Verbindendes Vorhaben in IT 10 I: CAD und Modellieren

Transkript

1 1. Lehrplanbezug Verbindendes Vorhaben in IT 10 I: CAD und Modellieren Nach der Erarbeitung von Grundlagen und deren Vertiefung in den Jahrgangsstufen 8 und 9 sieht der Lehrplan für die Jahrgangsstufe 10 einerseits die Festigung und Erweiterung der Inhalte aus beiden Teilgebieten vor und fördert andererseits die Möglichkeit zur Schwerpunktbildung durch ein weiteres Projekt. Einen Schwerpunkt bilden in jedem Fall die Modellierungstechniken. Dabei lassen sich geometrische Modelle und Funktionsmodelle im Bereich TZ/CAD ergänzen und verbinden mit der Daten- und Ablaufmodellierung aus der Informatik. Beispiel: IT 10.1 Durchdringungen (ca. 16 Std.) Die Schüler kennen Durchdringungen aus ihrem täglichen Umfeld (z. B. Holzverbindungen, Architektur, Maschinenbau). Durch analytische Betrachtung von Modellen und durch Demonstrationen mit einem CAD-System erkennen sie Durchdringungen als additive oder subtraktive Verknüpfung geometrischer Körper und fördern somit ihre Fertigkeit beim Erstellen von Projektions- und Werkzeichnungen. 3D-CAD-Systeme ermöglichen hier die schnelle und variantenreiche Anfertigung von Konstruktionszeichnungen. Das Bewusstsein für technische Zusammenhänge wird durch praxisorientiertes Arbeiten und realitätsbezogene Aufgaben vertieft. Durchdringungen als geometrische Modelle - Durchdringungen als Verschmelzung und Steckung IT 10.2 Daten- und Ablaufmodellierung (ca. 16 Std.) Die Schüler vertiefen an einem geeigneten Beispiel ihr Wissen aus der vorangegangenen Jahrgangsstufe,wie eine Aufgabenstellung für die automatische Datenverarbeitung analysiert und in eine geeignete Lösung umgesetzt wird. Phasen der Modellierung (Analyse, Entwurf, Implementierung, Realisierung) - exemplarische Modellierung von Systemen (z. B. unter Verwendung von Tabellen, Algorithmen, Flussdiagrammen, Struktogrammen, Relationen) - Anknüpfend an das funktionale Modell der 9. Jgst. werden nun weitere Umsetzungen erarbeitet:. objektorientiertes Modell (z. B. Bruchrechnen); Klassen und Objekte, Attribute, Methoden und Ereignisse; Umsetzung mit Hilfe eines Programmierwerkzeugs. Umsetzung eines Modells mit einer relationalen Datenbank (z. B. Buchausleihe); Redundanz Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 1 von 8

2 2. Unterrichtsbeispiel Anknüpfend an den Stoff der Jahrgangsstufe 9 werden zunächst die Lerninhalte zur Modellierung wiederholt und an Funktionsmodellen angewandt und erweitert. Das nachfolgend beschriebene Beispiel wurde mit dem CAD-Programm Solid Edge und dem Tabellenkalkulationssystem MS-Excel (einschließlich VBA) durchgeführt. a) Das Funktionsmodell Kurbelschwinge (Analyse) b) Daten und Ablaufmodellierung Objektstruktur in CAD Schreibweise als Objektdiagramm Beispiel: Objekt Kurbelschwinge der Klasse FUNKTIONSMODELL Name:Kurbelschwinge Grundplatte Drehscheibe Drehen() Objektname Attribute Methoden enthält: Objekt Zylinder der Klasse GEOMETRISCHE GRUNDKÖRPER Name:Drehscheibe Zylinder.Größe = d (30 mm) h (10 mm) drehen(2 x 180 ) Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 2 von 8

3 Zusammenfassung wichtiger Begriffe der Objektorientierung: Klasse: Klassen fassen Objekte mit gleichen Attributen und Methoden zusammen. Klassenattribute beschreiben die Eigenschaften von Klassen. Klassenoperationen sind den Klassen zugeordnet. Attribut: Attribute (Eigenschaften) beschreiben die Merkmale eines Objekts. Die aktuellen Werte, die ein Objekt gerade besitzt, heißen Attributwerte. Methode: Operationen (Methoden) beschreiben das Verhalten eines Objekts, d. h. die Dienstleistungen, die es seiner Umwelt oder sich selbst zur Verfügung stellt. Methoden kommunizieren mit der Umwelt über Ein- und Ausgabeparameter. Ereignis: Vererbung: Durch die Vererbung werden Attribute und Methoden an alle Unterklassen einer Oberklasse weitergegeben. Beispiel Klasse: Objekt: Attribut: Durch Ereignisse (Botschaften) kommunizieren Objekte untereinander. Attributwert: Ereignis: FUNKTIONSMODELL Baugruppe Name Konfiguration Standard Baugruppe.Konfiguration=Standard Mausklick (Auswahl) Objektbeziehungen Methode drehen() Drehscheibe[Zylinder].drehen() Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 3 von 8

4 c) Ablaufmodellierung - der Programmablaufplan (PAP) DIN Programmablaufpläne sind grafische Darstellungen durch genormte Symbole. Die Programmstruktur lässt sich bildhaft als Ablauf darstellen. Hier zeigen die Pfeile die Richtung der Verarbeitung an. Die einzelnen Symbole haben unterschiedliche Bedeutung. Beginne Eingabe Endwert Verarbeitung Berechne Wert Wert <= Endwert? Ausgabe Wert Ende Wichtige Symbole für den PAP (DIN 66001) Programmanfang Programmende Prozess, Allgemeine Verarbeitung Bedingung abfragen Verzweigung nach Herbert Endres BS IV Augsburg (BSCW) Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 4 von 8

5 d) Anwendung auf das Funktionsmodell 1. Funktionsmodell in SE-Assembly erzeugen, parametrisieren und Variablentabelle öffnen. Neue Variable steuerung definieren und mit der zu verändernden Variablen drehwinkel verknüpfen. 2. Office-Anwendung öffnen (hier: Excel > Visual Basic-Editor > Code anzeigen) Sub main() Prozedur von Sub bis EndSub Dim objapp As Object Dim objdoc As AssemblyDocument Dim objvars As Variables Dim objvar As variable Dim i, Schritte, Umdrehungen As Integer Dim Offset As Double On Error Resume Next Set objapp = GetObject(, "SolidEdge.Application")... Set objdoc = objapp.activedocument Set objvars = objdoc.variables Set objvar = objvars.item("steuerung") Einführung einer Objekt-Variablen Achtung: Das Objekt muss als Verweis verfügbar gemacht werden (hier: Solid Edge Framework) Die Zählvariablen i, Schritte und Umdrehungen werden als Ganzzahl definiert offset (Abstand) als Gleitkommazahl Fehlerbehandlung: (hier: weiter machen) In der Variable objapp wird ein Verweis zu Solid Edge erstellt Die Verbindung zur aktiven Datei (*asm) Verbindung zu den selbst erstellten Objektvariablen (collection) in SE-Assembly. Verbindung zur Variablen Steuerung Const Pi = Schritte = 10 Umdrehungen = 3 Offset = (2 * Pi) / Schritte objvar.value = 0 For i = 0 To Umdrehungen * Schritte objvar.value = objvar.value + Offset Next i Kreiszahl Pi als Konstante Zahl der Schritte Zahl der Umdrehungen Abstand als Bogenmaß ist 2 mal 180 =eine ganze Umdrehung For -Schleife : 0 bis Umdrehungen mal Schritte; Addieren von Abstand zum Variablenwert bei jedem Schleifendurchgang. End Sub Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 5 von 8

6 e) Ablaufdiagramm Sub main() Dim objapp As Object Dim objdoc As AssemblyDocument Dim objvars As Variables Dim objvar As Variable Dim i, Schritte, Umdrehungen as Integer Dim Offset As Double On Error Resume Next Set objapp = GetObject(, "Solid- Edge.Application") MsgBox "SE-Assembly nicht offen" Err = 0 Exit Sub End If Set objdoc = objapp.activedocument MsgBox "Kein Assembly offen" Err = 0 Exit Sub End If Sub ist ein reserviertes Schlüsselwort im Prozedurkopf, main() ein Name Dim ist auch ein reserviertes Programmierwort Integer ist ein Datentyp (Art: Ganze Zahlen) Start Verbindung zu: Programm Solid Edge offen exit Verbindung zu: Aktives Assembly-Dokument offen Verbindung zu: Variable steuerung nein nein Set objvars = objdoc.variables Set objvar = objvars.item("steuerung") vorhanden nein MsgBox "Steuerung nicht gefunden" Err = 0 Exit Sub End If Const Pi = Schritte = 10 Umdrehungen = 3 Offset = (2 * Pi) / Schritte objvar.value = 0 For i = 0 To Umdrehungen * Schritte objvar.value = objvar.value + Offset Next i End Sub Const Pi = Schritte = 10 Umdrehungen = 3 Offset = (2 * Pi) / Schritte objvar.value = 0 For i = 0 To Umdrehungen * Schritte objvar.value = objvar.value + Offset Ausgabe: Werte in Variablentabelle Stop Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 6 von 8

7 3. Weitere Beispiele Aufgabe : Funktionsmodell: Münzensortierer Das Funktionsmodell eines Münzensortierers wird von einem Schülerteam in Gruppenarbeit erstellt. Die Einzelteile werden mit einem CAD-System in 3D und 2D erstellt. Die Umformung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung soll durch das Funktionsmodell deutlich werden. Ablauf: 1. Analyse und Entwurf (Modellierung / Skizzen) 2. 3D-Teile erzeugen und 2D-Werkzeichnungen ableiten 3. Montage der Teile zu einer Baugruppe 4. Objektstruktur und Funktionales Modell. Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 7 von 8

8 Aufgabe: Durchdringung einer Pyramide mit einem Dreikantprisma Bei Durchdringungen in Form einer Steckung bleibt der Durchdringungskörper vollständig erhalten. Es soll durch Modellierung eine Lösung erarbeitet werden, die dies deutlich macht. Dabei soll der Vorgang simuliert werden, wie ein vollständiges Dreikantprisma durch eine Pyramide geschoben wird und entsprechende Durchdringungskanten hinterlässt. Lösungsvorschlag mit Solid Edge und Visual Basic: Arbeitskreis am ISB Vorhaben10-I-CAD-MOD Seite 8 von 8