CC BY
16
Peteraitis Sergey Khantsasovich, Polyakova Olga Mikhailovna, Roytburg Yuri Semenovich ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SUPPORT TRAINING FOR DESIGN ...
pedagogical sciences
УДК 372.862; 712
ОРГАНИЗАЦИОННОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ДЛЯ ДИЗАЙНЕРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА МОЛОДЕЖИ
© 2017
Петерайтис Сергей Ханцасович, кандидат технических наук, доцент,
проректор по научно-инновационной деятельности Полякова Ольга Михайловна, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой «Дизайн» Архитектурно-строительного института Тольяттинский государственный университет (445020, Россия, Тольятти, ул. Белорусская, 14; e-mail: [email protected]) Ройтбург Юрий Семенович, кандидат технических наук, профессор, директор - научный руководитель Научно-образовательный центр «Интеллектуальные системы контроля и управления» (445020, Россия, Тольятти, ул. Белорусская, 14; e-mail: [email protected])
Аннотация. Подготовка кадров, ориентированных на творческую проектную деятельность, выявление и поддержка одаренной молодежи - актуальные задачи, решение которых во многом определяет развитие экономики. Стратегия перспективного развития России - национальная технологическая инициатива определяет основные направления развития технологий, в числе которых: средства автоматизации, робототехнические системы, искусственный интеллект, информационные сети, производство материалов с заданными свойствами. Соответственно, приоритетами базовой практико-ориентированной подготовки в общем среднем и дополнительном образовании могут быть приняты: основы физики, автоматики, электроники, информатики, робототехники; а также технические и программные средства 3D-прототипирования и сканирования, проектирование изделий, их изготовление, испытания. Результаты базовой подготовки позволяют обеспечить выполнение этапов технического творчества с ориентацией на современные средства и технологии. Техническая профессиональная ориентация может проводиться, в том числе, с применением демонстрационно-тренажерных стендов. Приводится их описание, рекомендуется применение результатов ряда разработок технических и программных средств, методических материалов. Для практико-ориентированного изучения основ физики, автоматики, электроники, информатики разработана, ориентированная на массовое применение, технология «Многоуровневый электронный интеллектуальный конструктор» - мобильные стенды и мультимедийная интерактивная обучающая система. Для работ по направлениям динамического архитектурного макетирования разработала концепция комплекса «ДИАМАК» для технического творчества молодежи. Для профессиональной ориентации детей и молодежи разработан демонстрационно-тренажерный стенд - имитатор автоматической линии завода по производству бетонных плит перекрытий «Плита-БЗ». Также разработаны: концепции, структуры, состав технических и программных средств стендов: имитатор роботизированного склада «Склад-РТ» и «Мини полигон Автонет». Мини полигон формируется на основе динамического архитектурного макета городской среды, предназначен для применения как демонстратор беспилотного перемещения автомобиля; тренажер оператора автомобиля, действующего в городской среде; тренажер системного интегратора специального программного обеспечения.
Ключевые слова: национальная технологическая инициатива, профессиональная ориентация, базовая подготовка, практико-ориентированная подготовка, техническое творчество, обучающая система, архитектурное макетирование, демонстрационно-тренажерный стенд, мини полигон, Автонет
ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SUPPORT TRAINING FOR DESIGN ENGINEERING AND TECHNICAL CREATIVITY OF YOUTH
© 2017
Peteraitis Sergey Khantsasovich, candidate of technical sciences, associate professor,
vice-rector for research and innovation Polyakova Olga Mikhailovna, candidate of biological sciences, associate professor, head of the department «Design» Architectural-construction institute Togliatti State University (445020, Russia, Togliatti, Belorusskaya str., 14; e-mail: [email protected]) Roytburg Yuri Semenovich, candidate of technical sciences, professor, director - scientific director Scientific and educational center «Intelligent control and management systems» (445020, Russia, Togliatti, Belorusskaya str., 14; e-mail: [email protected])
Abstract. Training of personnel focused on creative project activity, identification and support of gifted youth are actual tasks, the solution of which largely determines the development of the economy. The strategy of Russia's long - term development-the national technology initiative defines the main directions of technology development, including: automation, robotic systems, artificial intelligence, information networks, production of materials with specified properties. Accordingly, the priorities of basic practice-oriented training in General secondary and additional education can be taken: the basics of physics, automation, electronics, computer science, robotics; as well as technical and software tools for 3D prototyping and scanning, product design, manufacturing, testing. The results of the basic training make it possible to ensure the implementation of the stages of technical creativity with a focus on modern means and technologies. Technical professional orientation can be carried out, including with the use of demonstration-training stands. Their description is given, application of results of a number of developments of hardware and software, methodical materials is recommended. For practice-oriented study of the basics of physics, automation, electronics, computer science developed, focused on mass application, technology "Multi - level electronic intelligent designef' - mobile stands and multimedia interactive learning system. The concept of the complex "DIAMAK" for technical creativity of young people was developed for work in the areas of dynamic architectural breadboarding. For professional orientation of children and youth have developed a demonstration-training stands for automated lines of the plant for production of concrete slabs "Slab-BZ". Also developed: concept, structure, composition of hardware and software booths: simulator of a robotic warehouse "Warehouse-RT" and "Mini polygon Avtonet". Mini polygon is formed on the basis of dynamic architectural layout of the urban environment, designed for use as a demonstrator of unmanned vehicle movement; simulator of the car operator, acting in an urban environment; simulator system integrator special software.
Keywords: national technology initiative, professional orientation, basic training, practice-oriented training, technical creativity, training system, architectural breadboarding, demonstration-training stands, mini polygon, Avtonet
Национальная технологическая инициатива (НТИ) - долгосрочная стратегия перспективного технологи-
педагогические науки
Петерайтис Сергей Ханцасович, Полякова Ольга Михайловна, Ройтбург Юрий Семенович ОРГАНИЗАЦИОННОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ...
ческого развития России, один из приоритетов государственной политики. Стратегия предусматривает проведение мероприятий для поддержки, обеспечения лидерства российских предприятий, инновационных компаний на высокотехнологичных рынках, которые будут определять структуру мировой экономики, ориентировочно, к 2035 году. Для координации, поддержки работ, проводимых в РФ по перспективным направлениям, формируются программы - «дорожные карты» НТИ [1].
Реализация направлений НТИ, в значительной мере, связана с «обеспечением кадрами и технологиями компаний, работающих на новых технологических рынках», с формированием и развитием в РФ «мейкерства» (индивидуализированного производства, малого практико-ориентированного изобретательства) [2].
Для достижения целей НТИ необходимо обеспечить решение приоритетных задач: развитие учебно-технической и методической базы; подготовка педагогического состава, технических специалистов; профессиональная ориентация, отбор перспективной молодежи. Массовость успешной реализации поставленных задач обеспечивается при учете ряда объективных факторов, приведенные ниже.
Среднее общее образование: предмет «Технология» — несоответствие учебных планов и программ, технической и методической базы подготовки задачам технического творчества; предмет «Физика» — дефицит лабораторной и методической базы для практико-ориен-тированного обучения как основы технологического образования и технического творчества. Дополнительное образование детей и молодежи: дефицит в учреждениях образования технической и методической базы для технической профессиональной ориентации.
Следствием приведенных выше факторов является:
- сложность отбора, привлечения перспективных контингентов из учащихся школ;
- неготовность к техническому творчеству, реализации проектов, ориентированных на направления НТИ.
Для предотвращения влияния указанных негативных факторов необходимо:
- ускоренное, начиная с формируемых в школах ресурсных центров, развитие, создание новой учебно-технической и методической базы подготовки по предметам «Технология» и «Физика», для плановых занятий и кружковой деятельности;
- формирование в учреждениях дополнительного образования современной базы для технической профессиональной ориентации, на основе демонстрационных и тренажерных (учебно-игровых) стендов.
При решении задач развития технической и методической базы обеспечивается выделение перспективных контингентов школьников, с учетом их активности, результативности при профориентационных мероприятиях, при обучении предметам «Технология» и «Физика».
Развитию образовательных технологий, применению технических средств обучения, повышению мотивации обучаемых, в том числе, с применением элементов проектной деятельности, индивидуальных траекторий подготовки, в настоящее время уделяется значительное внимание [3-7].
Направления НТИ ориентированы на многофакторное развитие технологий, в первую очередь: средств автоматизации, робототехники, систем искусственного интеллекта, информационных сетей, производства материалов с заданными свойствами. Соответственно, кроме применяемых с учетом специализации, средств автоматизированного проектирования и информационных систем, в качестве приоритетов базовой практико-ориентированной подготовки в общем среднем и дополнительном образовании могут быть приняты:
основы физики, автоматики, электроники, информатики, робототехники; а также технические и программные средства 3D-прототипирования и сканирования, проектирование изделий, их изготовление, испытания.
При практико-ориентированной подготовке может учитываться опыт обучения в системе профессионального образования [8].
Актуальным направлением в подготовке также является повышение мотивации учащихся школ с применением наглядных пособий, демонстрационных стендов, учебно-игровых технологий, в частности - сборка, программирование и испытания мобильных роботов [9-12].
Результаты базовой подготовки позволяют обеспечить выполнение разработок, проектирования, прототи-пирования, испытаний — этапов технического творчества, с применением современных средств и технологий. Для активной технической профессиональной ориентации могут быть рекомендованы демонстрационно-тренажерные стенды — имитаторы автоматизированных производственных систем, практическое отсутствие которых усложняет решение поставленных задач [13].
Для реализации предложений, приведенных выше, могут применяться заделы, профильные разработки предприятий и организаций России. В частности, для решения поставленных задач, рекомендуется применение разработок: ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет» (ТГУ), малого инновационного предприятия при ТГУ ООО «Научный консультационно-технологический центр «Пролог» (НКТЦ «Пролог»), действующего на базе ТГУ Центра молодежного инновационного творчества (ЦМИТ) «Автоград».
Для практико-ориентированного изучения основ физики (электродинамики), автоматики, электроники, информатики разработана, ориентированная на массовое применение в условиях образовательных учреждений, технология «Многоуровневый электронный интеллектуальный конструктор» (ЭЛИК) - мобильные стенды и мультимедийная интерактивная обучающая система (МИОС). Применение в учебном процессе программных имитаторов, заменяющих натурные стенды [14], не позволяет в полной мере решать задачи базовой подготовки, получить навыки, опыт работы со схемотехническими компонентами, обеспечить психологическую готовность к творческой деятельности. Применение комплектных учебных лабораторий технологии ЭЛИК [15] в составе мобильных стендов, методических материалов и МИОС, обеспечивает:
- изучение основ теории для выполнения учебно-исследовательских заданий;
- самостоятельное выполнение заданий, освоение основ предметных областей;
- приобретение опыта сборки и наладки электронных объектов испытаний;
- получение навыков регистрации и обработки экспериментальных данных;
- подготовку и оформление отчетов с применением средств автоматизации;
- автоматизированный учет выполнения заданий, взаимодействие с тьютором.
Учебно-исследовательские стенды и методическое обеспечение реализации образовательной технологии ЭЛИК обеспечивают возможность мотивированной практико-ориентированной базовой подготовки, защиту от некорректных соединений компонентов, со световой и звуковой сигнализацией нарушений, приобретение опыта исследований, испытаний объектов с регистрацией, оценкой и анализом получаемых результатов. Основные технические решения разработанных мобильных стендов защищены патентами РФ на изобретения [16-21].
Для работ по направлениям динамического архитектурного макетирования разработана концепция комплекса «ДИАМАК», формируемого в составе сборочных комплектов для технического творчества молодежи, рисунок 2.
Актуальность применения в кружковой деятельности, при решении профориентационных задач, а также в профессиональном образовании, технологий архи-
Peteraitis Sergey Khantsasovich, Polyakova Olga Mikhailovna, Roytburg Yuri Semenovich ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SUPPORT TRAINING FOR DESIGN ...
pedagogical sciences
тектурного макетирования, с применением современных технических и программных средств - доступные 3D-принтеры, оборудование с числовым программным управлением, подтверждается практической ориентацией разработок, возможностью реализации результатов, как для коммерциализации, так и для решения социальных задач [22], [23].
ное обслуживание (демонстрация работы автоматизированного склада), а также операционное транспортное обслуживание (работа с участием человека - оператора).
Приемка контейнеров производится с модуля входных позиций. Поступившие на склад контейнеры перегружаются в ячейки модуля хранения. При наличии заявок на выдачу контейнеров, портальный робот выгружает контейнеры в модуль выходных позиций.
Рисунок 1 - Примеры объектов макетирования, формируемых с применением комплекса «ДИАМАК»
В состав сборочных комплектов комплекса «ДИАМАК» вводятся:
- конструктивы и программные компоненты для сборки макетов и сувениров;
- электронные 3D-модели для изготовления компонентов, их модернизации;
- методические материалы и рекомендации по применению/
Макеты формируются как каркасно-модульные конструкции, с электронными и электромеханическими компонентами для динамической светодиодной подсветки, для обзорного перемещения элементов конструкций. В составе макетов - микроконтроллеры, пульты управления, модули индикации, применяемые при демонстрациях. Развитие комплекса предусматривается с учетом создания профильной мультимедийной интерактивной обучающей системы.
Средства 3D-прототипирования и 3D-сканирования. Техническая база может быть рекомендована, сформирована на основе опыта применения профильного оборудования и программных средств в ЦМИТ России, с привлечением базовых предприятий центров.
Демонстрационно-тренажерные стенды (ДТС).
Направление Технонет.
1. Демонстрационно-тренажерный стенд - имитатор автоматической линии завода по производству бетонных плит перекрытий (ДТС «Плита-БЗ»), рисунок 2, разработан для профессиональной ориентации детей и молодежи в Центрах молодежного инновационного творчества, детских технопарках, учреждениях дополнительного профессионального образования. ДТС «Плита-БЗ» имитирует процессы формования, вибрационного уплотнения и прогрева формы с изделием на вибро-термо-стенде, применяется в режимах - «Демонстрация» и «Тренажер».
Демонстрация технологического процесса производится при автоматическом управлении линией. Режим «Тренажер» реализуется с применением пульта управления, предназначен для последовательного запуска и наблюдения за выполнением (имитацией) этапов технологического процесса изготовления бетонных плит перекрытия.
2. Демонстрационно-тренажерный стенд — имитатор роботизированного склада (ДТС «Склад-РТ»). Стенд предназначен для технической профессиональной ориентации молодежи, для применения в средней школе - образовательная область «Технология», для практико-ориентированной подготовки в колледжах и вузах - направление: средства и системы автоматизации.
В режимах «Демонстрация» и «Тренажер» обеспечивается имитация работы автоматизированного многоуровневого склада, в котором портальным роботом производится приемка, хранение и выдача изделий, находящихся в контейнерах. С применением ДТС «Склад-РТ» выполняются: комплексное автоматическое транспорт-
Рисунок 2 - Внешние виды функциональных блоков
демонстрационно-тренажерного стенда «Плита-БЗ»
Разработана концепция, состав технических и программных средств, проектное предложение на НИОКТР, направленные на разработку, подготовку производства технических и программных средств ДТС.
Направление АвтоНэт
3. Демонстрационно-тренажерный стенд «Мини полигон АвтоНэт». Мини полигон формируется на основе динамического архитектурного макета городской среды, предназначен для решения набора задач:
- демонстратор беспилотного перемещения автомобиля по заданным маршрутам;
- тренажер оператора автомобиля, действующего в городской среде;
- тренажер системного интегратора специального программного обеспечения мини полигона.
Мини полигон также применяется как испытательный комплекс для отработки аппаратных и программных средств имитаторов внешней среды и беспилотных транспортных средств.
Основные режимы работы Мини полигона АвтоНэт:
- дистанционное управление имитатором транспортного средства (ТРС);
- формирование, сохранение в банке данных типовых траекторий перемещения ТРС;
- формирование маршрута движения беспилотного ТРС из исходного положения «старт» в конечное «финиш», с применением набора типовых траекторий;
- беспилотное движение ТРС на мини полигоне по заданному маршруту;
- движение ТРС с адаптацией маршрута, при выявлении помех;
- движение ТРС на мини полигоне, с поиском свободного места для парковки.
Разработана концепция, состав технических и программных средств, проектное предложение на создание «Мини полигона Автонет» для развития работ по НТИ в ЦМИТ России.
Совместные решения о заинтересованности, применении и развитии мини полигона, оформлены ЦМИТ «Автоград» (г. Тольятти) с центрами 9-ти регионов России: Астрахань, Пенза, Рузаевка, Самара, Саратов, Смоленск, Татарстан, Ульяновск, Уфа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Портал «TAdviser», НТИ // URL: http://www.tad-viser.m/mdex.php/Статья:Национальная_технологиче-ская_инициатива_(НТИ)
2. Сергиенко Е.Н. Индивидуализация как тенденция развития современного производства. Портал «Научная электронная библиотека «КИБЕРЛЕНИНКА»// URL: https://cyberleninka.ru/article/v/individualizatsiya-kak-
педагогические науки
Петерайтис Сергей Ханцасович, Полякова Ольга Михайловна, Ройтбург Юрий Семенович ОРГАНИЗАЦИОННОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ...
tendentsiya-razvitiya-sovremennogo-proizvodstva
3. Паспорт приоритетного проект РФ «Доступное дополнительное образование для детей». Утвержден Президиумом Совета при Президенте РФ 30.11.2016 г. // URL: http://static.government.ru/media/files/MOoSms-OFZT2nIupFC25Iqkn7qZjkiqQK.pdf
4. Усманов Б.Ш., Жураева Г.Х., Ядгарова А.А. Инновационные методы обучения в преподавании технических дисциплин // Техника. Технологии. Инженерия. 2017, №1.
5. Арсеньева Е. С., Когосова Ю. П., Мецлер А. А., Томилина М. Е. Опыт применения интерактивных форм обучения в процессе преподавания технических дисциплин. Концепт.-2016.-№ 02-ART16037 // URL: https://e-koncept.ru/2016/16037.htm
6. Стефанова Г.П., Путилина Д.К. Обучение учащихся проектной деятельности при изучении школьного курса физики // Современные проблемы науки и образования. 2017, № 1
7. Бурняшов Б.А. Персонализация как мировой тренд электронного обучения в учреждениях высшего образования // Современные проблемы науки и образования. - 2017. № 1
8. Гормаков А.Н. Организация учебных практик в рамках проекта cdio при подготовке бакалавров по направлению 12.03.01 - приборостроение // Современные проблемы науки и образования. - 2017. № 1.
9. Ершив М.Г., Оспенникова Е.В. Образовательная робототехника как инновационная технология реализации политехнической направленности обучения физике в средней школе. Педагогическое образование в России, 2015, №3. Печатный: 2079-8717. Уральский государственный педагогический университет, Екатеринбург // URL: https://cyberleninka.ru/article/v/obrazovatelnaya-robototehnika-kak-innovatsionnaya-tehnologiya-realizatsii-politehnicheskoy-napravlennosti-obucheniya-fizike-v
10. Шамало Т.Н., Мехнин A.M. Формирование ценностных ориентаций учащихся в процессе политехнической подготовки на уроках и во внеклассной работе по физике // Педагогическое образование в России, 20l2, № 5. Печатный: 2079-8717. Уральский государственный педагогический университет, Екатеринбург // URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obrazovatelnaya-robototehnika-kak-innovatsionnaya-tehnologiya-realizatsii-politehnicheskoy-napravlennosti-obucheniya-fizike-v
11. Богданова В.П. Некоторые аспекты реализации деятельностного подхода в школьном образовании // Современные проблемы науки и образования. - 2016. - № 1.;URL: http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=24105
12. Свиридов Е.В. К вопросу применения электрифицированных демонстрационных стендов при изучении технических дисциплин // Международный журнал экспериментального образования. 2016. № 1; URL: http:// www.expeducation.ru/ru/article/view?id=9402
13. Сибилева Л.В., Артеменко Б.А. Анализ проблемы профориентации в теории и на практике // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1.;URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=17689
14. Моделирование схем в программе Multisim [Электронный ресурс]. URL: http://www.sxemotehnika. ru/zhurnal/modelirovanie-skhem-v-programme-multisim. html
15. Ройтбург Ю.С., Трушкин Д.С. Профессиональная ориентация, многоуровневая подготовка кадров для автоматизированных производств, технологии и учебная техника трансформируемых лабораторий // Современные проблемы науки и образования. 2011г. № 6// URL: http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=5140
16. Ройтбург Ю.С., Цецулин С.Н. Стенд для изучения основ цифровой электроники. Патент РФ на изобретение №2214628 // URL: http://bd.patent.su/2214000-2214999/pat/servl/servlet2cfb.html
17. Ройтбург Ю.С., Цецулин С.Н. Стенд для изучения средств вычислительной техники. Патент РФ на изобретение №2237927 // URL: http://www.freepatent.ru/ patents/2237927
18. Долгов Ю.П., Ройтбург Ю.С., Стенд для изучения основ электротехники. Патент РФ на изобретение №2236708 // URL: http://www.freepatent.ru/ patents/2236708
19. Долгов Ю.П., Ройтбург Ю.С. Стенд для изучения основ релейной автоматики. Патент РФ на изобретение №2237926 // URL: http://www.freepatent.ru/ patents/2237926
20. Плешаков С.Б., Редькин С.В., Ройтбург Ю.С. Стенд для изучения электронных средств автоматизации. Патент РФ на изобретение №2279718 // URL: http:// www.freepatent.ru/patents/2279718
21. Долгов Ю.П., Прентсель А.А., Ройтбург Ю.С., Сесин А.А. Мобильный учебно-лабораторный стенд для изучения электрических машин и электроприводов. Патент РФ на изобретение №2490720 // URL: http:// www.freepatent.ru/patents/2490720
22. Полякова О.М. Развитие культурной среды как фактор повышения конкурентоспособности городского округа (на примере г. о. Тольятти Самарской области). Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья. Сборник трудов IV Всероссийской научно-практической конференции, 2015, Тольяттинский государственный университет (Тольятти) // URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id=24220085
23. Полякова О.М., Гринев Р.В. Новые технологии архитектурного макетирования в профессиональной ориентации и подготовке кадров. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. Сборник трудов пятого международного экологического конгресса, 2015. Самарский научный центр РАН (Самара)// URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=25335480
Статья поступила в редакцию 29.10.2017
Статья принята к публикации 26.12.2017
