лаборатория современных машиностроительных технологий

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЕКТ «ЛАБОРАТОРИЯ СОВРЕМЕННЫХ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ». ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ
А.А. Крайнов преподаватель спецдисциплин машиностроения курса
Тольяттинский политехнический техникум г. Тольятти.
ГБОУ СПО
Тольяттинский политехнический техникум в течение длительного времени
применяет в образовательном процессе современные информационные технологии, в том
числе – средства автоматизированного проектирования (САПР). Этому способствует
постоянная разработка, внедрение и поддержка новых технологических решений
информатизации обучения, большое число современных персональных компьютеров (350,
из которых 180 постоянно используются в образовательном процессе).
При подготовке специалиста в заведении среднего профессионального образования,
как правило, не используются системы «высокого» уровня – инженерных расчетов,
анализа данных, электронного документооборота и прочих, но САПР среднего уровня
достаточно прочно вошли в образовательный процесс. При переходе на образовательные
стандарты третьего поколения это оказалось особенно важно. Если в образовательных
стандартах второго поколения можно было увидеть «размытую» формулировку «… с
применением систем автоматизированного проектирования…», то в стандартах третьего
поколения имеется уже жесткий перечень учебных дисциплин, включающих в себя
изучение САПР, приводится список рекомендуемых CAD и CAM систем, в примерные
рабочие программы внесены часы на их изучение.
Работодатели так же не остаются в стороне – при поступлении на работу отдается
предпочтение выпускникам, имеющим навыки работы с графическими системами,
умеющим разрабатывать управляющие программы.
Тольяттинский политехнический техникум к таким изменениям в учебных планах
подошел достаточно подготовленным – так как давно и традиционно изучаются пакеты
прикладных программ, решающих задачи инженерного проектирования и подготовки
технологических процессов. Многие из рекомендуемых стандартом программ, уже во
втором поколении образовательных стандартов, изучались в объеме большем
рекомендуемого.
В Тольяттинском политехническом техникуме длительное время проводятся
олимпиады по компьютерной графике и дизайну, важное место в которых всегда
занимали средства САПР машиностроительного и строительного направления.
Кроме того, на базе ТПТ длительное время функционирует авторизованный учебный
центр российской компании АСКОН – производителя современных САПР.
Это так же способствовало использованию CAD-CAM систем в образовательном
процессе.
В ТПТ я преподаю спецдисциплины машиностроения, поэтому дальнейший мой
доклад будет касаться САПР машиностроительного направления, а конкретно образовательного проекта «Лаборатория современных машиностроительных технологий».
Данный образовательный проект существует с 2010-го года. Он был создан на основе
двух факультативов – «Виртуальная 3D лаборатория» и «Лаборатория станков с
ЧПУ», занятия на которых проводились вне учебного расписания, а участники
факультативов – студенты, желающие углубить знания по отдельным направлениям
учебного процесса. Сам проект тоже существует факультативно и объединяет студентов
из числа наиболее талантливых представителей специальностей «Технология
машиностроения», «Сварочное производство» и «Техническое обслуживание и ремонт
автомобильного транспорта».
Здесь следует немного рассказать об особенности учебного процесса среднего
профессионального учебного заведения. За первый курс студенты изучают предметы
школьной программы для получения ими среднего образования. Второй курс – предметы
общетехнического цикла. Только на третьем курсе у них начинаются специальные
предметы, а половину четвертого курса занимает производственная практика, подготовка
и защита дипломного проекта. Таким образом, на получение дополнительных знаний по
спецдисциплинам остается менее полутора лет. В этом есть определенное затруднение,
так как в таких условиях сложно затеять большой «взрослый» проект на несколько лет, а
каждый год приходится начинать сначала. Однако небольшие проекты, особенно
имеющие практическую направленность, положительно влияют на дальнейший
профессиональный рост участников этих проектов. Как показывает практика, студенты,
работающие «в команде» на факультативах, командой же продолжают решать
технические задачи при поступлении в ВУЗ, либо на производстве, показывая блестящие
результаты.
Лаборатория современных машиностроительных технологий включает в себя две
виртуальных и одну реальную лаборатории технической направленности, объединенных в
один образовательный проект, позволяющий решать задачи сквозного проектирования
деталей от модели до готовой детали. Реализация проекта завязана на использовании
трехмерного моделировщика КОМПАС 3D и технологического модуля Вертикаль
компании АСКОН, а так же модуля ADEM-CAM 8.2 компании «Omega Adem Technologies
Ltd».
Виртуальная 3D лаборатория
Несколько лет назад возникла идея создания виртуальной лаборатории и
проведения лабораторных работ не в лаборатории, а на компьютере. Идея была интересна
как сама по себе (например, виртуальные тренажеры в авиации), так и тем, что для ее
реализации не потребовалось финансовых вливаний извне. Цели реальной лабораторной
работы, как показала практика, полностью реализовывались при выполнении
виртуальной. Все «лабораторное оборудование» было изготовлено мной и студентами
третьего курса. Начиналось все с модели универсального угломера, использующегося при
проведении лабораторной работы по «Процессам формообразования…». Для
иллюстрации методических указаний мною была создана 3D модель этого несложного
измерительного прибора. Иллюстрации сделаны, методичка издана, а модель прибора
была передана студентам для совершенствования навыков 3D сборки в рамках
факультатива «КОМПАС-студия». Как выяснилось, студенты, работающие с трехмерной
сборкой, в полной мере освоили конструкцию и функции данного прибора, и при
выполнении лабораторных работ по предмету «Процессы формообразования…» у них не
возникало сложностей с измерениями.
Дальнейшее развитие виртуальной лаборатории привело к созданию базы данных
трехмерных деталей универсально-сборных приспособлений (УСП) для выполнения
лабораторных работ по предмету «Технологическая оснастка». Универсально-сборные
приспособления выполняются из большого количества стандартных и нормализованных
деталей, выполненных с высокой точностью. Предназначены они для обработки деталей,
выпускаемых малыми партиями в мелкосерийном и среднесерийном производстве.
Иногда комплект деталей УСП в шутку называют конструктором «ЛЕГО» для взрослых.
Пользуясь деталями из комплекта виртуального УСП, студенты могут комбинировать из
них приспособления различного назначения, используя их в курсовом и дипломном
проектировании. Это важно еще и тем, что в настоящее время, предприятия, даже взяв на
практику студентов, не снабжают их необходимыми чертежами технологической
оснастки, ссылаясь на коммерческую тайну. Приспособления, созданные студентами при
выполнении лабораторных работ, с небольшой переработкой используются в курсовом и
дипломном проектировании.
В настоящее время работа над комплектом деталей продолжается, студенты
подготовили модели сборок гидроцилиндров УСП, комплекты стандартных
гидроцилиндров для станочных приспособлений.
Кроме приспособлений УСП, ведется работа по созданию более серьезных
специальных приспособлений.
Еще одно направление виртуальной 3D лаборатории — проектирование сложного
режущего инструмента. Инструменты многозубые, инструменты винтовые, инструменты
со сложными пространственными поверхностями изготавливаются в 3D, и затем
переносятся на чертежи для дальнейшего использования в дипломном проектировании.
Справедливости ради, следует отметить, что большая часть студентов еще не делает эту
работу самостоятельно, но уже многие могут из готовой модели инструмента сделать
новый, поменяв часть параметров.
И последнее на данный момент направление деятельности виртуальной
лаборатории — создание трехмерных технологических наладок.
Технологические наладки представляют собой комплект чертежей, позволяющих
еще до передачи детали на станок установить взаимное положение приспособлений,
детали, инструментов в рабочей зоне станка, определить возможные трудности рабочих и
холостых ходов во время обработки, траекторию режущего инструмента и многое другое.
Чертежи наладок традиционно присутствуют в технологической части курсовых и
дипломного проекта. С появлением трехмерного моделирования стала реальной
возможность составления и анализа сложных наладок, которые при работе на бумаге
приходилось чертить в нескольких видах и на нескольких листах.
Лаборатория станков с ЧПУ
Появлению лаборатории станков с ЧПУ предшествовало неприятное событие –
предприятия города отказались брать наших студентов на технологическую практику. В
качестве выхода из создавшегося положения рассматривался вопрос создания
студенческого конструктоско-технологического бюро, с выполнением реальных или
учебных
задач
проектирования и
изготовления деталей
машиностроения.
Предполагалось, что группа, разбившись на бюро – конструкторское и технологическое,
под руководством преподавателя будет заниматься ведением реальных или учебных
проектов с подготовкой документации. Работа студенческого бюро во многом выполняла
задачи, которые ставились на технологическую практику. Незадолго до этого были
приобретены и установлены два малогабаритных станка с ЧПУ.
Проблема с практикой решилась без создания студенческого бюро, а сделанные
наработки были использованы во вновь возникшем проекте «Лаборатория станков с
ЧПУ», в рамках факультатива. Только к пунктам «проектирование детали» и «подготовка
техпроцесса» добавился пункт – «изготовление на станках с ЧПУ». В конце
позапрошлого, начале прошлого учебного года эта работа была реализована. Была
поставлена техническая задача, выбраны пути ее решения, в CAD системе спроектирована
модель, в CAM системе разработана технология и написана управляющая программа. На
станках лаборатории был изготовлен опытный образец изделия. Работа была оформлена в
виде отчета о научно-исследовательской работе, состоялось выступление на студенческой
научно-пракической конференции в ТМК. Данной работой заинтересовались
представители молодежной политики АВТОВАЗа, бывшие в жюри. Работа получила
высокую оценку.
Прошлый год отмечен еще одним этапом – освоена технология гравировальных
работ на станке с ЧПУ Quantum c CNC Омега+. Была выполнена реальная работа –
изготовлены 60 гардеробных номерков для бассейна «Дельфин».
Результатами проделанной работы явилось следующее:
- изучены основные возможности гравировального модуля программы ADEM 8.2;
- получен и обобщен опыт выполнения фрезерно-гравировальных работ в реальных
условиях;
- подготовлен пакет конструкторско-технологической документации для
дальнейшего развития темы гардеробных номерков и возможности производить их
серийно;
- подготовлено выступление на IV открытом региональном конкурсе «Инженерная
компьютерная графика и применение ее в производстве».
Виртуальная технологическая лаборатория
Еще одно направление работы образовательного проекта, стартовавшее в прошлом
году. Оно заключается в создании базы техпроцессов разнохарактерных деталей в
формате САПР «Вертикаль», для реализации профессиональных модулей «Разработка
технологический процессов изготовления деталей машин» и «Участие в организации
производственной деятельности структурного подразделения», а так же базы
техпроцессов выполненных дипломных проектов. Как будет реализовано это направление
– покажет время.
И, наконец, последнее направление в работе лаборатории – подготовка и
проведение видеоконференций технической направленности. В лаборатории станков с
ЧПУ установлена WEB-камера, показывающая непосредственно процесс обработки
детали на станке. В учебном классе преподаватель ведет урок с использованием
интерактивной доски и проектора, находясь, через внутреннюю сеть, на связи с
лаборантом, проводящим обработку. Таким образом, большое количество студентов
видит то, что происходит в небольшой лаборатории, и имеет возможность интерактивно
участвовать в проведении лабораторной работы. В перспективе – возможность
проведения уроков – конференций со студентами других учебных заведений, с рабочими
машиностроительных предприятий и т.д.
Данным направлением серьезно заинтересовались представители французской
делегации лицея Камий Клодель, посетившие наш техникум в октябре 2012-го года –
было предложили поддерживать связь для реализации этого проекта.
Результаты работы проекта:
- выступления на студенческих конференциях в рамках недель специальности и по
итогам практик – ТПТ 2010 – 2012 годы.
- участие в III региональной студенческой научно-практической конференции
«Перспективы развития современного производства» — диплом первой степени в секции
«Инновации в машиностроении» — 2010 г.
- участие в IV региональной студенческой научно-практической конференции
«Перспективы развития современного производства» — диплом первой степени в секции
«Информационные технологии», грамота за лучшую презентацию конференции — 2011
год
- участие в IV открытом региональном конкурсе «Инженерная компьютерная
графика и применение ее в производстве». — диплом второй степени — 2012 год
Работа над проектами продолжается. Предполагается с переходом на ФГОС
третьего поколения внедрить данный проект непосредственно в профессиональные
модули учебного плана.