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 посо-
бие / 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 под-
держки жизненного цикла изделий машиностроения. Дано описание стадий 
жизненного цикла и информационных систем, автоматизирующих этот про-
цесс. Рассмотрены современные технологии создания электронных конструк-
торских документов на основе обновленных стандартов ЕСКД и националь-
ных 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, изучаю-
щих использование современных технологий при проектировании и разра-
ботке конструкторской документации.  
Подготовлено на кафедре «Инженерная компьютерная графика и авто-
матизированное 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 про-
мышленных предприятий становится их конкурентоспособность на 
рынках высокотехнологичной и наукоемкой продукции. Распростране-
ние получает принципиально новая организация процессов ее созда-
ния – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла из-
делия (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 тра-
диционных и новых методов и приемов обучения. Причем уже на этапе 
обучения требуется, чтобы студенты осваивали технологии разработки 
и производства изделий, используемые на предприятиях. Эти требова-
ния отражены и в образовательных стандартах высшего образования, 
согласно которым выпускник должен обладать знаниями и умениями, 
позволяющими применять современные цифровые технологии, мате-
матические методы и программное обеспечение для решения конкрет-
ных проектно-конструкторских задач в своей профессиональной дея-
тельности.  

Техническое образование также предусматривает серьезную гра-
фическую подготовку будущих инженеров, качество которой обеспе-
чивают общепрофессиональные дисциплины, способствующие разви-
тию пространственного воображения, творческого и конструктивного 
мышления, воспитанию профессиональной графической культуры обу-
чающихся. 
Всероссийское совещание заведующих кафедрами инженерно-
графических дисциплин технических вузов под руководством 
В. И. Якунина (2015 г.) в своем решении отметило необходимость под-
держать активное внедрение в образовательный процесс информацион-
ных коммуникационных технологий как по направлению компьютери-
зации инженерной деятельности, так и по совершенствованию про-
цесса обучения [3]. Для этого целесообразно использование в учебном 
процессе системы автоматизированного проектирования (САПР) меха-
нических изделий (твердотельное моделирование и автоматизирован-
ная 
разработка 
конструкторской 
документации), 
электронных 
устройств и их компонентов, а также системы управления данными об 
изделиях на всех этапах жизненного цикла.  
Эффективность использования САПР определяется квалифика-
цией персонала. Самые лучшие проекты автоматизации не находят ре-
альной 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. Di-
mension – размерность), электронного документооборота и прототи-
пирования. 
В курс геометро-графических дисциплин технического вуза вхо-
дят следующие: фундаментальная – «Начертательная геометрия» или, 
в современной трактовке, «Теория геометрического моделирования»; 
прикладная – «Инженерная графика»; технологическая – «Компьютер-
ная графика». 
Инженерная графика является базовой основой технического об-
разования, обеспечивая студента минимумом фундаментальных инже-
нерных знаний в области геометро-графического моделирования изде-
лий, 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 автоматизи-
рованного проектирования и управления электронным документообо-
ротом выдвигаются в число основных компетенций инновационного 
инженерного образования. Современные САПР позволяют создавать 
электронные 3D-модели деталей, сборочных единиц и имеют все необ-
ходимые 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 усо-
вершенствование традиционных методов обучения, приближающихся к 
требованиям производства. Современная стратегия наукоемких пред-
приятий, разрабатывающих высокотехнологичную продукцию, базиру-
ется на стандартах интегрированной информационной поддержки изде-
лий (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 из-
менениями на 17 мая 2018 г.), в перечень специальностей и направлений 
подготовки высшего образования, соответствующих приоритетным 
направлениям модернизации и развития цифровой российской эконо-
мики включены профили, связанные с проектированием и автоматиза-
цией технологических процессов и производств машиностроения.  
При составлении данного учебного пособия авторы стремились 
показать на основе новых национальных стандартов ГОСТ Р и стандар-
тов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) возмож-
ности современных технологий создания электронных конструктор-
ских документов, их документооборота, а также мастер-моделей на ос-
нове технологий быстрого прототипирования. 
Материалы пособия сгруппированы по разделам:  
1. Излагаются основные понятия жизненного цикла изделий ма-
шиностроения, рассматриваются на основании действующих стандар-
тов его этапы.  

2. Излагаются общие сведения о промышленных САПР, исполь-
зуемых на стадиях жизненного цикла изделия. Приводится междуна-
родная классификация этих систем. 
3. Излагаются технологии геометрического моделирования, при-
водятся виды 3D-геометрических моделей (ГМ) и методы их создания. 
Рассматривается технология параметризации трехмерных моделей де-
талей и сборочных единиц. 
4. Анализируется современное состояние ЕСКД в проектно-кон-
структорской деятельности. Приводятся электронные модели изделий на 
проектной стадии. Излагаются общие положения об электронных кон-
структорских документах. Рассматривается обмен данными  
5. Излагаются общие положения об аддитивных технологиях. 
Приводятся общие сведения, классификация методов получения изде-
лий (по литературным данным и национальному стандарту РФ  
ГОСТ Р 57558).  
6. Дается обзор современных методов обучения геометро-графи-
ческим дисциплинам, позволяющим сформировать систему знаний о 
геометрическом моделировании технических изделий, правилах созда-
ния и оформления конструкторской документации по 3D-моделям, 
близким к реальной профессиональной деятельности. 
Материал, представленный в пособии, поможет обучающимся в 
формировании профессиональных компетенций, таких как способ-
ность принимать участие в работах по автоматизированному проекти-
рованию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответ-
ствии с техническим заданием и использованием стандартных средств 
автоматизации проектирования, разрабатывать рабочую проектную и 
техническую документацию и оформлять законченные проектно-кон-
структорские работы и др.  
Пособие может быть полезным студентам на любых этапах обу-
чения 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 промышленнос-
ти любой страны мира и ее интеллектуальным потенциалом. Среди 
всех отраслей промышленности машиностроение стоит на первом ме-
сте по стоимости выпускаемой продукции, а также по численности за-
нятых в этих производствах. Промышленная продукция машинострое-
ния 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 классификацион-
ным признакам: конструктивно-функциональным; назначению; разра-
ботке; структуре; стандартизации.  
В соответствии с конструктивно-функциональными характери-
стиками установлены следующие виды изделий: деталь, сборочная еди-
ница, комплекс и комплект (рис. 1.1).  
 

 
 
Рис. 1.1. Виды и структура изделий по конструктивно- 
функциональным характеристикам [8] 
 
Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименова-
нию и марке материала, без применения сборочных операций, напри-
мер, литой корпус; валик из одного куска металла и др. 
Сборочная единица (узел) – изделие, составные части которого 
подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сбо-
рочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, 
пайкой, запрессовкой, развальцовкой, склеиванием, укладкой и т. п.). 
Например, редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с ме-
таллической 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 об-
щее 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-из-
готовителе 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 взаимозаме-
няемостью возможностью сборки отдельно от других составных частей 
изделия (или изделия в целом) и способностью выполнять определен-
ную 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 со-
единенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но 
предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных 
функций. Каждое из специфицированных изделий, входящих в ком-
плекс, служит для выполнения одной или нескольких основных функ-
ций, установленных для всего комплекса, например, бурильная уста-
новка, 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, предназначен-
ные 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 оборудова-
ния показан на рис. 1.5. 
 

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