CC BY
5
4. Бочарова А.М. Исследование автомобилей и автомобильной промышленности с точки зрения экологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 6. С. 29-32.
5. Исаева Я.К. Влияние агрегатов и деталей электромобилей на экологию // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 250-252.
6. Алиев Р.А. Основы общей экологии и международной экологической политики: Учебное пособие / Р.А. Алиев, А.А. Авроменко и др. М.: Аспект-Пресс, 2014. 384 с.
7. Богомолова Е.Ю., Коробкина А.В. Электромобилизация как фактор снижения экологических рисков и спроса на нефтепродукты // Азимут научных исследований: экономика и управление. 2019. Т. 8. № 2(27). С. 181-185.
8. Шишкина А.А. Выхлопные газы и их влияние на здоровье человека // Образование и наука в России и за рубежом. 2019. № 2(50). С. 448-451.
9. Коряков А.Е., Шишкина А.А., Шишкина П.А. Влияние автомобиля на окружающую среду // Образование и наука в России и за рубежом. 2021. № 6(82). С. 109-111.
10. Гутенев В.В. Основы инженерной экологии: Учебное пособие / В.В. Денисов, И.А. Денисова, В.В. Гутенев. Рн/Д: Феникс, 2013. 623 с.
Шишкина Полина Андреевна, магистрант, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE NEGATIVE IMPACT OF ELECTRIC VEHICLES ON THE ENVIRONMENT
P.A. Shishkina
The issue of the environmental friendliness of electric vehicles and other vehicles powered by electricity is very acute due to the large number of unexplained moments and pitfalls, including the issue of the growth of consumed electric energy, as well as the problem of production and disposal of batteries. Therefore, this paper will analyze the problem of environmental friendliness of electric vehicles and their designs to reduce emissions and waste. The positive and negative impact of electric vehicles on ecology and the environment has been found out. A historical digression is given in the field of creation and development of electric cars. The design features of cars with an electric motor, which most affect the environment, both in positive and negative quality, are revealed. An analytical comparison of the impact on the environment and the ecology of cars with an electric engine and an internal combustion engine is carried out. The main problems that have not been solved at the moment and require close attention and comprehensive research are posed and formulated.
Key words: electric cars, ecology, design, influence, cars, analysis.
Shishkina Polina Andreevna, student, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 372.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-114-118
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА СКМ ЛП «ПОЛИГОНСОФТ» В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
А.В. Груничев, А.Н. Подъемщиков, Р.Н. Хмелев
В статье обобщен опыт использования программного комплекса СКМ ЛП «ПолигонСофт» в учебном процессе Тульского государственного университета при изучении магистерских дисциплин «Методология научных исследований», «Компьютерные и информационные технологии в науке и производстве», «Компьютерное моделирование литейных процессов», курса программы дополнительного профессионального обучения «Основы математического моделирования технических систем», а также при подготовке магистерских диссертаций. Рассмотрен перечень основных профессиональных компетенций, формирование которых целесообразно осуществлять с использованием систем компьютерного моделирования.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент, СКМ ЛП «ПолигонСофт», учебный процесс, компетенции.
В настоящее время качественная подготовка студентов по направлениям подготовки, входящим в укрупненную группу «Инженерное дело, технологии и технические науки» невозможна без изучения систем компьютерного моделирования (СКМ) [1 - 5]. Основой данных систем являются проблемно-ориентированные программные комплексы CAE (Computer-Aided Engineering - интегрированные программные средства моделирования функционирования проектируемого объекта), базирующиеся на
современных математических моделях, сложность которых постоянно возрастает. Эволюция моделирования в настоящее время происходит в направлении все более детального учета множества различных факторов, повышения точности и придания моделям натурных свойств. Причем модели способны давать информацию об объекте исследования, которую затруднительно или невозможно получить экспериментальным путем.
Процессы разработки и практического применения СКМ за последние несколько лет были стандартизованы [6-8]. Поэтому изучение студентами существующей системы отечественных стандартов [6-8] должно проводиться на примере современных СКМ.
Целью настоящей статьи является обобщение опыта использования программного комплекса СКМ ЛП «ПолигонСофт» [9] в учебном процессе Тульского государственного университета (ТулГУ) в течение трех последних лет.
В Тульском государственном университете СКМ ЛП «ПолигонСофт» использовалась в магистерских дисциплинах:
— «Методология научных исследований»;
— «Компьютерные и информационные технологии в науке и производстве»;
— «Компьютерное моделирование литейных процессов»;
— в образовательной программе дополнительного профессионального обучения (ДПО) «Основы математического моделирования технических систем», а также при подготовке магистерских диссертаций.
В зависимости от содержания конкретной дисциплины СКМ ЛП «ПолигонСофт» использовалась в двух вариантах:
Первый вариант предполагал, что при изучении дисциплин «Методология научных исследований» и «Компьютерные и информационные технологии в науке и производстве» функционал и возможности СКМ, а также изучение нормативных документов [6-8] осуществлялось на примере СКМ ЛП «ПолигонСофт». В качестве иллюстраций использовалась постановка задачи и результаты вычислительных экспериментов процесса получения чугунной отливки цилиндра дизеля 1Ч9,5/8,0 [10]. В частности, на примерах было показано, что СКМ ЛП «ПолигонСофт» позволяет разработать и/или оптимизировать некоторые наиболее важные этапы технологического процесса не на реальной отливке, а на ее цифровом прототипе, что снижает затраты на проектирование и доводку литейной технологии и себестоимость продукции.
Второй вариант предполагал при изучении двух оставшихся дисциплин выполнение студентами практических заданий в среде СКМ ЛП «ПолигонСофт». Варианты заданий формулировались следующим образом.
1. Студент для двух 3D моделей отливки проводит моделирование в СКМ ЛП «ПолигонСофт» процесса заливки формы металлом, выполняет анализ характера заполнения форм по нескольким критериям, делает выводы и оформляет письменный отчет. Просмотр результатов моделирования процесса заполнения формы расплавом и проведение анализ изменения скоростей потоков расплава и температур в разных точках отливки производится в программном модуле Мираж-3D. При этом студентам предлагаются следующие приемы анализа результатов расчетов в модуле Мираж-3D:
простановка точек контроля величины скорости/температуры на поверхности отливки или внутри отливки. Иногда комбинируют такой анализ с построением произвольного сечения и установкой на ней контрольных точек;
построение изоповерхностей с одинаковой температурой;
анализ полей скоростей с помощью отображения векторов скоростей в узлах сетки.
2. Студент, используя исходные данные температурных полей отливки и формы, полученные на первом этапе, должен провести моделирование процессов остывания, затвердевания и возникновения усадочных дефектов (раковин, макро- и микропористости), также с двумя вариантами 3D модели; выполнить анализ полученных результатов, сделать выводы и дать рекомендации по усовершенствованию литейного процесса.
По результатам выполнения практических работ студентам предлагается оценить возможности цифровых двойников технических систем на примере программного комплекса СКМ ЛП «Полигон-Софт» для моделирования физики литейных процессов и сделать выводы по результатам проведенных исследований. В данном случае полученные с помощью программы СКМ ЛП «ПолигонСофт» результаты вычислительных экспериментов являются основой для дальнейших исследований, направленных на уменьшение процента брака отливок, а также сокращения сроков отработки технологических процессов литейного производства деталей.
С учетом имеющегося опыта использования СКМ ЛП «ПолигонСофт» в учебном процессе и требований ФГОС по направлениям подготовки магистратуры, входящим в укрупненную группу «Инженерное дело, технологии и технические науки» можно выделить следующие варианты профессиональных компетенций, формирование которых обеспечивается применением рассматриваемой СКМ:
способность ставить и решать прикладные задачи, связанные с исследованием и проектированием технических систем, методами математического и компьютерного моделирования на основе современных информационных технологий;
способность проводить оценку информации, ее достоверность, строить логические умозаключения на основании поступающих информации и данных в процессе математического и компьютерного моделирования технических систем;
способность разрабатывать и применять современные цифровые программы проектирования технологических машин и оборудования, алгоритмы моделирования их работы и испытания их работоспособности.
В частности, при изучении СКМ ЛП «ПолигонСофт» в курсе дополнительного профессионального образования «Основы математического моделирования технических систем» сформированность компетенций оценивалась по традиционной трехуровневой шкале: пороговый, средний и высокий. Отдельно была получена статистика по освоению компетенций в рамках двух практических занятий с СКМ ЛП «ПолигонСофт» (табл. 1).
Статистика по результатам выполнения практических занятий
Уровень освоения компетенций Практическое занятие 1 Практическое занятие 2 По всему курсу Состав обучающихся
магистранты, чел. работники промышленных предприятий, чел.
Количество слушателей курса, освоивших компетенции на пороговом уровне / процент от общего количества 9 / 56% 10 / 63% 7 / 44% 9 3
Количество слушателей курса, освоивших компетенции на среднем уровне / процент от общего количества 4 / 25% 3 / 19% 5 / 31% 5 1
Количество слушателей курса, освоивших компетенции на высоком уровне / процент от общего количества 3 / 19% 3 / 19% 4 / 25% 3 1
На основании анализа статистики и результатов обучающихся были сделаны следующие выводы:
среди обучающихся присутствует немногочисленная высоко мотивированная к обучению группа, которая демонстрирует сравнительно высокие результаты освоения компетенций, характеризуемые высоким уровнем;
другая немногочисленная группа обучающихся имеет средний уровень освоения компетенций и сравнима по количеству с предыдущей группой;
половина обучающихся имеет пороговый уровень освоения компетенций;
те обучающиеся, которые получили высокие баллы в целом по всей изучаемой дисциплине, как правило, получили высокие баллы и за отчеты по практическим занятиям с СКМ ЛП «ПолигонСофт». Эти практические занятия по сравнению с остальными в рассматриваемой дисциплине являются самыми сложными и трудоемкими. Тем не менее, работа с программой «ПолигонСофт» не вызвала у них затруднений.
Полученные результаты и имеющийся опыт использования СКМ ЛП «ПолигонСофт» в учебном процессе ТулГУ свидетельствуют о широких возможностях данного программного комплекса в формировании перечисленных выше профессиональных компетенций.
В заключении необходимо отметить, что цифровая трансформация для ведущих российский предприятий промышленности стала на данный момент новой стратегией. Таким образом, можно говорить о концепции цифровых двойников как о перспективном инструменте, который успешно используется как в опытно-конструкторской работе, так и в области принятия решений специалистами научных и промышленных предприятий, позволяя не только совершенствовать этот процесс, но и сформировать собственные модели, отвечающие профильным особенностям. При этом для качественной подготовки студентов изучение концепции цифровых двойников в учебном процессе должно проводиться на примере современных СКМ.
Список литературы
1. Вдовин Р.А. Результаты использования отечественного программного продукта «Полигон-Софт» в образовании и науке // Научное и программное обеспечение в образовании и науке. Том 16, № 2. 2020. С. 439-448.
2. Яманин А.И. Компьютерно-информационные технологии в двигателестроении: учебное пособие / А.И. Яманин [и др.]. М.: Машиностроение, 2005. - 480 с.
3. Треяль В.А., Шаряков В.А., Шарякова О.Л. Использование современных прикладных пакетов программирования в учебном процессе // Педагогические параллели. Материалы VI Международной научно-практической конференции. 2018. С. 856-860.
116
4. Вдовин Р.А., Трафимова Г.А. Опыт использования специализированного программного обеспечения в образовательном процессе и науке // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2019. Т. 15. № 4. С. 992-1002.
5. Маркович О.С. Кейс-технология при обучении компьютерному моделированию: разработка и применение предметно-ориентированных кейсов в электронной среде // Педагогическая информатика. 2019. № 4. С. 39-46.
6. ГОСТ Р 57188-2016. Численное моделирование физических процессов. М.: Стандартин-форм, 2018. 16 с.
7. ГОСТ Р 57412-2017. Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. М.: Стандартинформ, 2018. 15 с.
8. ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения». М.: Российский институт стандартизации, 2021. -15 с.
9. СКМ ЛП ПолигонСофт. [Электронный ресурс] URL: http://www.poligonsoft.ru/poligonsoft/ (дата обращения: 20.06.2022).
10. Груничев А.В., Павлов Д.В., Подъемщиков А.Н., Хмелев Р.Н. Исследование заключительных этапов технологического процесса получения отливок цилиндров дизелей методом вычислительного эксперимента // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 305-312.
Груничев Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, aiah@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Подъемщиков Александр Николаевич, канд. техн. наук, доцент, aiah@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хмелев Роман Николаевич, д-р техн. наук, профессор, aiah@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIENCE IN USING THE SCMLP «POLYGONSOFT» SOFTWARE PACKAGE IN THE EDUCATIONAL
PROCESS OF TULA STATE UNIVERSITY
A.V. Grunichev, A.N. Podyemshikov, R.N. Khmelev
The article summarizes the experience of using the SCM LP «PolygonSoft» software package in the educational process of Tula State University during studying of master's disciplines «Methodology of scientific research», «Computer and information technologies in science and production», «Computer modeling of foundry processes», the course of the program of additional professional training «Fundamentals of mathematical modeling of technical systems», as well as in the preparation of master's theses. The list of the main professional competencies, the formation of which is advisable to carry out using computer modeling systems, is considered.
Key words: computer modeling, computational experiment, SCM LP «PolygonSoft», educational process, competencies.
Grunichev Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, aiah@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Podyemshikov Alexander Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, aiah@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Khmelev Roman Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, aiah@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
