Современные образовательные технологии в системе подготовки инженерных кадров

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ПОДГОТОВКА КАДРОВ»

Modern Educational Technologies in the System of Engineering Personnel TrainingThe economic development of humanity being inextricably connected to technological progress, the teaching of technological subjects requires constant enhancement. In order to achieve this goal the accumulated experience of this country’s higher education system has to be used with a reference to modern realia, university laboratories require modernizing and equipping with modern appliances for technological processes modeling as well as measuring gauges with nano-precision. Scientific projects and theses are to be worked on in industrial conditions and involve the solution of real-life problems of a given enterprise.

Современные образовательные технологии в системе подготовки инженерных кадров

Р.П. Дидык, доктор технических наук, профессор
кафедры технологии горного машиностроения
Национального горного университета, г. Днепропетровск,
заслуженный деятель науки и техники Украины,
Лауреат Государственной премии Украины

Каждые 10 лет поток технической информации удваивается. В то же время традиционная форма преподавания инженерных дисциплин, насыщенная эскизами, диаграммами и графикой, входит в противоречие с нынешними тенденциями. Объем информации увеличивается, а методы передачи ее — устарели и представляют на сегодня «узкое место». Разрешить эту ситуацию можно путем соответствующей подготовки всех преподавателей и технического оснащения лабораторий профильных кафедр. Этот процесс неотвратим и нуждается в значительных расходах, но весь мир знает, что наибольшая и самая быстрая отдача бывает от средств, вложенных в образование

Актуальность проблемы инженерного образования продиктована, прежде всего, одним обстоятельством, определяемым как смена типа экономического развития, в котором будут доминировать жизненные потребности и стремление с помощью техники выразить и реализовать себя.

Развитие техники и технологий с постоянно расширяющимися их возможностями требуют в системе образования подготовки специалистов с познавательными наклонностями, способных к творчеству и самообладанию в условиях неопределенности, ориентированных на решение как текущих задач, так и задач будущего. В этих условиях формирование личности инженера, наделенного чувством ответственности и творческой волей, способного обеспечить непрерывность этапов развития техники, требуют принципиально новых подходов к системе высшего образования. Подготовка инженеров-технологов для машиностроения является приоритетной задачей, так как именно технологии являются одной из главных объективных предпосылок экономического развития и на этой основе удовлетворения потребностей с помощью новых продуктов, новых материалов, новых процессов или их возможных комбинаций. Подчеркнем важное: уровень всего индустриального производства в стране, научно-технический потенциал в большей степени зависят от того, в каких масштабах и в каких отраслях экономики применяются современные технологии, кто является участником процесса создания продукции от идеи до выхода ее на рынок, какова степень интеграции их знаний, умений и опыта.

Современное понятие «технология» трактуется как совокупность управленческих, научно-исследовательских, опытно-конструкторских и инжиниринговых процессов, являющихся фундаментом продуктивной деятельности коллектива. Получить современное качественное инженерное образование в условиях крайне слабой учебной исследовательской базы с использованием традиционных методик практически невозможно, так как эти методики основаны на креативной, конструктивной формах обучения, характеристикой которых является «Сотвори» вместо используемой сегодня репродуктивной технологии обучения, характеристикой которого является одно требование — «Повтори». Для первой основным видом являются активное участие студентов в семинарах, диспутах, научно-исследовательский работе, конкурсах, олимпиадах, для другой — лекция с такой формой контроля, как вербальный ответ студента. Приблизить систему подготовки инженерных кадров, отвечающих современным требованиям машиностроительных предприятий, можно как выход из создавшейся ситуации, при условии глубокой интеграции образования и производства. Это значит, что выполнение значительной части заданий по основополагающим технологическим дисциплинам, особенно лабораторный практикум, разделы курсового и дипломного проектирования, индивидуальные задания целесообразно сосредоточить на передовых участках предприятий. Необходимо существенно увеличить сроки всех видов практик, доведя их как минимум до полугода.

На кафедрах основной акцент при изучении профессионального цикла дисциплин следует сделать на решении прикладных задач математики, физики, механики, реализуя их сквозную подготовку.

Компьютерная интеллектуальная среда, включая пакеты прикладных программ автоматизированного проектирования технологических процессов обработок, расчетно-графические модули, системы управляемых программ на современном станочном оборудовании, должны стать органической частью всего инженерного образования.

Ярким примером реализации интерактивной образовательной технологии является цикл лекций, прочитанных в Национальном горном университете профессором Национального технического университета Украины «КПИ» Ю.В. Петраковым — известным специалистом в области машиностроения, автором основополагающих учебников по теории и моделированию машиностроительных процессов механической обработки материалов.

В течение четырех часов с короткими перерывами студенты с неподдельным интересом воспринимали материал и активно участвовали в решении проблемных ситуаций. Лекции были посвящены основным вопросам изучения профессионально ориентированной дисциплины «Теоретические основы машиностроения».

Что же обусловило повышенный интерес студентов? Во-первых, прежде всего, интерактивная форма подачи информации. Лектором был широко использован компьютер и проектор для демонстрации на экране аналитических выражений, соответствующих графиков в цветах и анимационных моделей технологии обработки материалов, сопровождаемых высокопрофессиональными комментариями. Это дало возможность увеличить информационную нагрузку вдвое по сравнению с традиционными методами преподавания и привлечь к активному соучастию студентов.

Во-вторых, это нетрадиционная стратегия построения дисциплины, в соответствии с которой последовательные модули процессов механической обработки (точение, сверление, фрезерование, шлифование) приведены к обобщенной модели обработки резанием на базе классической «теории автоматизированного управления».

Для этого построены математические модели, выделены факторы влияния, использован математический аппарат для анализа процессов в часовом и частотном пространстве. Благодаря такому подходу материал лекций стал более насыщенным и более доступным для понимания.

В-третьих, это привлечение виртуальных симуляторов, которые представляют собой оригинальный программный продукт и моделируют процессы резания в физическом пространстве и времени. В основу виртуального симулятора заложена расчетная работа компьютера по формулам, которые описывают тот или иной процесс резания. Он дает возможность студенту получать те же навыки, что и в реальной ситуации. Данные виртуального исследования воссоздаются на мониторе в виде графиков и таблиц.

Студент получает доступ к демонстрации, которая, например, моделирует продольное точение (рис. 1) и вводит выходные данные своего варианта. В соответствующих окнах интерфейса выбирается материал заготовки и инструмента. В окне графического изображения происходит анимация процесса со схемой силы резания и ее составля­ющих в физическом пространстве.

Вместе с тем на экране осциллографа появляются осциллограммы составля­ющих силы резания в определенном масштабе.

Во время моделирования можно изменять любой исходный параметр процесса резания или геометрический параметр режущей части инструмента. Выполняя работу, студент последовательно изменяет начальные параметры процесса. Шаг изменения параметров может быть произвольным. Компьютерная программа рассчитывает и строит графики составляющих силы резания Рх, Ру, Рz в динамике. Интерактивное взаимодействие студента с компьютером происходит по принципу «действие — следствие».

Таким образом, можно выделить основные преимущества применения программного продукта в учебном процессе:

  • позволяет индивидуализировать учебный процесс и повысить эффективность самостоятельной работы студентов (каждая работа имеет 100 вариантов выходных данных);
  • дает возможность вести лабораторные исследования процессов резания по многим параметрам одновременно и сравнивать полученные результаты с реальными процессами;
  • предоставляет возможность проводить исследование в широком диапазоне параметров резания и выполнять непрерывное управление процессом резания.

Управление предусматривает последовательное действие в трех направлениях:

  • расчёт траектории формообразующего движения и режимов обработки;
  • формирование управляющих воздействий на исполнительные органы (координаты) станка, обеспечивающих заданную точность обработки (минимальные отклонения от расчётной траектории) и требуемое качество обрабатываемой поверхности;
  • оптимизация процесса высокоскоростной обработки с целью получения максимальной производительности.

Сегодня наиболее эффективным методом управления процессом резания является управление по априорной информации с использованием в качестве средства управления САМ-системы. Наиболее «продвинутыми» в таком направлении являются продукты фирм DELCAM: VERICUT.

Производителям нужны более адекватные математические модели процессов резания для разных видов и условий обработки. Это возможно при условиях применения вместо существующих эмпирических моделей процессов резания — численных, которые позволяют проводить моделирование с целью построения алгоритмов управления.

Следует отметить, что каждые 10 лет поток технической информации удваивается, и традиционная форма преподавания технической дисциплины, которая насыщена эскизами, диаграммами и графикой, вошла в противоречие с нынешним временем. Объем информации увеличивается, а методы передачи ее — устаревшие и представляют на сегодня «узкое место».

На определенный период такую ситуацию можно решить с помощью повышения качества информационного потока, привлечения раздаточного материала. Но будущее — за интерактивными методами и симулятивными моделями.

Решить это противоречие возможно путем соответствующей подготовки всех преподавателей и технического оснащения лабораторий профильных кафедр. Этот путь неотвратимый и нуждается в значительных расходах, но весь мир знает, что наибольшая и самая быстрая отдача бывает от ресурсов, которые вложены в образование. Поэтому нужно вкладывать средства в средства производства. На примере университета это, прежде всего, компьютерное оборудование, прикладное программное обеспечение, люди — научная молодежь.

Согласно стратегии быстрого технического развития важны не знания сами по себе, а понимание. Нужно создавать не конкретные продукты, а технологии. Современные технологии следует строить по классической схеме теории автоматического управления: от обобщенной модели к конкретному процессу и дальше — его оптимизация с быстрыми методами поиска.

В связи с этим чрезвычайно важным является привлечение европейских станкостроительных фирм к учебному процессу путем предоставления им в бесплатную аренду лабораторий для расположения и демонстраций современных металлорежущих станков с программным управлением. Принимая во внимание то, что срок действия металлообрабатывающего станка пять лет и их стоимость может достигать миллионов евро, производители постоянно обновляют свою экспозицию, что позволит кафедрам технологии машиностроения передать «головную боль» по возобновлению материальной базы иностранным партнерам.

Таким образом, может быть построен взаимовыгодный тандем, который работает на интеллектуальное будущее Украины.

Современная система инженерного образования должна обязательно отражать тенденции мирового развития машиностроения. Это значит, что источником высококачественной продукции должны стать высокие технологии, основными признаками которых являются: наукоемкость; структурная параметризация рабочих процессов; компьютеризация и автоматизация; многофункциональное прецизионное металло­обрабатывающее оборудование; использование инструмента из алмазоподобных материалов и на основе плотных модификаций нитрида бора; диагностика и мониторинг всего цикла обработки; альтернативные способы формообразования, основанные на использовании энергии высокой плотности; интегрированные технологии. В связи с этим, со всей очевидностью, должны быть кардинально пересмотрены программы основного блока профессиональных дисциплин, в которых найдут отражение перечисленные выше основные признаки высоких технологий. Тематика дипломного проектирования в подавляющем большинстве должна быть реальной и связанной с решением конкретных задач производства, в условиях которого выполняется данный проект. Следует ввести практику защиты дипломных проектов непосредственно на заводах, привлекая для их оценки в состав экзаменационных государственных комиссий ведущих специалистов предприятия. К большому сожалению, сегодня система подготовки инженерных кадров напоминает улицу с односторонним движением. Парадоксально, но факт, что бизнес, структуры и предприятия различных форм собственности практически самоустранились и не оказывают никакого влияния на систему и процесс подготовки специалистов в высшей школе. Казалось бы, кто, как не «заказчик», в роли которого выступают представители бизнеса и промышленных предприятий, должен быть глубоко заинтересован в подготовке классных специалистов? Этот риторический вопрос сегодня остается, к сожалению, без ответа. Современный уровень подготовки инженерно-технических кадров должен развиваться опережающими темпами по сравнению с развитием техники и технологий действующих предприятий, ибо малейшее отставание и промедление в системе образования делают его бессмысленным, малоэффективным и скорее напоминают имитацию образовательного процесса, чем отражают его действительное предназначение.

Только используя исторический опыт отечественной высшей школы, опираясь на ее лучшие традиции с учетом реалий сегодняшнего времени, совместными усилиями можно решить проблему качественной подготовки специалистов. Для этого необходимо, в первую очередь, осуществить модернизацию лабораторной базы кафедр, оснастив их современными устройствами, предназначенными для моделирования технологических процессов, приборами измерения точности с нанометрическим уровнем разрешения и др. Эффективно использовать студенческий потенциал в период практик, дипломного проектирования с целью адаптации в условиях производства и участия в решении конкретных задач предприятия. Активно использовать в учебном процессе опыт представителей управленческих и производственных структур. Разработать совместные интегрированные программы специальных дисциплин, отразив в них специфику и технологическую направленность выпускаемой продукции. Разумеется, в данной статье невозможно отразить все многообразие накопившихся проблем в системе подготовки специалистов в высшей школе, которая переживает не лучшие времена. Многие соображения носят декларативный характер, но и они заставляют серьезно задуматься над проблемой подготовки инженерных кадров, удовлетворяющих требованиям и задачам современного машиностроения.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.