| Андрей Крючков | ||
|
||
| Извечный вопрос : "ЧЕМУ и
КАК учить?" сегодня в высшей
школе имеет особый смысл . Хотя
еще древние утверждали, что ум
юноши - не сосуд, который надо
наполнить, но факел, который
необходимо зажечь. Появление персональных компьютеров ознаменовало, казалось бы, появление принципиально новых возможностей в сфере подготовки специалистов . Однако, "революции не случилось". Благая цель - избавить от рутинной работы, позволив человеку сконцентрироваться на творческих функциях и на повышении своего профессионального уровня, в нашем отечестве свелась к внедрению "электронного" черчения и так называемых "обучающих систем" - т.е. книг и справочников, на основе гипертекста перенесенных в компьютер. Дальнейшее место автоматизации в подготовке инженера сводится к освоению различных программных систем ( причем в основном западных ), с помощью которых можно получить РЕЗУЛЬТАТ работы. Итогом стала, с одной стороны, возросшая компьютерная грамотность на "познавательном", так сказать, уровне. С другой стороны - потенциальная потеря позиций в области отечественных прикладных инженерных разработок. К чему может привести внедрение "готовых" решений, а не технологий реализации собственных знаний, методик и опыта? Я думаю, вывод очевиден для каждого - к потере собственного инженерного и научного потенциала. Технологическая революция последних лет в области информатики существенно изменила принципы проектирования как таковые . Это :
В этих условиях требования, предъявляемые к специалистам современных производств, можно сформулировать так :
То-есть, производству в первую очередь нужны не операторы тех или иных систем САПР, а ИНЖЕНЕРЫ, способные с помощью современных технологий автоматизации эффективно решать свои непосредственные задачи. К таким технологиям относится достаточно известная отечественная разработка Интегрированная инструментальная метасистема автоматизированного проектирования СПРУТ ( более подробно см. "САПР и графика NN 2-6 ) . Фирма-разработчик (АО "СПРУТ-ТЕХНОЛОГИЯ") вот уже на протяжении семи лет специализируется в области автоматизации инженерной деятельности. Хотя конечная цель нашей деятельности - получение прибыли и дальнейшее развитие базовых разработок, в то же время существует сфера , которой мы уделяем постоянное и пристальное внимание - сфера образовательных технологий. И это не случайно. "Исторически" сложилось так, что практически со дня основания мы находились и находимся на территории МГТУ им.Баумана. В результате, наши технологии стали активно и эффективно использовать в образовательном процессе сначала в МГТУ , а сейчас еще в 30 ВУЗах России и СНГ. В то время как везде активно муссируется тема "новых образовательных технологий" , результаты, которые получили наши коллеги в ВУЗах оказались настолько интересными, что "наших" студентов стали просить заводы, совместно работающие с Фирмой в рамках СПРУТ-технологии. Это, собственно и побудило "взяться за перо "- понимание соотношения важности составляющих : "промышленность - подготовка кадров для нее". Причем, захотелось, чтобы об этом поговорили сами "субъекты" рынка образовательных технологий - преподаватели конкретных учебных заведений. С этой целью родилась идея "виртуального" круглого стола, за которым "сидели" бы люди, незнакомые друг с другом, но понимающие проблемы подготовки современных специалистов и использующие одну технологию - Интегрированную инструментальную метасистему автоматизированного проектирования СПРУТ ( более подробно см. "САПР и графика NN 2-6 ). Естественно, разместить всех за этим "столом" невозможно в силу ограниченности места на страницах данного журнала. Более широко это будет проходить на выставке SofTool-97 и в рамках октябрьского семинара по образовательным технологиям в МГТУ им. Баумана. Однако, наиболее общие мысли и мнения постараемся представить. Быков Ю.М., к.т.н., доцент Чигиринский Ю.Л., к.т.н., доцент Волгоградский государственный технический университет. Кафедра "Технология машиностроения" Мы преподаем дисциплины "САПР технологических процессов и технологической оснастки", "Проектирование штампов и пресс - форм", "Математическое моделирование процессов в машиностроении", "Системы САD - САМ" для будущих технологов. До этого, в течение десяти лет, мы делали попытки использовать вычислительную технику в обучении, но столкнулись с отсутствием систем, допускающих "ступенчатое" освоение и не очень требовательных в эксплуатационном плане, то есть пригодных для использования в учебном процессе. В разное время на кафедре применялись системы конструкторско - технологического проектирования, разработанные в ИТК Белорусской АН, Челябинском техническом университете, Новосибирском НИИ "ПрограммСистем" и другие, в том числе и западные. Каждая из этих систем имела свои достоинства и недостатки, но общим недостатком являлось отсутствие единой информационной структуры и, следовательно, невозможность организации сквозного проектирования с единой, на всех этапах, идеологией. Возможность использовать СПРУТ в учебном процессе мы получили три года назад. После этого у нас полностью отпала, ранее мучавшая нас, забота о необходимости обеспечения лабораторных и практических занятий материалами, позволяющими получать практические навыки в предметной области. Появилась реальная возможность готовить не просто пользователей уже разработанных САПР, но специалистов, способных самостоятельно разработать информационно законченный программный комплекс для решения проектной задачи. Дело в том, что: во первых, СПРУТ, в силу широкой функциональной насыщенности, охватывает практически все дисциплины и темы учебного плана по нашей специальности. Во - вторых, сама идеология проектирования в среде СПРУТ достаточно хорошо иллюстрирует особенности проектных конструкторских и технологических работ. Начиная со студентами разговор об общей структуре прикладной САПР, неизбежно приходишь к необходимости изучения элементов теории баз данных. При практическом рассмотрении вопросов, связанных с информационными системами, можно моделировать работу типовых информационных структур, используя соответствующие инструментальные и языковые средства СПРУТ. Развитые возможности описания геометрических объектов в этой среде позволяют иллюстрировать разделы курсов, посвященные лингвистическому обеспечению: некоторые конструкции языка СПРУТ можно рассматривать, как язык описания объекта проектирования. Кроме того, существует такой инструмент, как Интерактивная геометрия. Например, при проектировании нестандартного технологического оборудования, штампов, одним из основных вопросов является создание моделей изделия и его конструктивных элементов - здесь незаменим геометрический процессор, с помощью которого можно получать не просто модели, а параметризованные модели геометрических объектов по принципу "целое-часть". При знакомстве с вопросами взаимодействия пользователя с программой можно использовать возможности подсистемы меню и текстовых баз данных. При изучении графических систем - графический редактор DiaCAD; при рассмотрении систем автоматизированного программирования (САП)- систему подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ с возможностью адаптации на любой тип оборудования и от 2.5 до 5 координат. Таким образом, мы готовим студентов не только как пользователей уже готовых САПР, а даем им возможность самим разрабатывать, пусть элементарные, но, в общем-то, законченные системы. Те же, кто увлекается программированием - в дополнительное время, в кружках решают более серьезные задачи автоматизации конструкторского и технологического проектирования. Мы начали практиковать выдачу одной темы дипломного проектов или выпускной работы (на первой ступени обучения) сразу нескольким студентам с тем, чтобы они выполняли комплексное задание, например, связанное со сквозным проектированием отдельных изделий. В это задание включаем создание геометрической модели изделия для его конструкторского проектирования, разработку систем автоматизированного проектирования технологических процессов его изготовления и подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ . Работа над подобным дипломным проектом знакомит студентов не только с решением локальных задач автоматизированного проектирования, но и позволят им познакомиться с вопросами комплексной автоматизации производства. Следует отметить, что студенты очень быстро осваивают СПРУТ . На 3 курсе, при изучении "Теоретических основ САПР" выполняется самостоятельная работа по созданию информационно- программных продуктов для решения несложных технологических задач. Обязательным требованием к этим разработкам является их тщательная алгоритмическая проработка, сопровождение справочными материалами и подробное документирование. С указанной частью работы справляются в срок не менее 80 % студентов. Формально, процесс освоения инструментальных средств СПРУТ начинается с четырех двухчасовых занятий в лаборатории под наблюдением преподавателя. Далее освоение осуществляется самостоятельно. Студенты, занимающиеся в кружках и специалисты кафедры объединяют отдельные задачи в законченные программные продукты, предназначенные для использования, в частности, в учебном процессе, в том числе и в дисциплинах, не связанных с применением ВТ напрямую, например, в "Теории резания", "Технических измерениях" и т.д. Одно из достоинств системы СПРУТ - ее нетребовательность к техническим средствам, что немаловажно для периферийных ВУЗов с их, мягко говоря, недостаточным материальным обеспечением. К недостаткам использования системы можно отнести отсутствие методического обеспечения. В связи с тем, что все больше ВУЗов используют СПРУТ как основную систему при изучении дисциплин, связанных с САПР, созрела необходимость создания методического пособия или учебника, где необходимо осветить основные вопросы работы с системой СПРУТ. Доцент, к.т.н. Загидуллин А.Я. Камский Политехнический институт г.Наб.Челны Прежде хочу рассказать как мы пришли к СПРУТ- технологии. Я читаю у студентов дисциплину "Автоматизация технологических процессов обработки металлов давлением". Если взять технологию горячей объемной штамповки поковок, то процесс автоматизации состоит из следующих этапов: 1. Автоматизация процесса проектирования поковки; 2. Автоматизация расчета технологических параметров; 3. Автоматизация процесса проектирования штамповой оснастки; 4. Автоматизация получения технологической карты, чертежа поковки, инструментальной оснастки. Так вот, если рассматривать каждый этап по отдельности, то первый этап-это, в основном, геометрическая задача : есть чертеж детали, по нему путем назначения припусков на механическую обработку (т.е. должна быть база данных припусков, зависящая от шероховатости поверхности и от геометрического образа поверхности) и штамповочных уклонов необходимо получить чертеж поковки. Базовым языком программирования, который преподается в нашем институте является ТурбоПаскаль, а в качестве графического редактора долгое время был Автокад. Поэтому составление базы данных припусков, допусков, извлечение необходимых значений логично было организовать в Паскале, а далее эти значения необходимо передавать в среду Автокад для оформления чертежа поковки (в автоматическом режиме с последующей подправкой нанесения размеров, а это связано со знанием языка АвтоЛисп, которому тоже надо обучать). Второй этап чисто расчетный, т.е. полученные параметры из среды Автокада необходимо передать в среду Паскаль и вести расчет. Третий и четвертый этапы - графическое редактирование, решаются в среде Автокад. Да, конечно, все эти этапы можно организовать и в ТурбоПаскале, но неудобно работать с чертежной документацией, поэтому получалась такая "гибридная" система. И ,само собой, хотелось архитектуры, которая позволяла бы организовать работу и с числовыми и с графическими базами данных, и вести расчеты под одним общим языком программирования. Поэтому переход в систему СПРУТ был логически обоснованным. Кроме того, конструкции возможности встроенного языка СПРУТ несильно отличаются от языка ТурбоПаскаль. В то же время уровень его инструментальности достаточно высок, чтобы не концентрироваться на программировании, а решать конкретные прикладные задачи( причем в короткие сроки ),что позволило быстро подстроиться под него (что не скажешь об АвтоЛиспе). В настоящий момент на основе применения системы СПРУТ нами разработаны САПР, которые позволяют спроектировать различные варианты поковок и технологических процессов с дальнейшим занесением разработанных вариантов базу данных. Система позволяет ее просматривать, выводить на печать чертежи ,технологические карты и расчетные данные. САПР применяются в учебном процессе как часть курсового проектирования по дисциплине "Автоматизация технологических процессов обработки металлов давлением". Если рассматривать СПРУТ в системе образовательного процесса, мне кажется, необходимо учитывать следующее: 1. В технических ВУЗах, где по любой специальности автоматизация проектирования в настоящее время занимает одну из главных составляющих всего процесса, есть необходимость преподавать такие системы как СПРУТ, в виде общеобразовательного курса, т.е. всем специальностям на 1 или 2 курсе. 2. На старших курсах необходимо, чтобы при защите курсовых и дипломных проектов в обязательном порядке присутствовал раздел автоматизации проектирования. 3. Защиту дипломов по теме автоматизации проектирования принимать отдельной комиссией по институту с привлечением компетентных в САПР представителей предприятий . Заведующий кафедрой "Технология машиностроения" Полоцкого государственного университета (РБ Беларусь), профессор Чемисов Б.П. Ведущий инженер-программист Кухта С.В. Инженер-программист II категории Глебко А.Н. По нашему мнению все прикладное программное обеспечение, используемое в ВУЗах, можно разделить на две большие группы: 1. Программные продукты, не предусматривающие адаптации к конкретным производственным условиям (как правило небольшие расчетные задачи). Студенты при работе с данным программным обеспечением могут только вводить исходные данные и получать на выходе результаты расчетов. Подобные пакеты значительно облегчают инженерный труд, автоматизируя решение рутинных, однотипных задач, но в условиях ВУЗа они могут сослужить плохую службу : - алгоритмы решения прикладной задачи недоступны для корректировки пользователем; - студент, получив прекрасные, технически грамотные результаты проектирования, порою не представляет, как решалась данная задача. Попав в производственные условия и не имея возможности пользоваться данным программным продуктом, он, если не умеет как следует решать подобные задачи без применения ЭВМ, оказывается в затруднительном положении. 2. Пакеты, требующие настройки на конкретные условия предприятия. Программные продукты подобного рода при их настройке требуют от студента глубоких знаний по предмету и служат мощным обучающим средством. Однако в результате обучения работе с подобными пакетами прикладных программ подготавливается оператор данной системы, но вероятность встречи с ней на производстве порою очень невелика. В лучшем случае такой специалист достаточно быстро освоит систему близкую по идеологии к той, с которой он работал в ВУЗе. Информатизация учебного процесса по техническим специальностям предполагает увеличение количества дисциплин, использующих и изучающих современные технологии компьютеризации инженерной деятельности, и возрастание доли курсовых и дипломных работ и проектов по изучаемым дисциплинам, ориентированных на разработку САПР. Например, расчет конкретных узлов на кафедре " Детали машин", заменить на создание системы автоматизированного проектирования данного узла. Подобный подход имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционным: 1. Как правило, любая решаемая задача многовариантна. При конкретных значениях исходных данных проектирование идет по одному из вариантов, а остальные остаются за бортом изучения. Создание программного продукта решает задачу в комплексе. 2. Исключается "подгонка" результатов проектирования. 3. Студент обязан четко видет структуру решаемой задачи. 4. Из стен ВУЗа выходит специалист высокой квалификации, способный как решать производственные задачи, так и автоматизировать их решение. При использовании традиционных средств создания программных продуктов возникает много трудноразрешимых вопросов: 1. Создание прикладного программного обеспечения по техническим дисциплинам требует применения различных средств : языка программирования, средств графики, СУБД и т.д. Это влечет за собой необходимость их освоения и сложность согласования между собой при попытках создания единой информационной модели. 2. Создание серьезных программных продуктов требует высокой квалификации студента как программиста. Даже при наличии такой квалификации подобная работа занимает много времени, как правило, много больше ,чем можно себе позволить в рамках учебного процесса. Использование инструментальной системы автоматизированного проектирования СПРУТ позволило во многом успешно решить эти трудности. Среди достоинств СПРУТ можно отметить легкость в его освоении, наличие мощного инструментария разработки прикладных систем, объектно-ориентированный подход. Совокупность подсистем ИСАП СПРУТ позволяет решать задачи любого типа, используя единую информационную среду : студенту, освоившему СПРУТ, нет необходимости изучать другие системы. Несмотря на то, что данная система получила достаточно широкое распространение в России, нет гарантии того, что выпускник на своем рабочем месте будет иметь возможность с ней работать. Но знания и навыки, полученные в процессе освоения ИСАП СПРУТ, не пропадут даром: во-первых, формируется подход к решению задач и их автоматизации; во-вторых, освоив подсистемы СПРУТ, гораздо легче осваивать другие среды проектирования и языки программирования . Например, у человека, освоившего AutoCAD и графический редактор СПРУТа вряд ли возникнут трудности с освоением еще одного графического редактора; навыки, полученные при работе с системой управления базами данных СПРУТ очень пригодятся при изучении других СУБД и т.д. В настоящее время в Полоцком государственном университете наиболее успешно ИСАП СПРУТ используется на машиностроительном факультете. На 1-2 курсе в рамках дисциплины "Вычислительная техника, программирование и математическое моделирование" студенты осваивают язык СПРУТ , генератор интерфейсов и интерактивную геометрию. В курсовом проекте по данной дисциплине решаются задачи по дисциплине "Теория машин и механизмов". На 3 курсе в рамках дисциплины "Основы САПР" осваивается графический редактор, параметризация и моделирование, работа с базами данных. На 4 курсе в рамках дисциплины "Компьютерное моделирование конструкторских и технологических задач" - продолжение работы с базами данных, изучение подсистемы множеств и структур данных, текстового документатора, генератора экранных форм. Производится решение задач конструкторского и технологического проектирования. В перспективе каждому студенту на начальных курсах обучения будет выдаваться проект, по которому до конца обучения в рамках различных дисциплин будет создаваться прикладное программное обеспечение: комплекс конструкторских, технологических, а, возможно, и управленческих задач. В результате студент получит комплексную систему автоматизации подготовки производства. Такая работа потребует длительной подготовки и планируется к внедрению через несколько лет. Доцент,к.т.н. Ховов В.М. Зам. Проректора НУК МТ, МГТУ им. Н.Э. Баумана . Доцент, к.т.н. Савинов А.М., Кафедра ⌠Компьютеризированное Интегрированное Производство■. В МГТУ им. Баумана подготовка студентов - будущих инженеров на базе инструментальной среды СПРУТ начата с 1991 года. Наиболее значимые результаты получены на кафедрах "Основы проектирования машин", "Режущего инструмента", "Компьютеризированных интегрированных производств", "Специальной технологии" и "Сварки", где сформировались группы преподавателей-энтузиастов, овладевших основами системного анализа и синтеза и СПРУТ-технологией. СПРУТ был выбран не случайно. Именно эта среда удовлетворяет ряду требований, позволяющих эффективно использовать ее в ВУЗе. В частности : -обладает полным функциональным набором средств компьютеризации инженерной деятельности; -обеспечивает минимальные затраты времени на освоение и, при создании прикладного программного обеспечения, освобождает от программирования на системных языках ( с сохранением той же функциональной мощности) ; -обеспечивает автоматическое протоколирование (кодогенерацию) процесса проектирования, что позволяет накапливать знания, полученные в процессе обучения и объединять в дальнейшем имеющиеся наработки (см.рис.1). ═ |
||
Рисунок 1."Средства накопления, хранения и обработки знаний в инструментальной среде СПРУТ" Тем самым, в итоге ( например, при дипломном проектировании), это становится базой для практического решения комплексной и достаточно серьезной задачи в те же отведенные сроки, что приняты в ВУЗе . СПРУТ при этом выполняет роль системного и информационного интегратора: -дает возможность наглядной визуализации в процессе одновременного решения задач из различных областей : математики, теоретической механики, инженерной графики и т.п.; -имеет детально разработанное методическое обеспечение по применению для различных прикладных проблем; Использование инструментальной среды СПРУТ при обучении проектированию дает реальную возможность перенести центр тяжести не на использование уже формализованного процесса мышления других разработчиков ( что мы наблюдаем при использовании "готовых решений"), а на изучение самого процесса проектирования объектов с поэтапным накоплением знаний в конкретной области . Наконец, СПРУТ - современный, отечественный и динамично развивающийся продукт, достаточно широко внедряемый в промышленность на протяжении уже десяти лет. К тому же, МГТУ имеет тесные контакты с его разработчиками. Рассматривая ОБУЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ РЕШЕНИЮ ПРОЕКТНЫХ ЗАДАЧ как одну из главных целей подготовки инженеров, можно выделить следующие основные этапные задачи, решаемые в учебном процессе с использованием инструментальной программной среды СПРУТ. Это: 1. Изучение основных принципов построения геометрических моделей машиностроительных деталей и их отображения в виде проекций на чертежах (инженерная графика, аналитическая геометрия); 2.Исследование механизмов с использованием анимации, с одновременным автоматическим построением графиков, отображающих кинематические и динамические характеристики. (курсовая работа по теории механизмов и машин).(см рис. 2) |
||
Рисунок 2."курсовая работа по теории механизмов и машин"
|
||
Рисунок 3. "Выбор конструктивной схемы для гаммы приводов" |
||
Рисунок 4. "Функционально-логические связи при формировании чертежей деталей базовой подсборки редуктора" |
||
|
||
Рисунок 5 "Сквозная система конструкторско- технологического проектирования фланцев" 6. Создание информационной мета-модели объекта проектирования. Изучение методологии создания интеллектуальных систем. Решение задач структурно-параметрического синтеза для систем конструкторско-технологической подготовки производства. (см. рис. 6) ═ |
||
Рисунок 6. "Структурно-параметрическая модификация" 7. Изучение основ методической и информационной интеграции . Создание на основе ранее выполненных работ сквозной конструкторско-технологической САПР. (см. рис. 7) ═ |
||
Рисунок 7."Этапы проектирования фасонного резца" |
||
|
||
Рисунок 8. "Экран лабораторной работы "Токарная обработка"
|
||
Рисунок 9. "Этапы лабораторной работы "Сквозное конструкторско-технологическое проектирование" |
||
|