CC BY
41
и углубленная подготовка студентов именно в области теории поверхностей и геометрических преобразований, что крайне важно в условиях ФГОС ВПО при сокращении часов на изучение дисциплин геометро-графического цикла, в частности начертательной геометрии.
В качестве заключения отметим, что пространственные представления как разновидность образного мышления обеспечивают создание не только образов объектов, но и системы образов, и оперирование ими в процессе решения задач. Умение мыслить в этих системах и характеризует пространственный интеллект индивидуума.
Формирование пространственных представлений обеспечивается средствами учебных дисциплин (начертательная геометрия, математика), средствами геометрического моделирования (прикладная геометрия, инженерная и компьютерная графика), далее развивается и совершенствуется в освоении специальных дисциплин проектно-конструкторского цикла. Таким образом, обогащение интеллектуального ресурса личности умениями оперировать пространственными образами отвечает задаче высшего профессионального образования — воспитанию высокоинтеллектуального, творческого, а значит, и конкурентноспособного специалиста.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьева, И.Б. Формирование интеллектуальных умений в обучении [Текст] / И.Б. Афанасьева // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия: Наука и образование.— 2010. № 4 (110).— С. 349-356.
2. Афанасьева, И.Б. Формирование пространственных представлений в обучении [Текст] / И.Б. Афанасьева // Фундамент.исслед. и инновации в техн. ун-тах: Матер. ХШ Всерос.конф. по проблемам науки и высшей шк.— СПб, 13 мая 2009. — СПб: Изд-во СПбГПУ, 2009.— С. 203-204.
3. Ботвинников, А.Д. О нерешенных вопросах в теории и практике обучения основам проецирования [Текст] / А.Д. Ботвинников // Обучение основам проецирования. Пособие для учителей (из опыта работы) / Сост. А.Д. Ботвинников.— М.: Просвещение, 1975.— 191 с.
4. Дружинин, В.Н. Психология общих способ-
ностей [Текст] / В.Н. Дружинин.— СПб.: Питер, 2000.— 368 с.
5. Ломов, Б.Ф. Опыт экспериментального исследования пространственного воображения [Текст] / Б.Ф. Ломов // В кн.: Проблемы восприятия пространства и пространственных представлений.— М., 1961.— С. 158-162.
6. Покровская, М.В. Инженерная графика: панорамный взгляд (научно-педагогическое исследование) [Текст] / М.В. Покровская.— М.: Изд-во «Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов», 1999.— 137 с.
7. Холодная, М.А. Психология интеллекта. Парадоксы исследований [Текст] / М.А. Холодная.— СПб.: Питер, 2002.— 272 с.
8. Хуторской А.В. Современная дидактика. [Текст] / А.В. Хуторской.— СПб.: Питер, 2001.— 544 с.
УДК 621.01:378.147
В.А. Дьяченко
УСЛОВИЯ ПОДГОТОВКИ КОНСТРУКТОРОВ-МАШИНОСТРОИТЕЛЕЙ ШИРОКОГО ПРОФИЛЯ
Сегодня, когда ушли в прошлое многие крупные конструкторские бюро, проектно-конструк-торские школы и отраслевые проектные организации, а с ними — и известные промышленные предприятия, потребность в квалифицированных конструкторах-машиностроителях нового типа на сохранившихся и вновь созданных ма-
лых и средних предприятиях становится все более ощутимой. По поводу острой нехватки конструкторов-машиностроителей бьют тревогу многие предприятия Санкт-Петербурга, Великого Новгорода и других городов. Ведь хорошо известно, что экономическое благополучие любой промышленно развитой страны в конечном
итоге опирается на машиностроительное производство. Однако сегодня машиностроение у нас все еще не входит в перечень приоритетных направлений развития страны. Такая ситуация не способствует быстрому восстановлению и росту промышленного и экономического потенциала страны. Вместе с тем в ведущих технических вузах страны еще сохранились педагогические кадры и проектно-конструкторские школы, способные готовить конструкторов для современной промышленности. Вузы в силу специфики своей работы активно развивали обучение новым технологиям проектирования, освоение соответствующего программного обеспечения, компьютерного 3^-моделирования, автоматизированного проектирования технологии обработки на станках с ЧПУ и т. п.
При всем многообразии производственных машин и реализуемых ими технологий они, как правило, имеют общие принципы построения и схожую техническую структуру: несущую систему, передаточные и исполнительные механизмы, приводы, систему автоматизированного управления и систему контроля. Все это позволяет говорить о целесообразности подготовки конструктора широкого профиля, способного на единой научно-методической основе разрабатывать самые различные по назначению производственные машины и установки практически любой сложности*. Справедливость такого подхода подтверждает многолетний опыт успешной подготовки инженеров-конструкторов широкого профиля на кафедре «Автоматы» СПбГПУ для различных отраслей, их предприятий и организаций.
Однако за последние двадцать лет существенным образом изменилась технология проектирования, значительно изменились и конструкции производственных (и иных) машин, которые теперь строятся, как правило, на основе типовых конструктивных элементов и модулей и представляют собой органически целостную мехатронную систему, объединяющую механику, управляемые приводы, электронику и микропроцессорное управление. Поэтому, говоря сегодня о подготовке конструктора-маши* Разумеется, здесь речь не идет о подготовке конструкторов сложных наукоемких систем (корабли, самолеты, авиационные двигатели и т. п.). Их следует готовить целенаправленно для разработки соответствующего вида техники.
ностроителя нового типа, можно следующим образом охарактеризовать уровень его компетентности. Это должен быть специалист с широким научно-техническим кругозором, высокой профессиональной эрудицией, способный разрабатывать концептуальные и конструктивные решения новых высокоэффективных конкурентоспособных машин и оборудования (в том числе на уровне изобретений), профессионально владеющий ремеслом, наукой и искусством проектирования на основе CALS-технологий, способный принимать компромиссные проектные решения, основанные на глубоком понимании физических основ проектной задачи и осознании меры гражданской ответственности за
**
результаты проектирования**.
Первое важное условие организации подготовки таких специалистов — уровень их востребованности отечественной промышленностью, готовности их использовать в соответствии с полученной квалификацией***. Здесь государство и бизнес должны сделать важные встречные шаги, направленные на развитие машиностроения в стране.
Немаловажным условием является и поиск «своего» абитуриента, ориентированного на техническое творчество. Но сегодня в школах и в кое-где сохранившихся домах творчества молодежи практически исчезли технические кружки. Ушли и талантливые педагоги, руководители таких кружков и студий. Более того, в 2012 году только 25 % выпускников школ заявили о своем намерении сдавать ЕГЭ по физике. Поэтому важная государственная задача сегодня — возрождение интереса учащихся средних школ к технике, техническому творчеству и организация
** Дьяченко, В.А. Пути и возможности развития в вузе творческого потенциала конструктора-машиностроителя [Текст] / В.А.Дьяченко, М.М. Радкевич // Les problèmes contemporains du technosphére et de la formation des cadres d'ingénieurs.— Recueil des exposes des participants V Conférence Internationale scientifigue et méthodigue du 6 an 15 octobre 2011 a Tabarka (Tunisie).— Donetsk.— 2011.— P. 119-121.
*** Можно отметить, что определенную нехватку квалифицированных конструкторских кадров ощущают и промышленно развитые страны, например Германия, где поступающая в университеты молодежь порой отдает предпочтение не машиностроению, а направлениям подготовки в области финансовой деятельности, менеджмента, права и т. п.
соответствующих студий в городских (районных) домах творчества молодежи.
Ну а пока «в конструкторы» нередко идут не всегда профессионально ориентированные абитуриенты, не готовые к повседневному труду по овладению ремеслом и искусством проектирования. Задача вуза — помочь им правильно сориентироваться в выборе дальнейшего пути обучения, а не принуждать их (и педагогов!) до конца обучения осваивать чуждое им проектно-конструкторское дело. Другое дело — развить интерес и творческие способности студентов, которые хотят стать профессионалами-конструкторами, но в силу обстоятельств ранее не имели возможности приобщиться к техническому творчеству. Весьма разумный путь решения этой проблемы видится во введении уже с первого курса сквозной (во всех семестрах обучения) дисциплины «Проектирование» подобно тому, как это имеет место при подготовке промышленных дизайнеров. Это позволит уже на первых семестрах оценить устремленность студента на освоение профессии и раскрыть его начальный творческий потенциал.
Другой вариант начальной профориентации — прием всех студентов просто на факультет, например на направление «Машиностроение», а последующее распределение их по выпускающим кафедрам осуществлять не ранее второго курса после ознакомления студентов с научными школами и профилем подготовки на выпускающих кафедрах. К сожалению, эта идея войдет в противоречие со структурой и содержанием образовательных стандартов, реализуемых сегодня на факультете, и правилами приема.
Здесь уместно также обсудить, в рамках какого направления подготовки (специальности) разумно готовить конструкторов широкого профиля. Применительно к российскому перечню направлений подготовки и специальностей высшего профессионального образования, по нашему мнению, это целесообразно вести в рамках инженерной специальности 151701 — «Проектирование технологических машин и комплексов» или в рамках направления подготовки 221000 — «Мехатроника и робототехника». Базовые и вариативные части федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) этих направлений подготовки (специальности), несмотря на имеющиеся ограничения, в принципе по-
зволяют организовать полноценную подготовку конструкторов широкого профиля. И нет серьезных противоречий в том, что первая программа ориентирована на подготовку инженеров, а вторая (221000) — бакалавров и магистров: магистерская программа может быть профессионально ориентирована на развитие творческого потенциала конструктора современных мехатронных систем и оборудования.
Важнейшим условием реализации задачи развития творческого потенциала будущих конструкторов является наличие в вузе соответствующей образовательной среды. Это понятие включает учебный план подготовки специалистов с комплексом базовых и специальных программ, необходимое материально-техническое и организационное обеспечение и соответствующий профессорско-преподавательский состав. Рассмотрим эти составляющие образовательной среды подробнее.
При формировании и реализации учебного плана (его профессиональной части) должны быть решены следующие задачи:
обучение основам ремесла механика (знания и навыки слесарной и станочной обработки материалов, резки, гибки, сварки, сборки-разборки, пригонки, измерений и т. п.);
овладение основами проектно-конструктор-ского дела (теоретическая механика, сопротивление материалов, основы конструирования, проектная графика и программное обеспечение 2D и 3D моделирования, например Компас, AutoCAD, Inventor, SolidWorks 2011, ProEngineer, а также необходимые CAE-системы);
знание элементной базы современных машин и оборудования (крепеж, опоры, редукторы, приводы вращательные и поступательные, пневмогидроаппаратура, арматура, датчики, промышленные контроллеры, микропроцессоры, стандартные профили для формирования несущих систем и другие серийно выпускаемые ведущими фирмами функциональные и конструктивные модули для построения машин и приборов);
знание материаловедения (с акцентами на прикладные вопросы рационального выбора материала по критерию «обрабатываемость — цена — качество») и технологий машиностроения;
знание приводной техники (электроприводы, пневмогидроприводы), систем автоматиче-
ского управления, регуляторов скорости, промышленных контроллеров и микропроцессорной техники;
овладение проектно-конструкторским мастерством и постоянный творческий тренинг (сквозная дисциплина «Проектирование» с I по IX семестры, дисциплины «Методология проектирования» и «Инженерный анализ», регулярный научный и проектно-конструкторский семинар, мастер-классы).
При выполнении курсовых проектов (от разработки простых изделий к сложным машинам и системам) в рамках дисциплины «Проектирование» студент учится творчески анализировать проектную ситуацию, известные аналоги, выбирать прототип, формировать комплексные требования к проектируемому изделию, предлагать концепцию (принципы) построения и варианты ее реализации, обосновывать выбор варианта для дальнейшей разработки, выполнять необходимые расчеты, находить его схемное и конструктивное решение с учетом функциональных, эргономических и дизайнерских требований, моделировать функционирование системы с целью определения ее рациональных параметров. Следует отметить, что моделировать и исследовать работу системы можно, как правило, тогда, когда все принципиальные решения по ее построению и функционированию уже приняты конструктором. Моделирование системы, в том числе в рамках 3D виртуальной реальности, анимации работы, а также твердотельного моделирования конструкции в рамках технологий быстрого прототипирования (RP — rapid prototyping), позволяет оптимизировать рабочие и конструктивные параметры изделия, существенно ускорить процесс проектирования и избежать возможных ошибок в разработке рабочей документации. Здесь же студенты учатся составлению пояснительных записок с обоснованием принятых решений, включающим и экономическое обоснование проекта. Весьма важная творческая составляющая этого модуля подготовки специалиста — приобретение умений и творческих навыков разработки наглядной компьютерной презентации проекта и результатов всей работы.
В рассмотренном образовательном модуле интегрируются практически все другие этапы обучения студента-конструктора, формируется и раскрывается его творческий потенциал. При
этом весьма важно правильно подбирать тематику курсового проектирования, реально востребованную промышленностью или перспективную поисковую. Преподавателю следует остерегаться давать на курсовой проект задачу, решение которой он не знает или не сможет активно искать его вместе со студентом. Лучшая организационная форма подобного выполнения курсовых и дипломных проектов — активная работа студента в реально действующем кафедральном (или производственном) конструкторским бюро, где студент погружается в проектно-кон-структорскую среду и одновременно приобретает навыки работы в творческом коллективе.
Студенту должны быть заранее известны и критерии оценки в предметной комиссии или Государственной аттестационной комиссии результатов его проектно-конструкторской работы. Основные из них:
способность к анализу проектной ситуации, умение ставить и решать новаторские проектные задачи, правильно определять сегмент рынка, социальный проект потребителя (для товаров народного потребления) и стоимостные ограничения;
правильность подбора и анализа основных аналогов, выбора прототипа и формирования предложений по его модернизации;
новизна и перспективность предложенного концептуального решения, глубина его проработки с учетом современных тенденций развития данного вида техники;
умение грамотно и эстетически выразительно представить схемные решения разрабатываемого изделия (структурные, функциональные, кинематико-компоновочные, эргономические и иные схемы, включая схемы системы управления);
уровень проектного мастерства в конструктивно-технологической проработке изделия (включая проработку цветографической 3D-модели), правильность определения его основных параметров, обоснованность выбора материалов и технологий изготовления;
уровень владения программным обеспечением и компьютерными технологиями подачи и презентации материала проекта, включая анимацию работы проектируемого изделия и расчетные обоснования проекта;
содержание и качество оформления пояснительной записки;
степень самостоятельности в разработке материалов проекта и умение грамотно доложить и защитить предлагаемые проектные решения.
При формировании творческого потенциала и профессионального мастерства конструктора следует иметь в виду следующие основные тенденции развития новой техники и технологий : интеграцию различных видов техники и технологий в новых технологических комплексах для различных областей применения;
всемерное ресурсосбережение при создании и эксплуатации новой техники (сбережение энергии, материалов, трудозатрат);
переход к малорисковым экологически приемлемым технологиям.
Наиболее ярко и наглядно примеры интеграции конструкции и новейших технологий для выполнения известных функций можно проследить на стремительно развивающихся цифровых фотоаппаратах, телефонах, принтерах, электронных тонометрах и т. п. Конструкторы активно используют все современные аспекты 1Т-технологий, по сути дела, в машиностроении и приборостроении такая интеграция новых технологий, прецизионной механики, электро и пневмопривода, оснащенных современными средствами контроля и микропроцессорного управления получила название «мехатронные системы». Сегодня мехатронные системы широко распространены в самых разных областях техники — от автомобилестроения и медицинской техники, станков с ЧПУ, промышленных и иных роботов (например, робот-пылесос) до систем вооружения и миниатюрных беспилотных летательных аппаратов. При этом зачастую существенно меняется тектоника машин и сооружений, трансформируется их облик, меняется весь интерфейс, свойственный предшествующему этапу развития той или иной техники. Достаточно, например, вспомнить эволюцию фотографии с ушедшими в прошлое фотопленками, реактивами для ее обработки и комплексом оборудования для проявки и печати, как впрочем, и самими пленочными фотоаппаратами. Существенно преобразилась конструкция и внешний облик станков с ЧПУ, коренным образом меняется по сравнению с традиционным автомобилем конструкция электромобиля, резко изменился и облик современного телевизора. При этом
всегда на качественно более высоком уровне раскрываются и функциональные возможности такой новой техники.
Прямым результатом такой организации проектирования должно быть развитие творческого потенциала конструктора нового поколения, подкрепленное подачей заявки на изобретение, участием в творческих конкурсах, выставках, конференциях, публикацией материалов разработок, передачей их в промышленность. Все это является существенным стимулом дальнейшего творческого роста специалиста и должно рассматриваться в качестве основных критериев оценки уровня подготовки конструкторов в вузе.
Разумеется, такая подготовка конструкторов — весьма дорогостоящее для вуза (и страны) дело. Она требует значительных площадей и дорогостоящего современного оборудования для мастерских и профильных лабораторий. Весьма высокую стоимость имеет оснащение и эксплуатация лабораторий станков с ЧПУ, мехатрони-ки и робототехники, 3D виртуальной реальности с трехэкранным CAVE и высокопроизводительным компьютерным кластером, лабораторий быстрого прототипирования. Но все это, несомненно, окупится результатами подготовки высококвалифицированных конструкторов нового поколения для отечественного машиностроения. Замена же работы студентов-конструкторов с реальным оборудованием на изучение компьютерной эмуляции работы с ним едва ли принесет желаемые результаты.
И последнее, но, быть может, самое важное — это кадровое обеспечение подготовки конструкторов. Если многие естественнонаучные, общепрофессиональные и специальные дисциплины могут вести профессора, доценты и высококвалифицированные преподаватели различных кафедр, то основную профильную дисциплину «Проектирование» (а также «Методологию проектирования» и «Инженерный анализ») обязательно должны вести педагоги-конструкторы, постоянно участвующие в реальной проектно-конструкторской работе по созданию новой техники по заказам промышленности. Конструктора должен учить конструктор, а не только ученый! К сожалению, система оплаты труда высококвалифицированных конструкторов, не имеющих ученой степени, в вузах России не отрегулирована и ждет своего решения.
