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.