CC BY
44
РАЗДЕЛ V
ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 378.147:004.42
Ю. В. Корнилов
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЕДАГОГОВ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ АРМ WINMACHINE
Для разработки современных машин, конкурентоспособных по отношению к зарубежным аналогам, механизмов решения технических задач необходимо шире использовать компьютерную технологию проектирования. Как отмечают специалисты, это один из путей, способных повысить качество проектирования и создать оптимальные по массе, энергопотреблению и ряду других параметров конструкции. Важную роль в решении этой задачи играют профессиональные учебные заведения. Ясно, что в настоящее время будущие инженеры любой специальности должны приобрести в учебном заведении умения и навыки решения производственных и научных задач с помощью ЭВМ. С этой целью в учебные планы всех инженерных специальностей введены дисциплины, обеспечивающие углубленное изучение математики, программирования, вычислительной техники, новых информационных технологий.
Сейчас обучение в технических вузах поставлено таким образом, что студенты с первого курса пользуются персональными электронными вычислительными машинами. Если раньше своего рода символом инженерного труда была логарифмическая линейка, то теперь все большее и большее количество студентов имеют в своем личном пользовании ПЭВМ.
Принципиальным для подготовки инженерных кадров на основе информационных технологий является использование базового и специализированного программного обеспечения, прежде всего CAD-сис-тем, как средства сквозного обучения с первого до последнего курса вуза. Для организации такого обучения в вузе рационально иметь универсальные системы автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие ознакомить студентов с приемами работы в средах интегрированных систем.
Термин САПР (на английском - CAD) появился в конце 50-х гг., когда Д. Т. Росс начал работать над одноименным проектом в Массачусетском технологическом институте (MIT). Первые CAD-системы появились десять лет спустя.
Несмотря на все усовершенствования последних 35 лет, касающиеся в основном геометрических функций, CAD-системы оказывают конструктору слабую помощь с точки зрения всего процесса конструкторского проектирования. Они обеспечивают описание геометрических форм и рутинные операции, такие как образмеривание, генерация спецификаций и т. п. Эти
ограничения и чисто геометрический интерфейс оставляют методологию конструкторской работы такой же, какой она была при использовании чертежной доски. Развитие получили также системы автоматизации проектирования технологических процессов (САРР) и программирования изготовления деталей на станках с ЧПУ (САМ). Однако подобно CAD-системам эти усовершенствования не затронули процесс проектирования: САРР-систе-мы могут генерировать технологические процессы, но только при условии предварительного специального описания изделия с помощью конструкторско-технологических элементов. CAM-системой может бьпъ использована геометрическая модель CAD-системы, но все функции САРР-системы (проектирование технологии обработки) перекладываются на инженера.
Помимо проектирования, инженерная деятельность связана с инженерным бизнесом и менеджментом. Сюда, в частности, входят автоматизированные системы управления производством (АСУПр). Эти системы обычно развиваются без какой-либо интеграции с САПР.
Итак, до последнего времени концепция автоматизации труда конструктора базировалась на принципах геометрического моделирования и компьютерной графики. При этом системы компьютеризации труда конструкторов, технологов, технологов-программистов, инженеров-менеджеров и производственных мастеров развивались автономно, и инженерные знания как основа проектирования оставались вне компьютера.
Такое положение не удовлетворяет современным требованиям к автоматизации. Сейчас необходима комплексная компьютеризация инженерной деятельности на всех этапах жизненного цикла изделий, которая получила название CALS (Computer Aided Life-cycle System) технологии. Традиционные САПР с их геометрическим, а не информационным ядром не могут явиться основой для создания таких систем. Сегодня каждое изделие в процессе своего жизненного цикла должно представляться в компьютерной среде в виде иерархии информационных моделей, составляющих единое целое и имеющих соподчиненность.
В промышленном производстве давно царит жесткая конкуренция. Чтобы выжить в этих нелегких условиях, предприятиям приходится как можно быстрее выпускать новые изделия, снижать их себестоимость и повышать качество. В этом им помогают современные системы автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие облегчить весь цикл разработки изделий — от выработки концепции до создания опытного образца и запуска его в производство. Тем самым значительно ускоряется процесс создания новой продукции без ущерба качеству.
Поэтому сейчас без САПР не обходится ни одно конструкторское или промышленное предприятие. И хотя на долю указанных систем приходится лишь около 3% рынка программного обеспечения, они играют очень важную роль, поскольку помогают создавать товары, без которых невозможно представить нашу повседневную жизнь: автомобили, самолеты, бытовые приборы, промышленное оборудование - и, следовательно, являются одной из движущих сил современной промышленности и мировой экономики.
Для реализации подобных задач предназначена созданная в НТЦ АПМ русскоязычная система автоматизированного проектирования АРМ WinMachine. Это российская разработка, адресованная инженерам и конст-
рукторам, занятым конструированием нового и модернизацией существующего механического оборудования и строительных конструкций. Инструментально-экспертная система АРМ ХУтМасЫпе представляет собой энциклопедию по машиностроению, включающую инструменты и программы для автоматизированного расчета и проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов. Кроме того, в АРМ Х^шМасЫпе имеется набор инструментальных средств расчета и анализа. Эти средства, а также проектируемые детали в зависимости от назначения разделены на подсистемы (модули), которые могут функционировать как в составе системы, так и самостоятельно.
Каждый модуль предоставляет пользователю интегрированную среду, которая в общем случае включает в себя:
- полный цикл вычислений;
- специализированный графический редактор;
- различные средства визуализации;
- руководство пользователя.
Кроме того, система имеет связь с пакетом АиТОСАЭ, что позволяет получить рабочие чертежи деталей, сборочных единиц.
В Педагогическом институте Якутского госуниверситета проект по применению системы АРМ \VinMachine находится на стадии практического эксперимента. Студенты, обучающиеся по специальности «Эксплуатация и ремонт автомобильного транспорта», на факультативных занятиях прошли первичное обучение основам данной системы автоматизированного проектирования. Посредством системы автоматизированного проектирования было выполнено несколько самостоятельных расчетно-графических, курсовых работ под руководством преподавателей дисциплины «Детали машин» на базе курсов информатики и специализированного программного обеспечения. Использование системы позволило без особого труда провести необходимые расчеты. Систему возможно использовать при написании курсовых проектов по дисциплинам «Теоретическая механика», «Теория механизмов и машин» и др. Результаты экспериментального интегрирования были оформлены студентами в форме индивидуальных рефератов и доложены перед студентами младших курсов, преподавателями кафедры.
Нами поставлены и решены следующие задачи:
- адаптировать инструментально-экспертную систему АРМ WinMachine для студентов инженерно-педагогических специальностей;
- организовать освоение студентами инженерно-педагогических специальностей пакета программ для теоретического расчета машин и механизмов с целью последующего обучения будущих инженеров;
- повысить качество педагогического процесса подготовки будущих специалистов.
Анализ учебных планов вузов, готовящих инженеров-педагогов, инженеров для автотранспортных предприятий, показал, что имеются реальные предпосылки организации изучения широкого круга учебных дисциплин, прежде всего технических, на базе программно-информационного обеспечения автоматизированных систем. Системы автоматизированного проектирования необходимы студентам инженерно-педагогических специ-
альностей для повышения уровня профессиональной подготовки и, как следствие, уровня подготовленности кадров, выпускаемых институтом.
Для реализации таких возможностей нами было разработано электронное пособие, включающее теоретическую часть по описанию каждого модуля системы и практическую часть, в которой были отобраны на основе анализа расчетно-графические, лабораторно-практические работы и задачи с вариантами решения как традиционным способом, так и при помощи предлагаемой к внедрению системы. Для контроля знаний были внедрены электронные тесты, имеющие ссылки в тексте электронного пособия. Тесты были разработаны с учетом определенных требований (валидность, надежность, восприимчивость к внимательности опрашиваемого и т. д.) на основе теоретической части пособия.
Для упрощения дальнейшего внедрения системы АРМ \У1пМасЫпе для специальности «Профессиональное обучение» нами был расписан тематический план для курса АРМ WinMachine, часы для которого первоначально предлагается выделять из лабораторных и практических часов некоторых дисциплин отраслевой подготовки (детали машин, техническая механика и т. д.).
Наш опыт использования систем АЦГОСАО, АРМ \УтМасЫпе показал, что в учебном процессе необходимо использовать профессиональные средства широкого назначения, не требующие сверхмощного аппаратного обеспечения, длительного и дорогостоящего обучения. Они
выбраны на основе системного анализа и последующего отбора с учетом необходимых возможностей, стоимости оснащения. Программно-методические комплексы обеспечивают активное профессиональное освоение студентами информационных технологий и автоматизированных средств конструкторско-технологической подготовки.
На основе проведенного анализа структуры экспертной системы можно утверждать, что такая вычислительная среда имеет прямое применение для инженерной деятельности как средство автоматизации проектных работ, если проектирование ведется от прототипа, по восходящей технологии, или на высших иерархических уровнях той или иной системы проектирования. Однако если объект проектирования можно формально описать, возникает потребность, с одной стороны, использовать приемы, характерные для инженерной деятельности, а с другой - привлечь знания математиков для использования формальных методов принятия решения. Кроме того, дальнейшее развитие САПР, по мнению многих разработчиков, должно идти по пути создания вычислительных систем, которые лояльны к пользователю, легко тиражируются и обладают свойством развития.
В ближайшее время при построении САПР необходимо обеспечить решение следующих задач: обучение пользователя, которое сводится к обучению входным языкам, представлению справочной информации, адаптированной к характеру запроса, диагностике ошибок и сопровождению пользователя в процессе проектирования; обучение САПР, предполагающее настройку системы на конкретную предметную область или класс проектных процедур; организация диалога в процессе проектирования с целью описания объекта проектирования, технологического задания и заданий на выполнение проектных процедур; изготовление проектной и справочной до-
кументации, оформляющей проектные решения; контроль за функционированием системы и отображение статистических данных о количестве и качестве проектных решений.
Итак, САВ/САЕ/РБМ система АРМ ]УтМасЫпе предназначена для выполнения всего многообразия расчетов машин, механизмов и конструкций и полноценного инженерного анализа создаваемого оборудования с целью выбора его оптимальных параметров, а также оформления и хранения конструкторской документации. Это новейшее программное обеспечение, созданное в России, которое в полном объеме учитывает требования ГОСТ, СНиП и частично национальных стандартов других стран.
Система позволяет выполнить весь комплекс необходимых вычислений и в полном объеме подготовить конструкторскую документацию, в случае необходимости используя возможности экспорта и импорта графической и расчетной информации. Данная система является довольно доступной по цене, не требует сверхмощных аппаратных средств, имеет интуитивный интерфейс и является одной из лучших российских разработок на сегодняшний день.
