 Vorderansicht (x-, z- Ebene) Seitenansichtansicht (y-, z- Ebene) Draufsicht (x-, y- Ebene) Raumbild mit x-, y- und z- Koordinaten

6 Schreibe die Koordinatenwerte in die Tabelle und zeichne das Werkstück in das Iso-Raster. Messe am Modell. x y z P P2 P3 P4 P5 P6 P3 P2 P4 P1 (0,0,0) y z x Übung 2 Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Koordinatenskizze ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

7 Baustein III: Grundwissen Technisches Zeichnen Zu den Grundlagen des Technischen Zeichnens gehören nach wie vor die manuelle Konstruktion der drei Ansichten eines Körpers, wahre Größen und Abwicklungen. Die Konstruktionsverfahren werden exemplarisch und begleitend zur CAD-Arbeit eingeübt. Ein Teil dieser Arbeit kann als Hausaufgabe erledigt werden. Zeitersparnis bringt der Wegfall von Tuschezeichnung und Schriftschablone. Komplizierte abstrakte Konstruktionsaufgaben aus dem Bereich der Darstellenden Geometrie werden den Anforderungen an zeitgemäße Formen der technischen Kommunikation nicht mehr gerecht. Alle empfohlenen CAD-Programme können aus der 3D-Geometrie die 2D-Ausgabe errechnen, so dass dem Schüler die Lösungen der Aufgaben jederzeit zur Verfügung stehen. Abwicklungen werden allerdings nur selten von CAD-Programmen erstellt. Sie bleiben in der Regel der manuellen Konstruktion vorbehalten. Die Ausrüstung für Schüler kann auf die unverzichtbaren Zeichengeräte beschränkt werden (Tuschezeichnung sowie Normschrift mit Schriftschablone sind im Lehrplan nicht mehr enthalten): Zeichenplatte (A4 oder A3) Druckbleistifte (0.7, 0.35) Geodreieck 60 -Dreieck Zirkel Kurvenlineal und Ellipsenschablone Grundwissen TZ 8.Klasse: Wesentliche Zeichnungsnormen Linienarten und Beschriftung Axonometrische Projektionen Tafelansichten Grundlegende Konstruktionsverfahren Abwicklung und wahre Größen Bemaßung und Werkzeichnung Bearbeitungsformen Beispiel: Tafelansichten Nach DIN 6 erfolgt das Zeichnen von Ansichten in rechtwinkliger Parallelprojektion auf drei Projektionsebenen (Dreitafelbild). Dabei wird üblicherweise die Ansichtsseite als Vorderansicht (VA) gezeichnet. Dazu kommen die Seitenansicht von links (SAvl) und die Draufsicht (DS). Ist der Körper mit zwei Ansichten eindeutig dargestellt, reicht ein Zweitafelbild. Die ISO-Methode E bestimmt die Anordnung von zusätzlichen Ansichten (Sechstafelbild 3-Tafelprojektion V SAvl D

8 Das Dreitafelbild des Holzmodells ist unvollständig. Überprüfe die Ansichten und ergänze die fehlenden Teile. Übung 3 Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Grundwissen TZ: Dreitafelbild ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

9 Baustein IV: Grundwissen CAD Die Koordinaten des 2D-Objekts werden durch Tastatur-Eingabe oder durch Mausklick festgelegt. Die Eingaben sind absolut (= vom Nullpunkt), relativ (= bezogen auf ein Element) und polar (= mit Winkelangabe) möglich. Die 2D-Objekte erhalten Attribute wie Länge, Form, Farbe usw. und können durch Operationen verändert werden: Drehen, Spiegeln, Skalieren usw. 3D-Objekte sind durch drei Koordinatenwerte festgelegte Punkte, Linien, Flächen und v.a. Körper, die ebenfalls durch Attribute veränderbar und durch Operationen manipulierbar sind. Durch Shading- und Rendering-Verfahren können die virtuellen 3D-Modelle realistische Wirkungen erzielen. Ihre Geometriedaten können gleichzeitig für die Fertigung genutzt werden (CAM). 2D-Objekte: Punkt. Linie, Fläche, Kreis, Bogen, Kurve,... Attribute: Länge, Größe, Farbe, Linienart (sichtbar, verdeckt),... Operationen: Drehen, Rotieren, Anordnen, Spiegeln, Schneiden,... 3D-Objekte: Würfel, Quader, Prismen, Pyramiden, Zylinder, Kegel, Kugel In der Darstellung unterscheidet man Draht- oder Kantenmodelle, Flächenmodelle und Volumenmodelle. Wichtige Verfahren: Bool sche Operationen: Addition, Subtraktion, Schnittmenge Extrusion: Erzeugung von 3D-Körpern durch Erhebung von Flächen Shading: Schattieren der Körperflächen nach Lichteinfall Rendering: Zuordnen von Materialeigenschaften und Oberflächen Zum Einsatz kommen CAD-Programme, die einerseits zeitgemäße Ansprüche an die 2D- und 3D-Techniken erfüllen, andererseits zu einem schulfreundlichen Preis erhältlich sind. Es sollte v.a. darauf geachtet werden, dass die Schullizenz auch die Kopiererlaubnis für Schüler beinhaltet.

10 1. Öffne die Datei A:\Modell.dft und ergänze die fehlenden Kanten. 2. Öffne die Datei A:\Modell.par und schattiere das 3D-Modell. Drehe es in verschiedene Richtungen. Übung 4 Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Grundwissen CAD: 2D- / 3D-Objekte ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

11 Baustein V: Weitere Anwendungen Visualisierung 3D-Modelle können in verschiedenen Projektionen betrachtet werden: orthogonale und isometrische Projektion, Axonometrie oder Fluchtpunktperspektive. Standpunkt und Blickwinkel sind dabei variabel. Perspektiven können mit oder ohne verdeckte Kanten dargestellt werden. Die Modelle können farbig oder mit entsprechender Textur wiedergegeben werden (Shading und Rendering). Besonders interessant sind Formate, die es ermöglichen, dass die Modelle unabhängig vom CAD-Programm betrachtet werden können. Animation Die 3D-Daten können zur Simulation von Bewegungsabläufen weiter verarbeitet werden. Spezialprogramme wie Cinema- 4D oder 3D-Studio-Max eröffnen vielfältige Möglichkeiten. Für Schüler ist dabei das Entstehen von Computerspielen oder virtueller Filmproduktionen sicherlich von besonderem Interesse. Einige CAD- Programme enthalten bereits Features für Rendering und Animation, so dass keine zusätzliche Software erforderlich ist, um erste Erfahrungen zu sammeln. Fertigung Im Bereich Fertigung werden die CAD- Daten für die Herstellung von Prototypen, Werkzeugen und Gussformen aufbereitet (Erodieren, Fräsen, Stereolithografie usw.). Es sind bereits kleine Demonstrationsgeräte auf dem Markt, mit denen die CNC-Frästechnik im Unterricht erprobt werden kann.

12 Öffne die Datei A:\Modell.wrl. Das installierte VRML-Plug-in erscheint im Browserfenster. Mit den Navigationstasten kann das Modell auf vielfältige Weise betrachtet werden. Übung 5 Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Weitere Anwendungen ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

13 Baustein VI: Lern- und Unterrichtsformen Beispiel: Lernzirkel und Freiarbeit Die Schüler lernen individuell. Das Thema des Lernzirkels umfasst ein größeres Stoffgebiet und ist fächerverbindend angelegt. Auf mehrere Stationen verteilt steht vielfältiges Material zur Verfügung, das die Schüler in selbst gewählter Reihenfolge und Intensität bearbeiten. Stichwortekatalog zur Erstellung eines Lernzirkels nach Prof. Potthoff: Lern- und Übungsaufgaben in einzelne Lernschritte zerlegen Jeder Lernschritt ist eine Station Laufzettel zur Dokumentation Aufgabenstellungen an den Stationen müssen klar erkennbar sein Jeder Schüler muss irgendwo Erfolgserlebnisse haben können Arbeitsergebnisse müssen überprüfbar sein Schüler müssen nach einer vorgegeben oder selbstgewählten Reihenfolge alle Stationen durchlaufen Der Lernzirkel enthält einen gekennzeichneten Mindeststoff und ein Additum, dessen Bearbeitung freiwillig ist Gute Lernzirkel ermöglichen ein Lernen mit allen Sinnen Parallelstationen ermöglichen den Wissenserwerb über unterschiedliche Lernkanäle Gute Lernzirkel ermöglichen Einzel-/ Partner- und Kleingruppenarbeit Farben, Symbole und Piktogramme erleichtern die Orientierung Virtueller Lernzirkel zum Thema: Zusammengesetzte Körper: 1. Station Holzmodelle, Baukasten, Spiel Abraxis >Skizzieren 3. Station Stück und Gegenstück, Ergänzungsteile > CAD und Skizzieren 5. Station Dreitafelbilder und Zuordnungen > CAD-3D/2D und Übungsblätter 7. Station Abwicklungen > Zeichnen und Basteln 2. Station Werkstücke und Bauformen analysieren >Konstruktionsskizzen zeichnen 4. Station Virtuelles Lego > 3D-Übung 6. Station Visualisierung und Explosionszeichnung > CAD 8. Station Mathematik, Geometrie; Kunst, Architektur > Rechnen, Zeichnen

14 Baustein VII: Leistungserhebung Für das Fach IT gibt es derzeit noch keine Angaben zur Leistungserhebung in der RSO. Es ist aber davon auszugehen, dass auch in Zukunft keine Schulaufgaben geschrieben und die übrigen Formen der Leistungsnachweise gelten werden: Stegreifaufgaben, Kurzarbeiten, praktische und mündliche Leistungsnachweise Mögliche Inhalte der Leistungserhebung mit CAD 1. Handskizze und Plattenkonstruktion Textaufgabe nach der ein Werkstück skizziert werden soll Dreitafelbild gegeben, Raumbild gesucht Raumbild gegeben, Dreitafelbild gesucht Raumbild gegeben, Abwicklung gesucht Unvollständiges Dreitafelbild Rasterskizze bzw. zeichnung nach Angabe Abwicklung nach vorgegebener Zeichnung Abwicklung und Modellerstellung Maßabnahme und Zeichnung nach einem Werkstück 2. Schriftliche Ausarbeitungen Beschreibung eines Werkstücks Erklären von Fachbegriffen CAD-Arbeitsplan (mit Skizzen) Form- und Konstruktionsanalyse Zuordnungsaufgaben (auch digital) Fragen zu Grundwissen, Normen, Verfahren usw. beantworten Koordinatenskizze mit Punktangaben 3. CAD-Aufgaben 2D-CAD-Aufgaben (entsprechend 1.) 3D-CAD-Aufgaben nach Angabe 3D-Modell als normgerechte Zeichnung ausdrucken 4. Anwendungen Modelle als Abwicklungen Plastische Modelle Präsentation Architekturmodelle CNC-Fertigung

15 Baustein VIII: Projekte Anregungen für verbindende Vorhaben im Fach IT 1. IT und Geometrie Beispiel: Tangram in Word 2. CAD und Textverarbeitung Beispiel: CAD-Bearbeitungsplan in Word 3. CAD und Informatik Beispiel: CAD-Objekte in VRML 4. CAD und Präsentation Beispiel: CAD-Objekte in PowerPoint

16 CAD-Arbeitsplan: Quader mit Stufe und Nut hier: Solid Edge 3D-Part 1. Profil zeichnen: Formelement Ausprägung wählen, Referenzebene: Vorderansicht (x/z-ebene) Im Profilfenster die Vorderansicht einzeichnen. Dazu wird aus der Symbolleiste Zeichnen das Hilfsmittel Linie gewählt werden. Die Seitenkanten mit dem Hilfsmittel Smart Dimension bemaßen. Die Werte werden in der Formatierungsleiste angezeigt. 2. Extrusion: Nach dem Befehl Fertig stellen erscheint wieder die 3D-Umgebung, und die Profilfläche wird nun als y-erhebung um den Wert 30 extrudiert. 3. Nut erzeugen Formelement Ausschnitt und die Stufenfläche als Teilfläche wählen Die Nut mit den Maßen 10 und 10 im Profilfenster mittig positionieren und fertig stellen. Über das Ganze Teil in x-richtung schneiden. - Schattieren - Drehen Öffne die Datei: A:\Modell.doc und füge die Bilder ein. Übung 8a Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT Dateiname: Modell.par IT-Projekt: Bearbeitungsplan ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

17 Bearbeitungsformen als Präsentation Übung 8b Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT IT-Projekt: Präsentation ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

18 Aufgabe: Erstelle eine Anleitung zur Montage von Einzelteilen für dein CAD- Programm. 3D-CAD mit Solid Edge V9: Zusammenbau mit Assembly locker / fest Beziehungen: 1. an-/aufsetzen 2. ausrichten 3. axial ausrichten 4. einfügen (unten selten) Hier den Ordner wählen, in dem sich alle Teile befinden Teil per drag+drop herein ziehen Das Teil kann mit Umschalt + RM gedreht werden Beziehungsliste: Hier werden alle gesetzten Beziehungen gezeigt. Sie können jederzeit wieder aufgerufen und geändert werden (wenn der Offset z.b. beweglich statt fest eingestellt sein soll) Nachdem der Beziehungstyp gewählt wurde werden die Teile platziert: 1. Platzierungsteil 2. Element von Platzierungsteil 3. Zieltei 4. Element von Zielteil Mit Hilfe des Offset kann die Beziehung veränderlich (beweglich) oder fest eingestellt werden. Durch den Offsetwert wird der Abstand der beiden Teile voneinander bestimmt. Übung 8c Fortbildungstagung für Multiplikator/inn/en IT IT-Projekt: CAD-Tutorial ALP-Dillingen am 14. Mai 2002

19 Beispiel für einen Stoffverteilungsplan in IT (I) Zeitabschnitt TZ/CAD TV INF Vorhaben 1. Schulbeginn bis Al- Skizze lation Einführung Schreibtechnik Tabellenkalkulerheiligen IT 8.5 = ca. 6 Wo. IT 8.6 IT 8.1 IT Bis Weihnachten = ca. 7 Wo. 5. Bis Pfingsten = ca. 6 Wo. 6. Bis Schuljahresende = ca. 6 Wo. Geometrische Körper in Koordinatensyst. IT 8.6 Normgerechtes Darstellen IT 8.7 Formveränderungen an geom. Grundk. IT 8.8 Rotationskörper und zusammeng. Körper IT 8.8 IT 8.9 Techn. Darstellung zus. Körper IT 8.9 Organisatorisches zu IT (I) Typografische Grundregeln und Normen IT 8.1 Geschäftliche und private Korrespondenz IT 8.1 Schriftstücke erstellen und gestalten IT 8.1 Schriftstücke gestalten: Layout IT 8.1 Schriftstücke gestalten: Layout IT 8.1 Einführung in ein Datenbanksystem IT 8.3 = ca. 7 Wo. 3. Bis zum Zwischenzeugnis = ca. 5 Wo. 4. Bis Ostern Anwendungsprogramme IT 8.2 IT8.3 Informationen aufbereiten: Präsentationen IT 8.4 Informationen aufbereiten: Web-Seiten T 8.4 Informationen aufbereiten IT 8.4 Unterrichtshilfen zu TZ/CAD/IT >>Lehrer >> Unterrichtsmaterialien >> TZ (Norbert Forster) >> Realschule >> Links >> TZ/CAD CAD an der Realschule (ALP-Dillingen, CD-ROM) Fit-For-CAD 8 (CD-ROM) Hinweise zum IT-Unterricht in Jgst. 8 >>Lehrplan >> IT Planungshilfen Klassenteilung ab 16 (17) Schüler CAD-Raum mit 16 Schüler-PCs, Lehrer-PC, Beamer, Netzwerk, Netzwerkdrucker Software für IT + 3D-CAD-Programm (Schullizenz inkl. Kopierrecht für Lehrer und Schüler) Schüler Grundausstattung: Zeichenplatte (A4 / A3) + Feinminenstifte + Zeichendreiecke + Zirkel