CC BY
10
(e-mail: [email protected]) Karachev Aleksey Yurievich, Graduate student (e-mail: [email protected]) Yahrichev Viktor Vasilyevich, Lead Engineer (e-mail: [email protected]) Vologda state University, Vologda, Russia Bulavin Vyacheslav Fedorovich, Cand. Tech.Sci., associate professor (e-mail: [email protected]) Vologda state University, Vologda, Russia The work generalizes the experience of adaptation of domestic CAD: Compass-3D, Vertical TP, SprutCAM in the conditions of small engineering enterprises of the North-West region, with the example of design and technological preparation for the production of power tools.
Keywords: Computer-aided design, small enterprises, engineering sector, power tools, CALS-technologies, digital models, design and technological preparation of productions.
ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ. ЭФФЕКТИВНОСТИ УСВОЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЁТОВ МАШИН
И АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ Теренина Наталья Леонидовна, канд. экон. наук, доцент, декан торгово-
технологического факультета СибУПК Листков Вячеслав Юрьевич, канд. с.-х. наук, заведующий кафедрой технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции
СибУПК
Соколова Елена Александровна, старший преподаватель Частное образовательное учреждение высшего образования Центросоюза РФ Сибирский университет потребительской кооперации (СибУПК)
В современном образовательном процессе остро стоит вопрос эффективного усвоения материала, особенно, если речь идёт о расчётах в технических дисциплинах. Одно из решений данной проблемы - применение инновационных методологических подходов к обучению, таких как - анимационные построения и использование элементов математического анализа.
Устойчивое развитие пищевой промышленности зависит от квалификации и компетенций специалистов. Как подготовить грамотного высококлассного специалиста в области производства пищевых продуктов; конкурентоспособного, умеющего организовать своё рабочее место, с соблюдением мер безопасности для себя и окружающих? Это те основные вопросы, с которыми сталкиваются преподаватели на аудиторных занятиях. Особо сложными для студентов является восприятие и понимание технических дисциплин.
Важное место в учебном плане подготовки по направлениям «Технология общественного питания», «Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции», «Продукты питания животного происхождения», «Продукты питания из растительного сырья» технические дисциплины такие как «Процессы и аппараты пищевых производств», «Технологическое оборудование пищевой промышленности». Значимым этапом - является расчёт теплового баланса в разделе «Тепловое оборудование». Тепловой баланс - основа расчётов технико-экономических показателей работы аппаратов предприятий общественного питания1. Глубина изучения теплового баланса варьируется на различных уровнях подготовки студентов. Начальный этап изучения проходит на уровне младших курсов. Здесь важно увлечь студентов, раскрыть им практическую значимость формул и технических терминов.
На занятиях изложение теории тепловых явлений и процессов не вызывают затруднений в понимании. Однако уже на первых практических занятиях, студенты сталкиваются с проблемами в расчётах. Как сделать эти занятия, с одной стороны привлекательными, а с другой - эффективными? С точки зрения формирования технологического мышления, повышения профессионального потенциала занятия существуют «подводные камни», связанные с индивидуальными психофизиологическими особенностями студентов. Преодолеть эти трудности можно интеграцией традиционных и инновационных методологических форм преподавания.
Для более эффективного понимания студентами технических дисциплин нами предлагается использовать новые методологические элементы учебного процесса. Рассмотрим некоторые подходы на примере расчёта теплового баланса студентами.
Студенты должны понимать, что составлению баланса предшествует глубокое изучение устройства и принципа действия теплового аппарата, и технологического процесса, осуществляемого в рабочей камере аппарата 2. Это необходимо для чёткого представления физической картины процесса. Традиционная форма преподавания подразумевает, что студенты записывают следующее уравнение:
0=01+02+0з+04+05+0б,кДж,
где: р1- полезно используемое тепло, пошедшее на приготовление продукции, кДж;
02 - потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кДж;
Р3- потери тепла от механического недожога, кДж;
Q4- потери тепла от химического недожога, кДж;
-потери тепла в окружающую среду наружными ограждениями аппарата, кДж;
1 Коршунов Н.П., Соколова Е.А. Оборудование предприятий общественного питания. Тепловое оборудование: Методические указания к выполнению курсового проекта-Новосибирск: типография Сибирского университета потребительской кооперации, 2013-48с.
2 Липатов Н.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Учебник/ Н.Н. Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р.Муратов.-М.:Колос,2004-431с.
Q^-потери тепла на разогрев всех элементов конструкции, кДж.
Далее студенты должны понять - что такое количество теплоты, поступающее с различными видами энергоносителей, в чём принципиальное их отличие. Для того чтобы изучение вопроса расхода энергии не приводило к механическому заучиванию, на втором этапе им предлагается инновационный подход: с помощью планшетного компьютера, например Microsoft Surface RT и инструментов, входящих в стандартный комплект поставки: Windows RT 8.1: Power Point и Microsoft Оffice 2010, сделать анимацию о составляющих теплового баланса. Большинство студентов с этим успешно справляются. На рисунках 1-4 представлены примеры анимированного представления теплового баланса, передоложенных студентами на младших курсах.
На первом этапе работы, студенты в динамике представляют построение основ теплового баланса, показывая усвоение общего представления о сущности теплообменного процесса без учёта специфики выбранного направления (рис.2).
На втором этапе, приводятся пример «из жизни» применения закономерностей теплового баланса. Часто выбор падает на автомобиль, рассматривая процессы, происходящие в двигателе внутреннего сгорания, радиаторе, печке, в выхлопной трубе, как составляющие теплового баланса (рис.3).
Рисунок 1 - Титульный лист анимационного задания
Рисунок 2 - Общее представление о тепловом балансе
Рисунок 3 - Применения процессов теплового баланса в окружающей среде
На завершающем этапе, студенты показывают в динамике усвоение составляющих баланса на примере одного из технологических аппаратов, например русской печи (рис.4).
ШЯ
Рисунок 4 - Рассмотрение составляющих баланса на примере русской печи
Аналогично, студенты анимировано представляют тепловые балансы по индивидуальным заданиям. При выполнении этой части работы студенты проявляют максимальную заинтересованность и активность, раскрывая свой творческий потенциал, параллельно осваивая новые компьютерные программы и технологии.
Для студентов старших курсов требуется более глубокое понимание процессов, происходящих в тепловом оборудовании. Для этого, нами было предложено использовать математические пакеты программ для обработки численных значений параметров теплового баланса. Исследования показали, что данный метод не используется на занятиях по похожим направлениям подготовки в других учебных заведениях Новосибирска.
Данная методика была успешно апробирована в Сибирском университете потребительской кооперации на протяжении трёх лет (с 2014 по 2016 гг.) на занятиях со студентами выше указанных направлений. Далее предлагается расчёт полезно используемого тепла на примере «Ирландского супа из баранины с домашним сыром». Исходные, справочные данные для расчёта приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Исходные данные для расчёта полезного тепла, необходимого для приготовления блюда «Ирландский суп из баранины
3
_с домашним сыром»_
Теплоемкость Масса кг) Начальная Конечная
Продукт (С, кДж/кг^град.) температура (Ъ, °С) температура 0-2, °С)
Баранина^) 3,024 0,7 50 96
Лук репчатый(Р2) 3,77 0,08 43 96
Чеснок^3) 3,31 0,02 43 96
Лавровый лист(р4) 3,21 0,001 30 96
Вода^) 4,182 0,998 50 96
Масло 1,26 0,025 95 96
сливочное(Р6)
Мука пшеничная(р7) 1,59 0,025 95 96
Молоко^8) 3,77 0,257 95 96
Ирландский домашний сыр(р9) 3,15 0,1 20 96
Морковь(р10) 3,81 0,225 20 96
Лук-порей^п) 3,81 0,4 20 96
Картофель(р12) 3,43 0,27 20 96
Свежая мята - 0,003 20 20
Петрушка зеленая - 0,01 20 20
Перец черный мо-лотый^^) 3,1 0,003 20 96
соль - 0,01 20 20
Выход готового продукта 3,127 кг
Методика предполагает использование программного обеспечения, например МаШСаё. С помощью МаШСаё задаются массивы данных, удовлетворяющих общему уравнению теплового баланса:
^ = ^1 + ^2 + ^3 + ^4 + ^5 + ^6 + ^7 + ^8 + ^9 + ^10 + ^11 + Ql2 + QlЗ
3 Бесхмельницкий В. Суп из баранины с домашним сыром: Пищевая индустрия Ирландии /В. Бесхмельницкий. - Электронный ресурс: http://ireland.ru/archive/ М^гуЯЪо^МиБйу/ Lamb_Soup_with_ Багт-house_Cheese.html [Дата обращения 06.03.2017]
Теплоёмкость
(3.024^ 3.77 3.31 3.21 4.182 1.26 1.59 3.77 3.15 3.81 3.81 3.43 V 3.1 у кДж/кг^град
Масса
Конечная и начальная температура
• (£2 -ПО
С :=
ллл/
лмл/
Г 0.7 > ( 50 > ( 97.3728 ^
0.08 43 15.9848
0.02 43 3.5086
0.001 30 0.21186
0.998 50 191.987256
0.025 95 0.0315
0.025 О := 95 Qs ^ 0.03975
0.257 95 0.96889
0.1 20 23.94
0.225 20 65.151
0.4 20 115.824
0.27 20 70.3836
ч0.003у кг ч 20 у град 12 := 96 ч 0.7068 у
КДж
Далее рассчитывается по формуле необходимое количество тепла на заданный объём котла и количество продукта:
12
¿=0
где Q - количество теплоты необходимое на заданный объём котла и количество продукта, кДж
Количество теплоты на котёл объёмом 60 дм , необходимого для приготовления 3,127 кг конечного продукта:
586,111 • 60
Q60 =-= 1,125 X 104кДж
^60 3,127
Как отмечалось выше, данная методика была успешно апробирована в учебном процессе. По результатам мониторинга эффективности внедрения новых методик на кафедре технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, торгово-технологического факультета Си-бУПК, данный подход показал свою актуальность и перспективность использования (рис. 5).
Эффективность усвоения студентами по традиционной методике
Эффективность усвоения студентами по новой методике
16%
<' Испытывают трудности ss Не испытыают трудности
Рисунок 5 - Сравнительная эффективность традиционной и новой методик при изучении темы «Тепловой баланс технологического оборудования»
По данным диаграммам, представленных на рисунке, видно, что традиционный подход способствует усвоению материала на 16%, в то время как после применения нового подхода с использованием цифровых технологий усвояемость повысилась более чем в 3,5 раза.
Таким образом, применение инновационных подходов при изучении сложных физических процессов повышают эффективность усвоения материала, а также способствует большей заинтересованности студентов. Поэтому данная методика может успешно применяться при изучении широкого круга технических дисциплин, имеющие сложности в усвоении. Всё это способствует более глубокому и профессиональному пониманию изучаемого материала и, тем самым, формированию конкурентоспособных специалистов.
INNOVATIVE APPROACHES TO PROMOTION. THE EFFICIENCY OF ABSORPTION OF THERMAL CALCULATIONS OF MACHINES AND EQUIPMENT FOR FOOD PRODUCTION
Terenina Natalia Leonidovna, Cand. Ekon. Sciences, associate Professor, Dean of trade and technology faculty of Sibupk
Sheets Vyacheslav Yuryevich, Cand. of agricultural Sciences, head of Department of technology of production and processing of agricultural products, Sibupk Sokolova Elena Alexandrovna, senior teacher
Private educational institution of higher education of Tsentrosoyuz of the Russian Federation of the Siberian University of consumer cooperation (Sibupk)
In the modern educational process is acute, the issue of effective learning, especially if we are talking about calculations in the technical disciplines. One solution to this problem is the application of innovative methodological approaches to learning, such as animated images and use of elements of mathematical analysis.
