Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА СТУДЕНТОВ МЕХАНИКОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Савельева Н.Н. 1 Боголюбова М.Н. 1 Проскуряков П.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Томск
Рассматривается создание педагогических условий для подготовки бакалавров-механиков для высокотехнологичных производств. В Томском политехническом университете на кафедре технологии автоматизированного машиностроительного производства создана экспериментальная площадка, оснащенная высокотехнологичным оборудованием. Применяется информационно-образовательная технология конструкторско-технологической подготовки студентов на основе CAD/CAM/CAE систем. Разработаны программные средства обучения в среде Borland Delpfi, моделирующие производственные и научно-исследовательские задачи машиностроения для формирования профессиональных компетенций у студентов – будущих бакалавров. Результаты проведенного авторами исследования сформированности профессиональных компетенций позволяют сделать вывод об эффективности разработанной и внедренной информационно-образовательной технологии в учебный процесс подготовки бакалавров-механиков.
конструкторско-технологическая подготовка
профессиональные компетенции
механики
электронные образовательные ресурсы
CAD
CAM
1. Боголюбова М.Н., Савельева Н.Н. Организация обучения и мониторинга знаний студентов на базе WebСТ // Вестник Московского педагогического университета. Вып. Информатика и информатизация образования. – 2008. – С. 28–29.
2. Боголюбова М.Н., Савельева Н.Н. Применение методов компьютерного моделирования при изучении технических дисциплин // Российские модели образования и их интеграция в мировое образовательное пространство: Труды V Всероссийской конференции. – ЮТИ, ТПУ, Юрга, 2007.
3. Савельева Н.Н., Боголюбова М.Н. Разработка графического интерфейса для определения параметров оптимального резания при точении деталей // Современные техника и технологии: XIII Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных. – Томск, 2007.
4. Савельева Н.Н. Современные подходы к подготовке кадров для высокотехнологичных производств экономики региона // Среднее профессиональное образование. – М., 2012. – № 2.
5. Проскуряков П.Ю., Петровский Е.Н., Боголюбова М.Н. Аппаратно-программный комплекс мониторинга и управления технологическими процессами обработки деталей на станках с ЧПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010.

Конструкторско-технологическая подготовка бакалавров-механиков для высокотехнологичных производств с формированием профессиональных компетенций потребовала реализации следующих педагогических условий:

  • создание экспериментальной площадки, оснащенной высокотехнологичным учебным оборудованием, которое будет способствовать эффективной теоретической и практической подготовке, выпускаемых специалистов;
  • разработка информационно-образовательной технологии на основе компьютерного моделирования, связанной с будущей профессиональной деятельностью на высокотехнологичных производствах;
  • разработки и внедрения учебной программы, программно-методических и дидактических средств обучения, ориентированных на формирование профессиональных компетенций у бакалавров в процессе подготовки к деятельности на высокотехнологичных производствах.

На кафедре Технологии автоматизированного машиностроительного производства Томского политехнического университета был создан комплекс лабораторий, оборудованный современным высокотехнологичным оборудованием. Комплекс лабораторий включает в себя современный компьютерный класс, измерительную лабораторию, лабораторию, оснащенную станками с ЧПУ и лабораторию программирования. Это позволяет будущим бакалаврам-механикам выполнять большинство практических и лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов в реальных производственных условиях и формировать профессиональные компетенции при работе на современном высокотехнологичном оборудовании, востребованные на предприятиях машиностроения.

Для реализации условий успешной конструкторско-технологической подготовки бакалавров-машиностроителей разработана информационно-образовательная технология, на разных этапах которой применяются проблемное и проектное обучение, обеспечивающее формирование профессиональных компетенций на основе электронных образовательных ресурсов. Технология обучения включает компоненты программно-методического и дидактического обеспечения, направленные на получение теоретических знаний, приобретение практических навыков, на изучение компьютерного моделирования и экспериментальные исследования с помощью аппаратно-программного комплекса.

Программно-методическое и дидактическое обеспечение включают в себя:

  • электронные учебники в информационно-образовательной среде WebCT;
  • обучающие программы в среде Borland Delpfi, моделирующие производственные и научно-исследовательские задачи машиностроения;
  • программно-методическое и дидактическое обеспечение для компьютерного моделирования конструкторских моделей изделий и технологических процессов обработки этих изделий с использованием профессиональных программ Компас 3D, САПР ТП Вертикаль;
  • аппаратно-программный комплекс для компьютерного моделирования технологических процессов в режиме реального времени.

Для теоретического обучения и мониторинга учебного процесса разработано обеспечение по дисциплинам: «Основы технологии машиностроения», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Системный анализ и математическое моделирование», «Резание материалов» и др. Обучение студентов организовано через Интернет (e-learning) с использованием информационно-образовательной среды WebCT (WebCourseTools) [1].

Обучающие программы в среде Borland Delpfi, моделирующие производственные и научно-исследовательские задачи машиностроения позволяют студентам изучать и решать поставленные профессиональные задачи. Моделирование содержит следующие компоненты: постановка задачи, выдвижение и проверка гипотез, формализация исходной информации, генерирование альтернативных вариантов, отсеивание неприемлемых вариантов, построение математической модели, оптимизация решения математической модели, визуальное отображение результатов решения задачи, анализ результатов, создание и управление базой данных и ряд других [2].

Пример обучающей программы, разработанной авторами, для студентов машиностроителей представлен на рис. 1. Это графический интерфейс оптимизации параметров режима резания, который обеспечивает интерактивный режим исследования и оперативное управление ходом проектирования операции технологического процесса. В данном случае логичность и формализованность математической модели процесса резания позволяет варьировать диапазон исследуемых параметров и начальных условий для обеспечения оптимальных значений критериев эффективности таких, как производительность, точность, шероховатость, стойкость инструмента и ряд других.

Рис. 1. Графический интерфейс оптимизации параметров режима резания

Команды интерфейса позволяют осуществлять считывание исходной информации из базы данных, корректировку исходных данных, проверку гипотезы по предварительному анализу ограничений и целевой функции, оптимизацию исследуемых параметров в диалоговом режиме и ряд других функций [3]. Результаты формируются в виде таблиц и графиков.

Программно-методическое и дидактическое обеспечение способствует формированию профессиональных компетенций у будущих машиностроителей. Используя прикладные профессиональные программы Компас-3D, САПР ТП Вертикаль, студенты моделируют конструкторские образцы изделий и технологические процессы их обработки. Начиная обучение с создания плоских чертежей, в дальнейшем студенты переходят к моделированию трехмерных деталей машин и далее к проектированию сложных изделий. Например, режущего инструмента и элементов приспособлений для металлорежущего оборудования.

Структура аппаратно-программного комплекса включает следующие основные составляющие: технические (аппаратные) средства: персональные компьютеры, локальную вычислительную сеть и Internet, измерительно-преобразовательные устройства, устройства с ЧПУ типа WinNC, станки с ЧПУ, токарный с EMCO Turn 55 и фрезерный Mill 155, координатно-измерительную машину (КИМ); программное обеспечение: систему управления интерфейсом локальной сети, CAD системы: Компас-3D, SolidWorks, Pro-Engineer, CATIA; CAM системы DELCAM: FeatureCAM, ArtCAM; PowerInspect; программу мониторинга функционирования технологического комплекса; программу диагностики процесса обработки на станках с ЧПУ; программа симуляции обработки детали на станке с ЧПУ; программу редактирования ТП и УП и др.

Аппаратно-программный комплекс предназначен для проведения расчетов, компьютерного моделирования технологических процессов. Он позволяет осуществлять моделирование и расчет различных параметров и выбирать решения, оптимизированные по заданным критериям. Студенты осуществляют поиски решения инженерных задач и проводят научные исследования посредством изучения компьютерной модели исследуемой задачи и верификации ее на аппаратно-программном комплексе [5].

Важной особенностью комплекса является возможность объемного моделирования. 3D-модели деталей передаются по локальной сети в системы инженерных расчетов САЕ. Проверенные в расчетах объемные модели передаются в системы подготовки производства САМ, которые автоматически создают управляющие программы для соответствующих типов станков с ЧПУ. На базе 3D-моделей возможна организация сквозного автоматизированного проектирования технологической подготовки производства изделий на станках с ЧПУ, исключая трудоемкие операции ручного труда. Пример реализации технологии на аппаратно-программном комплексе отображен на рис. 2.

Рис. 2. Отладка управляющей программы и обработка детали на токарном станке с ЧПУ

Результаты проведенного авторами исследования сформированности профессиональных компетенций позволяют сделать вывод об эффективности разработанной и внедренной информационно-образовательной технологии в учебный процесс подготовки бакалавров-механиков. Применение ИОТ позволило за равное учебное время получить более высокую эффективность в экспериментальной группе по сравнению с контрольной группой, о чем свидетельствует диагностика [4]. Что подтверждает оценка общего уровня профессиональной подготовки по итоговой аттестации выпускников

 

Рис. 4. Диаграмма распределения уровня общей профессиональной подготовки на начальном этапе и завершающем этапе педагогического эксперимента

Таким образом, студенты, обучаясь на основе электронных образовательных ресурсов, созданных авторами, приобретают профессиональные компетенции, необходимые для самореализации на высокотехнологичных предприятиях машиностроения.

Рецензенты:

  • Петрушин С.И., д.т.н., профессор кафедры технологии машиностроения Томского политехнического университета, г. Томск;
  • Соколова И.Ю., д.п.н., профессор кафедры инженерной педагогики Томского политехнического университета, г. Томск.

Работа поступила в редакцию 18.05.2012.


Библиографическая ссылка

Савельева Н.Н., Боголюбова М.Н., Проскуряков П.Ю. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА СТУДЕНТОВ МЕХАНИКОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6-2. – С. 388-391;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29998 (дата обращения: 26.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252