Введение

Актуальность темы статьи определяется:

• противоречием между возросшими требованиями к уровню подготовки кадров для эффективной эксплуатации современного автоматизированного машиностроительного оборудования и нехваткой в системе среднего (и начального) профессионального образования преподавателей, способных формировать у учащихся необходимые профессиональные компетенции;
• противоречием между возросшими требованиями к качеству специальной (САПР-ориентированной) подготовки педагога (ныне – бакалавра) профессионального обучения и отсутствием традиций реализации такой подготовки.

Машиностроение: начало 21 века

В условиях рыночной экономики устойчивое и стабильное развитие любого производителя возможно только при условии постоянного обновления выпускаемой продукции, повышения ее качества, максимального удовлетворения спроса и пожеланий потенциального покупателя.  Не смотря на то, что сегодня некоторые страны говорят о переходе к информационной экономике (например, Южная Корея – концепция развития Smart Economy), традиционные промышленные отрасли продолжают играть ведущую роль в экономическом развитии многих стран (Германия, Япония, США, Россия и др.).

Машиностроение – это особая отрасль промышленного производства, определяющая уровень развития всех остальных отраслей промышленности и всей экономики в целом. Продукция машиностроения – основа развития всех остальных промышленных и непромышленных  отраслей. Развитие компьютерных информационных технологий в последние 10-15 лет серьёзно изменило машиностроение. Сегодня на многих машиностроительных предприятиях существует неразрывное и равнозначное сочетание традиционно производственных и информационных технологий. Это связано с тем, что сегодня развитие машиностроительных технологий определяется в первую очередь развитием информационных технологий инжиниринга. Компьютерный инжиниринг — это совокупность методов и средств практического решения инженерных задач с помощью компьютерной техники и прикладных информационных технологий, среди которых особое место занимают сис­темы автоматизированного проектирования. Особенностью современного этапа развития машиностроительных предприятий является усиление роли информационных технологий и превращение их из вспомогательного средства реализации производственных технологий в равноправные, а то и ведущие силы, обеспечивающие высокий уровень машиностроительных инноваций. Сокращаются сроки и стоимость инженерной подготовки производства, качественно совершенствуются  разрабатываемые проекты, постоянно повышается профессионализм работников всех подразделений предприятия.

Несмотря на экономический кризис, сегодня на российских машиностроительных заводах закупаются и внедряются современное «интеллектуальное» оборудование – обрабатывающие центры и  станки с ЧПУ, позволяющие обрабатывать сложные детали, практически, с одного установа. Эти станки помимо сложного технического обеспечения имеют достаточно сложное многоуровневое программное обеспечение.

Основные проблемы, возникающие при эксплуатации такого оборудования, в значительной мере связаны с программным обеспечением и с ошибками в управляющих программах обработки деталей. Управляющие программы создаются технологами-программистами, а вот отладка управляющей программы выполняется оператором станка с ЧПУ. Следовательно,  последний должен уметь вносить исправления в управляющую программу прямо на станке, пользуясь тем программным обеспечением, которое имеется в стойке системы ЧПУ станка. Это возможно, если оператор имеет знания и навыки автоматизированного проектирования и программирования контуров обработки, понимает суть сквозного автоматизированного проектирования изделий и технологий их обработки. Следовательно, при обучении в системе профессионального образования будущий оператор станка с ЧПУ должен получить базовые знания по системам и технологиям автоматизированного проектирования изделий, техпроцессов и управляющих программ, а также приобрести навыки работы с ними. Нет необходимости доказывать, что потребность в таких специалистах будет только возрастать.

САПР: начало 21 века

САПР – организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования [1, с.4].

Внедрение и использование САПР позволяет сократить трудоемкость и цикл «проектирование-изготовление», повысить качество конечных результатов и снизить общие затраты на выпуск изделия. Сегодня на машиностроительных предприятиях для решения задач автоматизированного проектирования используются    следующие системы:

• CAD (Сomputer Aided Design)-системы – позволяют построить компьютерные 3D модели изделий, сборочных узлов и машин в целом, а также получить все необходимые конструкторские документы (спецификации, сборочные чертежи, чертежи деталей).
• CAPP (Computer-Aided Process Planning)-системы – позволяют автоматизировать процесс подготовки производства, а именно проектирование технологических процессов и получение технологической документации.
• CAM (Computer Aided Manufacturing)-системы – позволяют решить широкий спектр задач, связанных с разработкой и подготовкой управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

В настоящее время большинство CAD/CAM или CAD/CAM/CAPP систем являются интегрированными, обеспечивая поддержку процесса сквозного автоматизированного проектирования. Самое главное преимущество интегрированных систем – взаимосвязь конструкторской и технологической информации, которая гарантирует автоматическое или полуавтоматическое внесение изменений в технологию при изменении геометрии изделия. Написание и отладка управляющих программ для современных многокоординатных станков является очень трудоемкой задачей и требует особых профессиональных компетенций не только технолога-программиста, но и оператора станков с ЧПУ.

Подготовить такого САПР-компетентного оператора станков с ЧПУ должна современная система профессионального образования с новым САПР-компетентным педагогом профессионального обучения.

Профессионального образование: начало 21 века

Основной целью профессионального образования является подготовка квалифицированного работника соответствующего уровня и профиля, конкурентно способного на рынке труда, компетентного, ответственного, свободно владеющего своей профессией и ориентированного в смежных областях деятельности, способного к эффективной работе по своей специальности на уровне мировых стандартов, готовому к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности.

Ни для кого сегодня не является секретом тот факт, что промышленные предприятия испытывают серьезный дефицит в квалифицированных рабочих и техниках, подготовленных в системе начального и среднего профессионального образования. Исследование проблемы качества подготовки профессионально-педагогических кадров показало [2, с.3], что их подготовленность к профессиональной деятельности не всегда отвечает уровню современных требований к профессии, в частности: 11% выпускников профессионально-педагогических специальностей считают себя не готовыми к работе в системе профессионального образования и думают о смене профессии; 23% ‑ не владеют технологиями современного производства [2, с.4]. Таким образом, нынешнее состояние профессионально-педагогического образования не в полной мере обеспечивает подготовку кадров, способных на высоком уровне обучать рабочих и специалистов для современного машиностроения.

Анализируя ситуацию в области технико-технологической подготовки педагогов (сегодня – бакалавров) профессионального обучения можно выявить следующие особенности:

1. государство перестало быть единоличным заказчиком и «покупателем» выпускников системы профессионального образования. Наличие разнообразных форм собственности промышленных предприятий и образовательных учреждений привело к тому, что заказчиком на профессиональное обучение становится конкретный (вполне реальный) человек с вполне конкретными требованиями к конечному продукту образовательного процесса.
2. современный рынок труда требует конкурентоспособных, мобильных, высокопрофессиональных педагогических кадров с установкой на самосовершенствование, самообразование, на изучение и использование прикладных отраслевых информационных систем и технологий.
3. в образовательных технологиях произошел переход от информационно-сообщающего обучения к моделирующему, которое позволяет адекватно отразить профессиональную деятельность специалиста и сориентировать обучающегося на область его ближайшего профессионального развития.

Сегодня многие технические и профессионально-педагогические вузы перешли к реализации образовательных программ подготовки и переподготовки кадров в соответствии  с образовательными стандартами (ФГОС)  нового поколения. Разработка и внедрение новых образовательных программ связаны с усложнением современного производства, широким внедрением автоматизированных систем и информационных технологий в материальное производство, изменением характера производственной деятельности,  новой философией технического и профессионально-педагогического образования.  Произошло смещение акцентов с трудоемких процессов на наукоемкие процессы. Сегодня российские профессионально-педагогические вузы приступили к подготовке нового специалиста – бакалавра профессионального обучения, на плечи которого и должна лечь вся тяжесть и ответственность за подготовку новых рабочих кадров для машиностроительных предприятий.

Бакалавр профессионального обучения в РГППУ

Профессиональная компетентность бакалавра (ранее – педагога) профессионального обучения представляет собой полиаспектную характеристику специалиста бинарной квалификации, ядром которого является интегрально-технологический компонент[2, с.4]. В соответствии с Федеральным Государственным стандартом [3, с.13] по направлению 051000 – Профессиональное обучение (по отраслям) – бакалавр профессионального обучения должен быть способен использовать передовые отраслевые технологии в процессе обучения рабочей профессии. Технологии и системы автоматизированной подготовки производства, несомненно, являются передовыми в реалиях современного машиностроительного предприятия.

В Российском государственном профессионально-педагогическом университете на кафедре технологии машиностроения и методики профессионального обучения Машиностроительного института осуществляется подготовка бакалавров профессионального обучения по профилю «Машиностроение и материалообработка», профилизация «Технология и оборудование машиностроения». Отличительной особенностью их обучения является  непрерывная (сквозная) подготовка в области современных информационных систем и технологий автоматизированного проектирования изделий, техпроцессов и управляющих программ обработки.

Сегодня в РГППУ реализуется следующая модель непрерывной САПР-ориентированной подготовки бакалавра профессионального обучения по указанному выше профилю:

Этап 1 (курс 1, семестр 2, производственное обучение): получение студентами первичных знаний о современном автоматизированном оборудовании с ЧПУ; приобретение первичных практических навыков создания управляющих программ для токарной обработки деталей типа тела на станке с системой ЧПУ Sinumerik 840D  в программе SinuTrain.

Учебный класс включает в себя 12 объединенных в локальную сеть персональных компьютеров с инсталлированным ПО SinuTrain и токарно-фрезерный обрабатывающий центр EMKO ET 325M компании ARINSTEIN (Германия), на котором проводится обучение основам наладки станка. Учебный класс (в соответствии с концепцией учебного класса компании ARINSTEIN [4]) рассчитан для обучения программированию и управлению непосредственно в системе Sinumerik 810/840D. Это позволяет унифицировать процесс обучения и максимально приблизить его к работе на реальном станочном оборудовании. SinuTrain обеспечивает симуляцию всего технологического процесса по программе, что позволяет проверить правильность программы обработки детали[5]. Виртуальное изготовление детали позволяет студенту увидеть её точное изображение на компьютере ещё до начала работы на станке. Достигаемое качество детали анализируется уже на стадии подготовки со своевременным устранением возможных сбоев в производственной цепочке.

Этап 2 (курс 1. семестр 2, учебная практика): ознакомление студентов  с современными станками и обрабатывающими центрами с ЧПУ на ведущих машиностроительных предприятиях г.Екатеринбурга, ознакомление с содержанием и особенностями работы современного конструктора, технолога и технолога-программиста, ознакомление с концепцией сквозного автоматизированного проектирования в условиях современного машиностроительного производства и примерами её реальной реализации.

Этап 3 (курс 2, семестр 3): приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков в области информационных систем и технологий  автоматизированного проектирования изделий.

На втором курсе в рамках дисциплины «Автоматизированное проектирование изделий машиностроения» студенты приобретают знания и навыки создания чертежей и компьютерных цифровых моделей в системе КОМПАС 3D (производитель – компания АСКОН, г.Москва). Автоматизированное проектирование, выступает не только как предмет изучения, а как инструмент познания и представления студентами своих знаний в предметной (машиностроительной) области. КОМПАС-3D — система трёхмерного моделирования (Computer Aided Design система), ставшая стандартом для тысяч предприятий, благодаря удачному сочетанию простоты освоения и легкости работы с мощными функциональными возможностями твердотельного и поверхностного моделирования. Базовые возможности системы включают в себя функционал, который позволяет спроектировать изделие любой степени сложности в 3D, а потом оформить на это изделие комплект документации, необходимый для его изготовления в соответствии с действующими стандартами. По умолчанию КОМПАС-3D поддерживает экспорт / импорт наиболее популярных форматов моделей, за счёт чего обеспечивается интеграция с различными CAD / CAM / CAE системами [6]. Изучение основ работы в КОМПАС 3D помогает студентам в дальнейшем освоении других CAD-систем (Solid Works, AutoCad, ADEM и др.), а также является обязательной основой для успешного изучения дисциплины «САПР технологических процессов» и успешного выполнения курсовых проектов по дисциплинам профилизации.

Этап 4 (курс 2, семестр 4): изучение студентами теоретических и практических основ построения математических моделей в рамках дисциплины «Методы моделирования», ознакомление с основами математического обеспечения автоматизированного проектирования изделий и технологий.

Этап 5 (курс 2-3, производственное обучение): углубление практических навыков создания управляющих программ для токарной обработки деталей и получение навыков программирования фрезерной обработки  в программе SinuTrain.

Этап 6 (курс 4, семестр 7): изучение студентами теоретических и практических основ автоматизированного проектирования технологических процессов и операций в машиностроении.

После изучения профильных дисциплин на четвертом курсе в рамках дисциплины «САПР технологических процессов» планируется изучение основ работы с системой ВЕРТИКАЛЬ (производитель – компания АСКОН). ВЕРТИКАЛЬ (Computer Aided Process Planning система) — система автоматизированного проектирования технологических процессов, созданная для автоматизации процессов технологической подготовки производства. САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ позволяет: проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах; рассчитывать режимы резания, сварки и другие технологические параметры; автоматически формировать все необходимые комплекты технологической документации в соответствии с ГОСТ РФ и т.д. Универсальный технологический справочник, входящий в САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ, предоставляет пользователям всю необходимую справочную информацию, а интеграция ВЕРТИКАЛЬ с КОМПАС-3D и другими автоматизированными системами решает задачи создания единой электронной среды для совместной разработки изделия, подготовки производства  [7]. Стоит отметить, что работа студентов с информационным обеспечением САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ способствует углублению у них знаний по профильным дисциплинам.

Этап 7 (курс 7, семестр 8): планируется в рамках дисциплины «Проектирование управляющих программ в современных информационных системах» более углубленная подготовка по программированию обработки с использованием современных CAM-систем (в частности FeatureCAM [8]).

Этап 8: выпускная квалификационная работа.

После изучения указанных систем автоматизированного проектирования в рамках технологической выпускной квалификационной работы будущий бакалавр профессионального обучения должен продемонстрировать свои умения в области автоматизированного проектирования (конструкторская и технологическая документация), построить цифровые модели детали и заготовки, разработать техпроцесс обработки детали с помощью САПР ТП, разработать управляющие программы для операций предлагаемого техпроцесса, смоделировать предлагаемые процессы обработки и представить всё это в докладе на защите ВКР в ГАК.

Параллельно с основной образовательной программой кафедра реализует дополнительную образовательную программу по изучению основ работы в системе ADMAC и программу «Технологическая подготовка машиностроительного производства» [9, с.318], в рамках которой студенты приобретают знания и навыки работы в системе ADEM. Назначением указанных дополнительных образовательных программ является расширение базовой технологической подготовки бакалавров (ранее – педагогов) профессионального обучения. ADMAC – программное обеспечение, которое используется при  создании управляющих  программ  для  токарно-фрезерного обрабатывающего  центра MULTUS фирмы OKUMA. На кафедре технологии машиностроения и методики профессионального обучения МаИ РГППУ создано учебно-методическое обеспечение для обучения программированию токарной обработки в программе ADMAC для станков компании OKUMA.

В рамках дополнительной образовательной программы «Технологическая подготовка машиностроительного производства» студенты изучают CAD/CAM/CAPP систему ADEM (производитель – группа компаний ADEM). Система ADEM [10] рассчитана на полный цикл проектирования изделия, технологического процесса его обработки, создание управляющих программ для обработки изделий на современных станках и обрабатывающих центрах с ЧПУ. Опыт обучения студентов основам компьютеризации современных инженерных знаний показал, что потребность в этих знаниях колоссальная, дисциплины по системам и технологиям автоматизированного проектирования воспринимаются с большим интересом и активизируют студентов на дальнейшее самостоятельное изучение подобных систем (Power Solution, NX, T-Flex и т.д.).

Заключение

Рассмотренная модель подготовки САПР-ориентированного и САПР-компетентного педагога профессионального обучения отдельными этапами была апробирована кафедрой технологии машиностроения РГППУ в 2008-2012 гг. и оказалась достаточно эффективной, а выпускники, обладающие сформированными профессиональными компетенциями,  - конкурентоспособными специалистами,  серьезно востребованными как в системе профессионального образования, так и промышленными предприятиями.

1. САПР. Основные положения. ГОСТ 23.501.101-87.  М.: Гос.Ком.СССР по стандартам, 1987. – 25 с. Дата последнего изменения 2010 г.
2. Сорокина-Исполатова Т.В. Непрерывная подготовка педагога профессионального обучения в корпоративном вузе. Автореф.на соиск. Уч.степ. докт.пед.наук. Москва, 2007 50 с.
3. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 47б – Профессиональное обучение (по отраслям). М.: Мин-во образования и науки РФ
4. Концепция класс/центр [Электронный ресурс] // Компания ARINSTEIN [Официальный сайт]. URL:http://www.arinstein.de/ru/ausbildung.php?pid=29
5. Программный продукт Sinutrain [Электронный ресурс] // Компания «Современные технологии для металлообработки» [Официальный сайт]. URL: http://www.sitek-group.com/directions/support/training-sitek/sinutrain/
6. Система трехмерного моделирования КОМПАС 3D [Электронный ресурс] // Компания «АСКОН» [Официальный сайт]. URL:http://machinery.ascon.ru/software/tasks/items/?prcid=6&prpid=7
7. Система автоматизированного проектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ [Электронный ресурс] //  Компания «АСКОН» [Официальный сайт]. URL: http://machinery.ascon.ru/software/tasks/items/?prcid=8&prpid=420
8. FeatureCAM. [Электронный ресурс] // Компания DELCAM [Официальный сайт]. URL: http://www.delcam-ural.ru/struktura_sayta/cam/produkty/featurecam
9. Штерензон В.А. Инновационная направленность инженерной переподготовки педагогов профессионального обучения: Материалы Межд.научно-практ.конференции 26-28 февраля 2009 г.  – Екатеринбург: РГППУ, 2009, часть 2. с. 318-323
10. CAD/CAM/CAPP ADEM [Электронный ресурс] // Компания ADEM [Официальный сайт] URL:  http://www.adem.ru/products/

Все статьи автора «Штерензон Вера Анатольевна»