CC BY
70
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - ART 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
49965Р- 155/М230/41120х'И1т' ~ ^ ^ ЭЛ № ФС 7?"
ДОТ 14228 УДК 378.147 ' ' '
Алексеев Валерий Павлович,
кандидат технических наук, доцент НОУ ВПО «Международный инновационный университет», г. Сочи alekseev.valeri@yandex.ru
Степаньян Владимир Владимирович,
студент экономико-технологического факультета НОУ ВПО «Международный
инновационный университет», г. Сочи
step.wo@mail.ru
Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ
технического профиля
Аннотация. Статья посвящена вопросам системной организации подготовки выпускных квалификационных работ по техническим специальностям вузов. Авторы предлагают изменить типовые подходы к проектной деятельности в период выполнения дипломных работ. Современные технические объекты являются сложными с точки зрения многообразия физических процессов, протекающих в них. В связи с этим необходимо применять системные методы проектирования и организации труда. В предлагаемой технологии применяются системный подход и методы научно-технического творчества.
Ключевые слова: технология, системность, выпускная квалификационная работа, системный анализ, проблемная ситуация, прикладной системный анализ. Раздел: (01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
Инженерное образование занимает значительную долю в структуре современной образовательной системы. Так, по данным ЮНЕСКО [1, 2], начиная с 1950 г. требуемое количество инженерных задач, которые необходимо решать, через каждые 10 лет увеличивается на порядок. Это объективно определяется бурным научно-техническим прогрессом в существующих отраслях науки и техники и появлением новых направлений. Интеграция науки, техники и технологии привела человечество на пороге XXI в. к необходимости подготовки не просто инженера, а инженера-исследователя, способного постоянно синтезировать новые технические решения на основе глубокого анализа состояния и тенденций развития в своей области знаний. Естественно, что осуществлять подготовку таких инженеров может педагог-исследователь, постоянно ищущий новые формы и методы образовательной деятельности, глубоко знающий систему инженерного образования, направления ее развития и способный давать обучаемым знания не только в области конкретных технологий, но и по методологии решения проблемных ситуаций и поиска новых технических решений. Комплекс таких знаний в дальнейшем будем называть технолого-методологическим. Особое место в инженерном образовании занимает завершающий этап - выполнение дипломных работ.
При выполнении выпускных квалификационных работ (ВКР) технического профиля у студентов возникает проблема обеспечить техническую новизну проектируемых объектов (изделий, технологий, программ) в условиях бурного научно-технического прогресса и жестокой конкуренции производителей. Для решения этой проблемы каждому автору ВКР необходимо системно подойти к изучению состояния своей области проектирования, правильно сформулировать целевые задачи и учесть поставленные ограничения, выбрать оптимальные технические решения, обосновать их и
f\j ■Л f\j
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
49965Р- ка2210?0228'^' - Г0С' РеГ' ЭЛ № ФС 77"
ДОТ 14228 УДК 378.147 ' ' '
подготовить комплект конструкторско-технологической документации. Для рационального достижения указанных задач нами предлагается технология, основанная на методологии прикладного системного анализа ЮНЕСКО [3], широко применяемой системными аналитиками ведущих стран мира и доработанной нами для решения задач проектирования и организации группового проектного обучения (ГПО) [4].
Проектирование является высшим видом творческой деятельности [5] и сложным процессом, организовать который можно только с использованием системного подхода и методов системного анализа [6]. Нами предлагается при выполнении ВКР и подготовке пояснительной записки использовать семь следующих этапов.
1. Фиксация проблемы
На этом этапе выявляется потребность в разрабатываемом объекте (называемом в дальнейшем «объектом») и письменно формулируется проблема проектирования. Потребность определяется на основе выявления следующих факторов:
- наличие аналогов и прототипа, имеющихся в сфере реализации, по приемлемой цене;
- удовлетворение аналогом или прототипом требуемой функции;
- анализ состояния рынка и прогнозирование объёмов производства;
- степень морального старения аналогов и прототипа;
- наличие возможности наращивать объёмы производства объекта.
Аналоги и прототип исследуются в различных видах литературных источников,
в том числе монографиях, учебниках и учебных пособиях, статьях, патентях и мате-риалях Интернета. Аналоги могут иметь различные принципы действия, и их может быть несколько. Желательно привести внешний вид и основные характеристики аналогов. Прототип - это один из аналогов, который лучше всего удовлетворяет требуемую потребность. Иногда правильно выбранный прототип отменяет проблему проектирования, так как имеющийся серийно выпускаемый объект экономически более целесообразен в использовании, чем разработка и внедрение в производство нового. Новое изделие всегда менее надёжно и долговечно!
В итоге по данному этапу необходимо привести детальное описание прототипа и обосновать необходимость дальнейшей разработки.
Важным моментом данного этапа является критика прототипа со всех сторон и выявление главного недостатка с позиций технических характеристик, схемных, конструктивных, технологических решений. Основные и второстепенные недостатки являются основой для выбора главного и ограничениями в целевой функции проблемы.
Формулировка проблемы должна состоять из одного предложения типа «Проблема проектирования состоит в том, чтобы создать объект, отличающийся от прототипа (далее указывается отличие объекта) ... при сохранении ... (указываются значения неухудшаемых параметров или признаков).
2. Участники проблемной ситуации и анализ их интересов
Для того чтобы спроектировать новый объект, не породив новых проблем, необходимо выявить всех участников проблемной ситуации. Напомним, что системно решить проблему - это улучшить состояние неудовлетворённых участников проблемной ситуации, не ухудшив состояние остальных, имеющих реальное отношение к решаемой проблеме [7]. В общем случае в число участников проблемной ситуации могут входить:
- заказчик;
- разработчики (системотехники, схемотехники, конструкторы);
«VI О <Х»
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
49965Р- 1Я/°21Ю412СХ'Ь*т' ~ Г0С' РеГ' ЭЛ № ФС 77"
ДОТ 14228 УДК 378.147 ' ' '
- изготовители (технологи);
- специалисты по маркетингу и торговой реализации объекта;
- финансисты (спонсоры);
- специалисты по эксплуатации;
- потребители (клиенты);
- специалисты по утилизации объекта после достижения срока службы;
- безмолвные участники (прошлое поколение, окружающая среда, будущее поколение).
Интересы безмолвных участников могут выражать эксперты - историки науки и техники, экологи, специалисты по научно-техническому прогнозированию.
Заметим, что при учёте интересов всех участников проблемной ситуации автор ВКР решает комплексную фундаментально-технологическую проблему проектирования -гармоничное сочетание естественного и искусственного во вновь созданном объекте.
Фундаментальное и технологическое в современном обществознании тесно, органически взаимосвязано. Фундаментальный аспект обществознания содержит в снятом виде технологический аспект (естественное исследуется с позиций искусственного), а технологический аспект обществознания - фундаментальный (искусственное конструируется с учетом знаний о естественном). В этих условиях инженерная мысль должна быть направлена не на создание принципиально нового, чуждого природе и человеку, а на воссоздание уже имеющихся природных механизмов. По мнению русского художника и изобретателя П. В. Митурина, «не та техника, которая стремится изменить дикое и никогда непобедимое лицо природы, но та будет родной человеку, которая широко использует свободную игру сил ее во всем диапазоне уловимых октав ее колебаний» [8].
Технологический взгляд на природу необычайно интенсифицирует научный поиск, технологические разработки. Он расширяет наши представления о действительности, дает возможность почувствовать единый, закономерный мировой процесс развития. В связи с этим можно выявить четыре интеграционных потока в современном научном знании: фундаментальная интеграция, охватывающая естественные механизмы становления, развития и исчезновения природных и социальных явлений; технологическая интеграция, охватывающая механизмы проектирования природных и социальных явлений; футурологическая интеграция, охватывающая механизмы прогнозирования будущих состояний развития естественных и искусственных явлений; историческая интеграция, охватывающая механизмы исторической реконструкции основных этапов становления, развития и исчезновения тех или иных естественных и искусственных явлений. Эти интеграционные потоки сходятся при проектировании с учётом интересов перечисленных выше участников сформулированной проблемы.
Таким образом, концептуальной основой обеспечения качества инженерного образования в XXI в. является интеграция научных знаний различного масштаба в мировоззрении инженера. Она бывает общенаучной (фундаментально-технологическая интеграция), междисциплинарной (интеграция в рамках фундаментальных или технологических наук), внутридисциплинарной (интеграция в рамках отдельных научных дисциплин фундаментального или технологического профиля), научно-производственной (интеграция научного и технолого-производственного знания). Указанная интеграция должна базироваться на фундаментальных знаниях о естественном и природных началах развития человечества. Подготовка ВКР является верши-
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
КОНТ TF.TTT
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
научно-методииесшй электронный журнал - Гос рег. Эл № ФС 77-
ART 14228 УДК 378.147 . - .
ной творческой деятельности будущего инженера, и в период подготовки дипломной работы он должен проявить способности к такой интеграции.
После составления списка участников проблемной ситуации проводится анализ возможностей каждого из участников с позиций сформулированной ранее проблемы. При этом учитываются кадровые, профессиональные, творческие, технические, финансовые, временные возможности.
3. Формирование проблемного массива
Проблемный массив - это список участников проблемной ситуации с указанием проблем каждого участника при решении сформулированной проблемы. Его лучше всего представить в виде таблицы, в которой против каждого участника приводится список возникших при проектировании проблем с выделением главной. Такую таблицу мы назвали матрицей проблемного массива. Пример матрицы проблемного массива приведён ниже.
Матрица проблемного массива
Участники проблемной ситуации Проблемы участников
1 1.1. Главная
1.2. Основные
1.3. Второстепенные
2 1.1. Главная
1.2. Основные
1.3. Второстепенные
Выявление проблем участников проблемной ситуации может быть проведено экспертным методом, особенно это касается безмолвных участников. Заметим, что в XXI в. особенно возрастает роль учёта интересов окружающей среды - природы при проектировании новых технических объектов. Про учёт интересов прошлого и будущего поколений хорошо сказал классик: «Если ты в прошлое выстрелил из пистолета, будущее грохнет в тебя из пушки!» [9] Завершает рассматриваемый этап анализ противоречий и поиск компромиссов, который позволяет «уладить» неизбежно возникшие противоречия между участниками проблемной ситуации в процессе создания проектируемого объекта.
4. Формирование конфигуратора
Для того чтобы успешно решить проблему проектирования объекта ВКР, необходимо детально изучить его возможные физические принципы действия (ФПД), особенности аналогов и прототипа, описать проблему проектирования. Для этого могут быть использованы различные языки:
- профессиональный (по характеру проблемы);
- математический;
- алгоритмический;
- финансовый;
- технический (язык чертежа, схемы);
- информационный и т. п.
Конфигуратором называется минимально необходимое число языков для описания поставленной проблемы. По сути, конфигуратор - это знания и умения, полученные автором проекта из различных информационных источников. Таким образом, под конфигуратором в дальнейшем будем понимать список информационных источников, необходимых для описания проблемы проектирования. Для выполнения ВКР конфигуратор должен содержать не менее 50 наименований монографий, учебных
гм yj nj
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
49965Р- 155/М230/41120х'И1т' ~ ^ ^ ЭЛ № ФС 7?"
ДОТ 14228 УДК 378.147 ' ' '
пособий, статей, патентов, материалов Интернета. После формирования конфигуратор нужно изучить с позиций решаемой проблемы.
5. Целевыявление
В системном анализе главенствует принцип: «Нет цели - нет решения проблемы!» Дальнейшее продвижение в проектировании объекта требует составления технического задания (ТЗ) на ВКР. ТЗ является обобщённой описательной интегральной моделью проектируемого объекта. Для ВКР естественнонаучного или гуманитарного профиля ТЗ может называться заданием на ВКР или заданием на проведение исследований. На начальных стадиях проектирования ТЗ носит идеализированный характер, в конце проектирования оно может быть уточнено в прагматическом направлении с учётом научно-технологических реалий. ТЗ имеет формализованный вид в соответствии с ведомственными, корпоративными или государственными нормами. Для составления ТЗ необходимо сформировать массив критериев, описывающих качество объекта, и задать значения показателей, входящих в критерии. Задание значений показателей может быть методом прогнозируемых экспертных оценок, методом назначений или аналитическим (расчётным) методом. Для типовых потребительских объектов существуют ГОСТы на значения показателей, причём для повышения качества таких изделий применяется опережающая стандартизация. В общем случае для большинства технических объектов существуют следующие четыре группы критериев [10]:
- функциональные критерии, характеризующие тактико-технические показатели;
- технологические критерии, связанные с возможностью и простотой изготовления;
- экономические критерии, связанные с материальными, энергетическими финансовыми ресурсами;
- антропогенные критерии, связанные с эргономикой, экологией и безопасностью жизнедеятельности.
Конкретные значения показателей критериев выбираются, исходя из особенностей объекта и проблемы проектирования. Методическая основа для выбора показателей - массив показателей аналогов и прототипа.
Итогом данного этапа является дерево целей, примерный вид которого приведён на рисунке, и ТЗ по предписанной форме. Значения показателей объекта, проставленные в дереве целей, переносятся в ТЗ. Заметим, что в этом случае ТЗ является научно обоснованным, так как его составлению предшествовали четыре предыдущих системных этапа.
Выбор показателей дерева целей может осуществляться следующими методами:
- прогнозирование на основе информационного исследования;
- аналитический метод на основе математического моделирования тенденций развития объекта и расчёта показателей объекта по модели;
- задание на основе интуиции, опыта проектирования, изготовления, эксплуатации аналогичных объектов.
Лучшим способом правильного и объективного задания значений показателей проектируемого объекта является сбор информации о потребительских свойствах продукции, рекламациях, надёжности, долговечности, ремонтопригодности, утилизации, осуществляемый специальными службами предприятий. Заметим, что часто один неудачно заданный показатель влечёт за собой большие материальные и временные затраты и малый потребительский спрос.
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
КОНТ TF.TTT
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
научно-методииесшй электронный журнал ^S/JSx^. - Гос. рег. Эл № ФС 77-
ART 14228
УДК 378.147
Примерный вид дерева целей для технического объекта
6. Исследование проблемы проектирования и путей её решения Исследование проблемы в конечном итоге выливается в детальное изучение проектируемого объекта, рассмотрение возможных вариантов ФПД, конструктивной функциональной структуры (КФС), внешнего вида и цветовой гаммы объекта. При проектировании социальных и общественных объектов составляется структурная схема системы и задаются её функции. Программные объекты определяются струк-
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-
49965Р- ка2210?0228'^' - Г0С' РеГ' ЭЛ № ФС 77"
ДОТ 14228 УДК 378.147 ' ' '
турной схемой алгоритма и программой. В процессе исследования проблемы решается вопрос, можно ли достичь показателей объекта, заданных в дереве целей, и с помощью каких решений.
Исследование может быть проведено информационным, теоретическим, экспериментальным, экспериментально-теоретическим, теоретико-экспериментальным методами или методом планирования эксперимента [11]. В процессе исследований возможно применение имитационного моделирования или вычислительного эксперимента. Изучается проектируемый объект, декомпозируются его составные части. Анализ проводится по уровням «надсистема» - «система» - «подсистема» - «элемент». Выявляются главная, основные, второстепенные, вредные функции каждой составной части. Такой анализ поможет на следующем этапе провести синтез нового объекта для решения поставленной проблемы. Информационное исследование или обзор литературных источников являются минимально необходимыми. Если такое исследование не сформирует у автора проекта конфигуратор, проводятся исследования указанными выше методами.
7. Генерация идеи решения проблемы проектирования
Для принятия новых технических решений по проблеме проектирования могут быть использованы следующие методы [12]:
- мозговая атака;
- морфологический анализ;
- функционально-стоимостной анализ;
- метод эвристических приёмов;
- теория решения изобретательских задач;
- «изобретающие» программы;
- аналитические методы, моделирование.
На этом этапе генерируются идеи по решению проблемы проектирования и выбирается лучший, наиболее соответствующий дереву целей.
Прикладной системный анализ по рассмотренной технологии проводится в первом разделе пояснительной записки ВКР. Остальные разделы посвящены обоснованию проектных решений по выбранной идее и подтверждению показателей ТЗ по четырём критериям, а также описанию объекта проектирования и его составных частей. Важным разделом является патентное исследование, позволяющее определить патентоспособность и патентную чистоту проектных решений.
Описанная технология используется нами в практике по ряду технических специальностей при подготовке специалистов и бакалавров в течение 15 лет. При её применении выпускники легко защищают свои работы, так как вся логика выполнения ВКР подчинена системному обоснованию, анализу и синтезу проектных решений. Уяснив указанную технологию, выпускники легко осваиваются на производстве, становятся авторами технических решений на уровне изобретений и достигают быстрого карьерного роста.
Ссылки на источники
1. Московченко А. Д. Инновационные качества творческой личности инженера XXI века // Опережающее инновационное образование и подготовка специалистов в области техники и технологии: III Междунар. симп., Москва, 27-28 марта 2007 г. - Томск: Томск. политехн. ун-т, 2007 - С. 69-71.
2. Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы научно-технического творчества: учеб. пособие. - Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2003. - 304 с.
3. Московченко А. Д. Указ. соч.
4. Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы ...
pu "7 fu
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
КОНТ TF.TTT
научно-методический электронный журнал ART 14228 УДК 378.147
Алексеев В. П., Степаньян В. В. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Концепт. - 2014. - № 09 (сентябрь). - aRt 14228. - 0,4 п. л. - URL: http://e-koncept. ru/2014/14228.htm. - Гос. рег. Эл № ФС 7749965. - ISSN 2304-120X.
5.
6. 7. В.
9.
10. 11.
12.
Московченко А. Д. Указ. соч.
Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы ...
Там же.
Московченко А. Д., Алексеев В. П. Методологические и методические основы формирования групп проектного обучения: монография. - Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2010. - 134 с.
Московченко А. Д. Указ. соч.
Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы ...
Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Основы научных исследований и патентоведение: учеб. пособие. -Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2003. - 180 с.
Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы ...
Valery Alexeev,
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, International Innovative University, Sochi alekseev.valeri@yandex.ru Vladimir Stepanyan,
Student of Economics and Technology Departments, International Innovative University, Sochi step.wo@mail.ru
System technology of making graduate papers for students of technical majors Abstract. The article is devoted to final degree papers for students of technical majors. The authors propose to change the standard approaches to the project activity during the period of certification. Modern technical facilities are complex ones in terms of the variety of physical processes that occur in them. In this regard, it is necessary to apply the system design methods and organization of work. The authors base on the use of thw systematic approach and methods of scientific and technical creativity.
Key words: technology, systems, graduate paper, systems analysis, problem situation, applied system analysis. References
1.
2.
3.
4.
5.
6. 7. В.
9.
10. 11.
12.
Moskovchenko, A. D. (2007) “Innovacionnye kachestva tvorcheskoj lichnosti inzhenera XXI veka”, in Ope-rezhajushhee innovacionnoe obrazovanie i podgotovka specialistov v oblasti tehniki i tehnologii: III Mezhdunar. simp., Moskva, 27-28 marta 2007g., Tomsk. politehn. un-t, Tomsk, pp. 69-71 (in Russian). Alekseev, V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody nauchno-tehnicheskogo tvorchestva: ucheb. posobie, Izd-vo IOA SO RAN, Tomsk, 304 p. (in Russian).
Moskovchenko, A. D. (2007) Op. cit.
Alekseev, V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Sistemnyj analiz imetody ...
Moskovchenko, A. D. (2007) Op. cit.
Alekseev, V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Sistemnyj analiz imetody ...
Ibid.
Moskovchenko, A. D. & Alekseev, V. P. (2010) Metodologicheskie i metodicheskie osnovy formirovanija grupp proektnogo obuchenija: monografija, Izd-vo Tomsk. gos. un-ta sistem upravlenija i radiojelektro-niki, Tomsk, 134 p. (in Russian).
Moskovchenko, A. D. (2007) Op. cit.
Alekseev, V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Sistemnyj analiz imetody ...
Alekseev V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Osnovy nauchnyh issledovanij i patentovedenie: ucheb. posobie, Izd-vo IOA SO RAN, Tomsk, 180 p. (in Russian).
Alekseev, V. P. & Ozjorkin, D. V. (2003) Sistemnyj analiz imetody ...
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
9772304120142
http://e-koncept. ru/2014/14228.htm
