ПОДГОТОВКА ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ СОВРЕМЕННЫХ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
, ,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет», г. Оренбург
Одной из проблем, характерных для системы профессионального образования, является инерционность, нередко ориентированность на технологии, унаследованные еще с советских времен, отсутствие опережающей подготовки кадров в условиях бурного развития технологий. Как следствие, выпускники профессиональных учебных заведений после получения диплома обнаруживают, что с точки зрения предприятия вовсе не являются уникальными и высококвалифицированными специалистами, владеющими современными технологиями и способными сразу начать работать на дорогом оборудовании.
В результате выпускники вузов оказываются перед выбором встать в ряды низкооплачиваемых работников, обслуживающих устаревшее оборудование низкой производительности, либо пройти дополнительную подготовку (при наличии системы переподготовки) и получить доступ к престижной специальности и высокой зарплате.
Таким образом, подготовка современных инженеров невозможна без организации и проведения лабораторных курсов по учебным дисциплинам, ориентированным на передовые технологии. В то же время хорошо известно, что лабораторные работы являются наиболее дорогостоящим видом учебных занятий, организация которых требует существенных материальных затрат, что весьма обременительно для большинства учебных заведений в России.
Все это делает необходимой автоматизацию учебных лабораторных исследований с применением вычислительной техники, которая позволяет решать целый ряд задач, ранее недоступных в учебной практике, среди которых:
− детальное исследование статических и динамических характеристик испытуемых объектов;
− поиск алгоритмов эффективного управления объектами при учете нескольких целевых показателей и ограничений;
− оперативная диагностика технического состояния испытуемых объектов;
− идентификация параметров математических моделей;
− прогнозирование качества функционирования производственных объектов.
При своей всеобщей доступности компьютерная техника принципиально позволяет построить образовательный процесс в виде интерактивной работы обучающихся с динамическими образами изучаемых объектов. Основные усилия преподавателей в этих условиях должны быть направлены на создание соответствующих модельных представлений и методик работы с ними [1].
Современные машиностроительные производства представлены станками типа «обрабатывающий центр» (ОЦ), гибкими производственными модулями и системами (ГПС). ГПС может работать в автоматическом режиме 20 часов в сутки и 7 суток в неделю, а так же характеризуется способностью к быстрому переходу на выпуск другого вида изделий. Другими словами, ГПС – компьютерно управляемый комплекс, состоящий из различных сочетаний технологического и сервисного оборудования: гибких производственных модулей, автоматизированного склада и транспортных средств (рисунок 1).
1 – гибкий производственный модуль;
2 – инструментальный магазин станка;
3 – паллета в рабочей зоне станка;
4 – перегрузочное устройство паллет;
5 – накопитель паллет;
6 – позиция для обмена паллетами с внешним транспортом;
7 – транспортная тележка (робокара);
8 – инструментальный робот;
9 – накопитель инструментов.
Рисунок 1 – Схема ГПС
Проектирование ГПС − не простая задача, включающая выполнение множества расчетов: расчет числа и выбор моделей технологического оборудования, расчет емкости автоматизированного склада и оптимального расположения в нем заготовок, расчет показателей эффективности, выбор оптимального правила обслуживания станков транспортным средством и т. д..
Особенностями проектирования ГПС в целом являются: огромный объем работ, требующий средств автоматизации; громоздкость вычислений; необходимость детального исследования функционирования системы; невозможность проведения реального эксперимента.
Научно-исследовательская работа, проведённая в рамках гранта № 2.1.2/9289 «Исследование механизма и закономерностей перехода от технического задания к техническому предложению на создание гибких производственных ячеек» АВЦП, позволила разработать алгоритмы и методы расчетов позволяющие создать модель ГПС, детально изучить ее функционирование, а так же при необходимости вносить коррекции в работу модели.
Применение компьютерных технологий и внедрение результатов проведенной работы в сферу образования, позволяют каждому студенту создать свою индивидуальную компьютерную модель ГПС, которая в общем виде может быть представлена в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 – Модель ГПС
Эксперименты с компьютерной моделью ГПС позволяют существенно сократить время, которое тратится на рутинную работу (колоссальный объем расчетов, обработка результатов и т. д.), вносить коррекции в работу модели, устранить необходимость проведения повторных расчетов «с нуля», исследовать влияние входных данных на показатели эффективности. Тем самым, высвобождается время для более серьезного уяснения целей и задач проводимого эксперимента. Более того, каждый студент может: неоднократно адаптировать «свою» модель ГПС под необходимые требования; оптимизировать работу системы; добиться высоких показателей эффективности ГПС; проявить творческие способности в коррекции и оптимизации разработанной модели; провести исследования и выявить основные закономерности поведения модели; усовершенствовать интерфейс системы моделирования.
При расчете ГПС студентам выдвигается ряд требований, основными из которых служат согласование работы технологического и сервисного оборудования ГПС и эффективность его эксплуатации. Возникает необходимость детального исследования поведения системы во времени.
Данная задача решена путем разработки метода циклограмм [2], данный метод позволяет визуально и с достаточной степенью детализации оценить поведение системы во времени.
Циклограмма работы оборудования (рисунок 3) представляет собой отрезки (графические плашки), размещенные на горизонтальной шкале времени. Каждый отрезок соответствует отдельной задаче (операции) или подзадаче. Объекты исследования (в данном случае оборудование входящее в состав ГПС), составляющие систему, размещаются по вертикали. Начало, конец и длина отрезка на шкале времени соответствуют началу, концу и длительности выполняемой задачи.
ОЦ – станок типа «обрабатывающий центр»;
ТС – транспортное средство.
Рисунок 3 – Циклограмма работы единиц оборудования входящих в состав ГПС
Таким образом, применение метода циклограмм позволяет: понять и детально разобрать механизм работы ГПС; визуально оценить последовательность операций, их относительную длительность и протяженность цикла работы ГПС в целом; сравнить планируемый и реальный ход выполнения операций; детально проанализировать реальный ход выполнения операций; выявить и устранить «узкие места» разрабатываемой ГПС.
Данные методы, в свою очередь, положены в основу создания современного образовательного средства − электронного гиперссылочного учебного пособия «Проектирование автоматизированных производств» (ЭГУП ПАП).
Разработанное ЭГУП ПАП позволяет за счет выбора индивидуального темпа работы приобретать всем обучающимся, хотя и за разное время, одинаковый уровень теоретических знаний, практических навыков и умений. Предназначено для глубокой самостоятельной проработки и самоконтроля усвоения данного курса студентами очных, заочных форм обучения, а так же для студентов дистанционного образования.
Интерфейс ЭГУП ПАП прост, эргономичен, понятен. Не вызывает затруднений при пользовании обучающимися (рисунок 4).
Рисунок 4 – Рабочая среда, внешний вид (интерфейс) ЭГУП ПАП
Целью ЭГУП ПАП является практическое описание оригинальных приемов разработки компьютерных приложений для расчетов ГПС механической обработки.
ЭГУП ПАП содержит 14 тем занятий, в которых рассмотрено содержание этапов проектирования ГПС, описаны способы их формализованного представления и реализации в виде программных модулей, а так же вспомогательные разделы − «Тестирование», «Видеоматериалы», «Глоссарий», «Список литературы», «Об авторах» (рисунок 5).
Данный ЭГУП ПАП на основе представленных методик, призван научить разработке сложных приложений для расчетов системы технологического оборудования и автоматизированного склада ГПС, для симуляции функционирования производственных систем, для компьютерной обработки результатов и их визуализации, для расчетов режимов резания и их оптимизации.
ЭГУП ПАП может быть полезен для научных работников и инженеров, занятых вопросами разработки инструментальных средств поддержки проектирования и эксплуатации компьютерно управляемых комплексов оборудования, а так же студентам старших курсов технических специальностей.
Представленное пособие распространяется на компакт-дисках (рисунок 6) обзавестись которым, может каждый желающий, достаточно всего лишь обратиться на кафедру «Систем автоматизации производства» Аэрокосмического института Оренбургского государственного университета.
Рисунок 5 – Содержание ЭГУП ПАП
Рисунок 6 – Компакт-диски ЭГУП ПАП
Подведем итог.
Особенностью разработанного образовательного средства в сфере подготовки инженерных кадров с целью изучения и проектирования современных машиностроительных производств является:
– создание и реализация программными средствами модели ГПС;
– имитация функционирования и детальное описание работы разработанного машиностроительного производства;
– автоматизация выполнения рутинной части расчетов и обработки полученных результатов.
Представленное пособие на основе разработанных методик и дидактического аппарата, представляет собой современное средство обучения студентов технических специальностей и направлений, а так же может стать инструментом для научных исследований инженеров - практиков, связанных с разработкой собственных приложений в области предпроектных расчетов и оптимальной эксплуатации ГПС.
Литература:
1. Грицык, В. А. Виртуальный лабораторный комплекс на базе программных эмуляторов в профессиональной подготовке специалистов в области информационной безопасности: дис. … канд. пед. наук / . – Ставрополь, 2005. – 139 с.
2. Сердюк, А. И. Метод циклограмм в построении компьютерных моделей ГПС / , // Автоматизация и современные технологии, – 2005. – №11. – С. 17 – 23.
