МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) Н.И. БАУРОВА ПРОВЕДЕНИЕ ДЕЛОВЫХ ИГР ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА» Методические указания МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) Кафедра «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» Утверждаю Зав. кафедрой профессор ___________ В.А. Зорин «___» __________ 2015 г. Н.И. БАУРОВА ПРОВЕДЕНИЕ ДЕЛОВЫХ ИГР ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА» Методические указания МОСКВА МАДИ 2016 УДК 62:004.891.3 ББК 30.82-08 Б29 Баурова, Н.И. Б29 Проведение деловых игр по дисциплине «Техническая диагностика и контроль качества»: метод. указ. / Н.И. Баурова. – М.: МАДИ, 2016. – 44 с. В данных методических указаниях излагаются возможные варианты проведения занятий с использованием активных форм обучения – деловых игр. Целью этих занятий является усвоение учащимися базовых концепций внедрения новых диагностических материалов и новых технологий диагностирования. Деловые игры могут применяться для обучения, диагностики индивидуальных особенностей их участников, организации процесса принятия решений, а также в исследовательских целях. Необходимо обратить внимание на то, что данные формы обучения синтезируют в себе преимущества экспериментального, аналитического и экспертного методов. Методические указания предназначены для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 15.03.01 (150700) «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановление деталей машин и аппаратов». УДК 62:004.891.3 ББК 30.82-08 © МАДИ, 2016 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ...................................................................................................... 4 1. Концепция научно-образовательных деловых игр.............................. 6 2. Методика организации и проведения деловых игр ........................... 10 3. Деловая игра 1. «Определение оптимального объема выборки при переходе со сплошного контроля качества на выборочный».................................................... 15 4. Деловая игра 2. «Применение экспертной оценки при выборе новых методов и технологий диагностирования» ........................................................ 25 5. Деловая игра 3. «Оценка целесообразности применения интеллектуальных материалов в системах технической диагностики» ................................................ 33 Литература................................................................................................. 43 4 ВВЕДЕНИЕ Деловые игры являются одной из наиболее эффективных форм решения практических задач обучения специалистов. Выступая как динамические модели упрощенной действительности, они позволяют имитировать реальные ситуации из практики будущей профессиональной работы студентов, реализуя различные сценарии построения процесса принятия решений и взаимодействия между контрагентами. Игровая модель существует с древнейших времен как способ проверки знаний и умений применять их на практике. Прототипом современных деловых игр принято считать «военные шахматы», которые использовались в подготовке офицеров еще с 1780 г. Доска у таких шахмат имела рельеф, король представлял крепость, ферзь – пехоту. Правила описывались математическими формулами. С 1798 г. деловая игра «военные шахматы» проводилась на карте, где фиксировалось передвижение военных отрядов. Позже данные о продвижении войск противника становились основой для формирования последующей игры. Перед Второй мировой войной в Германии, США и Японии большое распространение приобрели военно-политические игры [4]. Позже стали разрабатываться игры, моделирующие перераспределение ресурсов в международных отношениях. По характеру они являлись чисто инструментальными, но затем стали корректироваться с учетом человеческого фактора. Для оценки последствий альтернативных решений в таких играх применялся математический аппарат теории игр. В СССР впервые применение игр в хозяйственной сфере было осуществлено в 1932 г. В Ленинградском инженерно-экономическом институте была разработана и проведена деловая игра на тему «Перестройка производства в связи с резким изменением производственной программы» (автор М.М. Бирнштейн), хотя вместо деловой игры она называлась организационно-производственным испытанием [4]. Практически одновременно на Лиговском заводе пишущих машин была разработана и внедрена деловая игра для обучения персонала в 5 условиях освоения новой продукции. Однако история развития деловых игр в России, начавшись в 30-х годах XX столетия, примерно тогда же была и прервана. Приостановка использования деловых игр в учебных целях, с одной стороны, была связана с нехваткой ресурсов в военное время, а, с другой стороны, объясняется следующей идеологической позицией: «свободные высказывания участников, множество вариантов решения проблем, наработанные в ходе деловых игр, сделали этот вид деятельности опасным и несовместимым с режимом тотальной регламентации» [9]. Первая машинная деловая игра была создана в 1955 г. в США. Она имитировала снабжение баз ВВС. В 1955 г. Американская ассоциация управления разработала игру «Имитация решений в высшем управленческом звене» и апробировала ее на ежегодном семинаре в г. Саранак Лейке в 1957 г. Там же впервые появился термин «деловая игра» [8]. Первые деловые игры не отражали процесс принятия решения, основное внимание уделялось выбору из альтернатив. Большая часть из них – рыночные игры. Они, как правило, моделировали деятельность нескольких фирм, производящих какой-либо продукт и сбывающих его. Каждую компанию представляла команда игроков, которая принимала решения по нескольким управляемым параметрам. Решения рассчитывались по математической модели, и игроки информировались о результатах своих действий. Затем широкое распространение получили внутрифирменные игры, включающие в себя более выраженный драматический компонент. В них участники получали возможность развивать управленческие навыки, обучаться принимать решения в сложных ситуациях с учетом многих факторов. В настоящее время количество деловых игр измеряется тысячами. Они различаются по масштабности имитируемых объектов (участок или отрасль), функциональному профилю (управленческие, рыночные, производственные и др.) и особенностям строения. 6 1. КОНЦЕПЦИЯ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ДЕЛОВЫХ ИГР В отличие от традиционных методов обучения, проведение деловых игр позволяет существенно интенсифицировать процесс обучения при повышении его качества и способствует скорейшему профессиональному становлению специалистов в новых и прогрессивных направлениях. Сложность понятия «деловая игра» привела к несогласованности в многочисленных попытках его определения. Обычно, если игра проводится экономистами, то она называется «бизнес-игрой» (business game), реже – «управленческой» (management game) или операционной. В сфере политики, городского планирования, как правило, используется термин «имитационная игра» (simulation game) [8]. Наиболее общим и распространенным в технических науках является термин «деловая игра», хотя единого мнения по вопросам терминологии среди специалистов нет. В настоящее время деловую игру можно рассматривать и как область деятельности и научно-технического знания, и как имитационный эксперимент, и как метод обучения, исследования, решения практических задач. При проведении занятий под деловой игрой мы будем понимать оптимальный способ изучения методов диагностирования и контроля качества в машиностроении. В свою очередь, под игрой мы будем понимать процесс, в котором две участвующие стороны занимают активную позицию и ведут борьбу за реализацию своих интересов. Каждая из сторон имеет свои цели и задачи и должна использовать некую собственную стратегию, которая может привести к выигрышу или проигрышу. Являясь средством моделирования разнообразных условий профессиональной деятельности, аспектов человеческой активности и социального взаимодействия, деловая игра выступает и методом поиска новых способов ее (деятельности) выполнения, и методом эффективного обучения, поскольку устраняет противоречия между абстрактным характером учебного предмета и реальным характером профессиональной деятельности [8]. Предме- 7 том игры является перечень процессов, имитируемых в игре и в специфической форме замещающих предмет реальной профессиональной деятельности. Структура деловой игры представляет собой совокупность игровой и имитационной моделей. Имитационная модель отражает выбранный фрагмент реальной действительности, который можно назвать прототипом модели или объектом имитации, задавая предметный контекст профессиональной деятельности специалиста в учебном процессе. Она основывается на конкретных ситуациях, взятых из реальной жизни, и представляет собой динамическую модель упрощенной действительности. При этом создаваемая имитационная модель требует немедленного решения поставленной задачи, развивая и укрепляя знания и навыки студентов, приобретенные на всех этапах обучения. Игровая модель – это ролевая структура игры. Игровая форма соответствует логике деятельности, включает в себя момент социального взаимодействия, готовит к профессиональному общению. Игровой компонент способствует большей вовлеченности обучаемых в процесс принятия решения. В игре формируются установки профессиональной деятельности, легче преодолеваются стереотипы, корректируется самооценка. Основу деловой игры составляет разработанный преподавателем сценарий. Сценарий – это базовый элемент игровой процедуры, в нем находят отражение принципы проблемности, двуплановости, совместной деятельности. Под сценарием деловой игры понимается описание в словесной или графической формах предметного содержания, выраженного в характере и последовательности действий игроков, а также преподавателей, ведущих игру. В сценарии отображается общая последовательность игры, разделенная на основные этапы, операции и шаги и представленная в виде блок-схемы [4]. Цели деловой игры в большей степени согласуются с практическими потребностями обучающихся (в рамках изучаемой дисциплины). Данная форма организации учебного процесса устраняет противоречие между абстрактным характером изучаемого предмета и реальным 8 характером профессиональной деятельности, системным характером используемых знаний и их принадлежности к разным дисциплинам. Концепция научно-образовательной деловой игры по дисциплине «Техническая диагностика и контроль качества» предполагает: необходимость формирования грамотного инженерного подхода к использованию существующих и новых методов диагностирования и контроля качества; создание психологических условий для быстрого и качественного усвоения сложного материала; методологическое обеспечение научно-образовательными материалами по теме деловой игры, имеющими большое практическое применение. Результатом научно-образовательной деловой игры становится новое качество – адаптация специалистов к условиям, при которых они должны при недостатке времени грамотно решить поставленную задачу, т.е. выработка навыков и умений быстро ориентироваться в существующих методах технической диагностики и контроля качества изделий машиностроения и умений использовать на практике наиболее эффективные из них. Стремление к постоянному профессиональному саморазвитию предполагает принятие жизненных ситуаций (условий работы) во всех проявлениях, относительную автономность, готовность и способность изменяться во времени и изменять условия своей профессиональной жизни. Научно-образовательная деловая игра должна осуществляться в трех направлениях: методологическое обеспечение; информационная поддержка; совершенствование технологии проведения деловых игр. Методологическое обеспечение научно-образовательной деловой игры предполагает оригинальную авторскую систему занятий, направленную на создание методики проведения операций выбора оптимального технического решения для различных производственных условий, в том числе и для условий технического диагностирования машин, а также методы оценки качества изделий (конструкций). 9 Информационная поддержка научно-образовательной деловой игры предполагает создание баз данных, пользуясь которыми учащиеся смогут самостоятельно решать поставленные перед ними технические задачи. В качестве основы такой базы данных могут служить структуры различных типов углеродных волокон и лент, которые позволяют определить наименее дефектные типы материалов, а также база данных по современным диагностическим материалам (токопроводящие датчики, оптоволоконные датчики, пьезокомпозитные датчики, капсулированные материалы и др.), используемым в системах технической диагностики машин и др. Концепция научно-образовательной деловой игры строится на теоретических принципах теории принятия решений, которая изучает закономерности выбора инженерными работниками путей решения различных по сложности технических задач, а также исследует способы поиска наиболее выгодных из возможных решений. Концепция состоит из теоретической части, которая, в свою очередь, рассматривает решение двух задач: процесса рационального принятия решений, основанного на нормативной теории; процесса практики принятия решений, основанного на дескриптивной теории. В рамках изучения дисциплины деловая игра выступает как одна из основных форм интерактивной аудиторной работы со студентами, предполагая проведение ими предварительного самостоятельного внеаудиторного исследования на основе открытых источников информации. Для максимально эффективного и полного достижения целей игры первый этап рекомендуется проводить в начале освоения дисциплины, нацелив слушателей на длительную работу по заданной проблеме с применением для ее решения инструментов, предлагаемых в рамках лекционного материала. Таким образом, теория конкурентного анализа и формирования конкурентной стратегии будет дополнена практикой ее применения. Саму игру, равно как и оценку ее итогов, рекомендуется проводить по завершении изучения курса перед ситуационным анализом, 10 что даст студентам возможность скорректировать ошибки перед участием в последнем. Деловые игры принято условно подразделять по конечному результату и по конечной цели. В зависимости от конечного результата деловые игры бывают строгие (в них заранее известен ответ и существуют строгие правила) и открытые (в них заранее известного ответа нет, правила изобретаются для каждой игры свои, участники работают над решением неструктурированной задачи). В зависимости от конечной цели выделяют обучающие деловые игры, направленные на появление новых знаний и закрепление навыков участников, и поисковые, направленные на выявление проблем и поиск путей их решения. При постановке задачи необходимо различать учебные цели игры (их ставит перед собой руководитель игры) и цели действий ее участников, которые ставятся ими, исходя из игровых ролей. Успех деловой игры зависит от ряда факторов: организационных, методических, психологических, технических и др. 2. МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ ДЕЛОВЫХ ИГР Разработка деловых игр, позволяющих ускорить процесс восприятия и усвоения слушателями нового материала, продиктована не только новыми социальными требованиями к системе повышения квалификации кадров в системе «вуз – предприятие – кадры», но и существенным увеличением объемов информации. Умение быстро отыскать в огромном потоке новой информации нужный материал, а потом грамотно применить полученную информацию в производственном процессе очень важно для специалистов. Методика проведения деловой игры учитывает особенности психологии людей в условиях, когда им приходится решать противоположные задачи. Наличие современного информационного обеспечения, в том числе и специально созданной автором базы данных по новым диагностическим материалам, способствует быстрой выработке правильных технических решений. Методика организации деловых игр включает в себя разработку алгоритма, при котором слушатель во время проведения игры вынуж- 11 ден занимать активную деловую позицию, самостоятельно участвовать в процессе выбора и принятия технических решений, уметь делать выводы на основе полученной технической информации и принимать научно обоснованные инженерные решения. Методика организации и проведения деловых игр отражает логику практической деятельности, и поэтому игры являются не только эффективным средством усвоения знаний и формирования умений, но и способом подготовки специалистов к профессиональному общению. Общая структурная схема процесса накопления знаний в процессе проведения научно-образовательной деловой игры по теме «Техническая диагностика и контроль качества» показана на рис. 2.1. Данная схема является итерационной и может состоять из i-того количества последовательных приближений к наиболее оптимальному техническому решению. По методологии проведения деловые игры подразделяются на [4; 8]: ролевые игры – каждый участник имеет или определенное задание, или определенную роль, которую он должен исполнить в соответствии с заданием; групповые дискуссии – связаны с отработкой проведения совещаний или приобретением навыков групповой работы. Участники имеют индивидуальные задания, а также существуют и общие правила ведения дискуссии; имитационные игры – имеют цель создать у участников представление, как следовало бы действовать в определенных условиях; организационно-деятельностные игры – не имеют жестких правил, у участников нет ролей, игры направлены на решение междисциплинарных проблем. Активизация работы участников происходит за счет жесткого давления на личность; инновационные игры – формируют инновационное мышление участников, выдвигают инновационные идеи в традиционной системе действий, отрабатывают модели реальной, желаемой или идеальной ситуаций; ансамблевые игры – формируют управленческое мышление у участников, направлены на решение конкретных проблем пред- 12 приятия методом организации делового партнерского сотрудничества команд, состоящих из руководителей служб. При разработке структуры проведения деловой игры необходимо учитывать социально-психологические и синергетические принципы. Согласно социально-психологическому принципу участники деловой игры рассматриваются в системе «человек – инженерная среда», где изменения, произошедшие в параметрах одной системы, ведут к изменениям в параметрах другой. Человек и среда выступают как совокупный субъект развития, и экологичность образовательной среды обеспечивает сохранение здоровья всем ее участникам благодаря оптимальности взаимодействия. Согласно синергетическому принципу человек является открытой самоорганизующейся и саморазвивающейся системой. Информационное сопровождение с позиций синергетического принципа заключается в обучении слушателей умению на основании полученной информации от двух и более источников делать обобщающие выводы, которые учитывали бы различные стороны одной и той же проблемы. Так, система диагностирования с применением интеллектуальных материалов основана на способности углеродного волокна, используемого в качестве сенсора, изменять величину электрического сопротивления в зависимости от прилагаемой внешней нагрузки. Примем это положение за 1-й источник информации. Полимерный слой, который находится на внешней поверхности углеродного волокна и защищает его от воздействия климатических факторов, в результате нагружения постепенно начинает растрескиваться. Количество таких микротрещин примем за 2-й источник информации. Количественно нельзя просто сложить эти две информации. Однако с использованием синергетического подхода возможно их одновременное использование, поскольку 2-й источник является в данном случае дополнительным подтверждением того факта, что имеет место процесс нагружения при значениях напряжений, превышающих предел допустимых для данного полимерного материала. Это является косвенным подтверждением наличия напряженно-деформированного состояния диагностируемой конструкции. 13 До начала деловой игры Ресурсы Информационные Имеющаяся квалификация инженерного персонала Материальные Научно-образовательная деловая игра Поиск нужной информации Опыт принятия технических решений (ТР) Практическая реализация ТР Первый вариант принятого технического решения Анализ ошибок 1-й уровень принятия технического решения i-й уровень принятия технического решения Полученная квалификация инженерного персонала После окончания деловой игры Рис. 2.1. Структура процесса накопления знаний в ходе деловой игры 14 Таким образом, научно-образовательная деловая игра должна быть организована, как последовательная методология познания, содержащая новые инженерные знания и опыт в области методов технической диагностики и контроля качества машин. Необходимо обратить внимание на наиболее типичную ошибку при разработке игры: моделируется «среда», а не деятельность. Деловая игра должна строиться по логике деятельности, точнее, взаимодействия. В основу разработки должна быть положена деятельность, отражающая согласование различных интересов, а не структуры предприятия и аналогичной модели «среды» [2, 10]. Основные цели предлагаемой методики состоят в следующем: 1) содействие профессиональному развитию специалистов; 2) оказание информационной помощи специалистам; 3) формирование навыков и умений самостоятельно принимать грамотные технические решения при решении различных инженерных задач. Первое, на что следует указать – это методологическое сопровождение, которое обеспечивает получение требуемых знаний, умений и навыков в кратчайшие сроки. Вторым, не менее значимым фактором успешной переподготовки является информационное обеспечение, которое позволяет учащимся использовать современные достижения науки и техники. В состав информационного обеспечения входят базы данных по диагностическим материалам, справочная и нормативная документация. Система оценивания знаний должна обеспечивать, с одной стороны, контроль качества принимаемых решений с позиций норм и требований профессиональной деятельности, а с другой – способствовать развертыванию игрового плана учебной деятельности. Система оценивания знаний выполняет функции не только контроля, но и самоконтроля профессиональной деятельности, обеспечивает формирование игровой, познавательной и профессиональной мотивации участников деловой игры. Формирование умений и навыков происходит непосредственно в процессе участия в деловой игре, поскольку каждый участвующий в 15 ней вынужден занимать активную позицию и принимать технические решения. Учитывая относительно непродолжительное время проведения деловой игры, каждый из участвующих может оценить качество принятых им решений и, что самое главное, увидеть практический итог от реализации того или иного технического решения. Таким образом, деловая игра позволяет повысить учебнообразовательный уровень и способствует лучшему усвоению знаний и приобретению навыков, связанных с таким сложным междисциплинарным направлением, как техническая диагностика и контроль качества в машиностроении. 3. ДЕЛОВАЯ ИГРА 1. «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ОБЪЕМА ВЫБОРКИ ПРИ ПЕРЕХОДЕ СО СПЛОШНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА НА ВЫБОРОЧНЫЙ» Одним из наиболее эффективных методов выбора оптимального технического решения является принцип проблемности содержания имитационной модели и процесса его развертывания в игровой деятельности [4]. Упрощенно этот принцип можно представить в качестве модели «предложение – отрицание». Суть этого метода ведения деловых игр заключается в следующем: преподаватель формулирует учащимся задачу деловой игры, выдает справочный материал и разделяет учащихся на две группы. Первая группа должна разработать техническое решение по предложенной задаче. Вторая группа должна опровергнуть эффективность предлагаемого решения и дать технически грамотное обоснование невозможности принятия предлагаемого участниками первой группы решения. Задача участников первой группы – принять объективные (на их взгляд) отрицания и опровергнуть необъективные. Оптимальное техническое решение вырабатывается в процессе дискуссии, когда все необъективные отрицания будут опровергнуты, а объективные приняты. Алгоритм проведения деловой игры по схеме «предложение – отрицание» приведен на рис. 3.1. 16 Исходное задание «Определить оптимальный объем выборки при переходе со сплошного контроля качества на выборочный» 1 … 2 Группа А: обеспечивающая выработку технического решения i … n Группа Б: отрицающая эффективность предлагаемого технического решения Методическое обеспечение Информационное обеспечение 1-й вариант технического решения Отрицание 1-го варианта технического решения n-й вариант технического решения ДА Отрицание имеется НЕТ Принятие решения Конец Рис. 3.1. Алгоритм проведения деловой игры по принципу «предложение – отрицание» Количество людей, участвующих в деловой игре 17 Возможные задачи: 1) определить объем выборки при переходе со сплошного контроля качества на выборочный; 2) определить объем выборки для проведения разрушающих испытаний; 3) определить продолжительность сплошного контроля качества при отработке новой технологии; 4) выбрать наиболее оптимальный метод диагностирования. Задачей деловой игры может быть проблема, к которой имеется множество подходов (теоретических и практических), обусловленных различными смысловыми позициями участников. Событийная ткань должна представлять постоянное столкновение интересов участников игры. Игра строится как скрытый диалог смыслов. Ситуация должна предполагать неоднозначность решений, содержать элемент неопределенности, что обеспечивает проблемный характер игры и личностное проявление игроков. В то же время правила, нормы формулируются однозначно и определенно. В игре необходимо отражать не все разнообразие факторов, действующих в реальной ситуации, а только наиболее значимые. Тогда она становится нагляднее, а участникам легче ее анализировать. Субъективная вероятность происходящих событий не должна быть ни слишком низкой, ни слишком высокой. В первом случае будут воспроизводиться частные схемы поведения, во втором – есть опасность принятия привычных стандартных решений. Чем больше свободы выбора решений, тем охотнее игроки включаются в игру. Деловая игра дает возможность моделировать типичные производственные ситуации, в ходе которых ее участники ведут напряженную умственную работу, коллективно ищут оптимальные решения, используя теоретические знания и собственный практический опыт. Деловые игры, разработанные на конкретных ситуациях, вводят учащихся в сферу производственной деятельности, вырабатывают у них способность к критической оценке действующего производства, к умению находить решение по его совершенствованию и являются мощным 18 стимулом активизации самостоятельной работы учащихся по приобретению профессиональных знаний и навыков. Приобретаемые в процессе деловой игры практические навыки позволяют молодому специалисту избежать ошибок, которые возможны при переходе к самостоятельной трудовой деятельности. При постановке задачи участники деловой игры получают необходимые справочные данные по объему партии, используемым методам промежуточного контроля, условиям эксплуатации деталей, используемым методам контроля (которые можно применять для решения поставленной задачи) или имеют доступ к соответствующим компьютерным базам данных. Важно, чтобы все участники имели доступ к одному и тому же набору справочных данных. То есть группа, обеспечивающая разработку технического решения, и группа, обеспечивающая отрицание предлагаемого решения, должны руководствоваться одними и теми же справочными данными. При недостатке информации участники могут запросить необходимые данные у преподавателя. Для решения задачи, поставленной в процессе деловой игры, учащимся необходимо владеть полученным ранее лекционным материалом и уметь правильно пользоваться справочными данными. Но при стандартной схеме обучения учащиеся, как правило, не умеют применять полученную в процессе обучения информацию на практике. Методика проведения деловой игры должна быть построена так, чтобы стимулировать учащихся к активным собственным действиям, направленным на усвоение материала, и способствовать развитию познавательного интереса к предмету. Поэтому особое внимание следует обратить на то, чтобы заинтересовать учащихся предметом, научиться выделять в предстоящей работе главное, решать любые производственные проблемы. Роль преподавателя в процессе проведения деловой игры может меняться в зависимости от ситуации. Например, стоит задача выбрать оптимальный объем выборки при контроле качества ремонта трещин, восстановленных с использованием полимерных материалов. На этапе отработки технологии ре- 19 монта с использованием полимерных материалов проводился сплошной контроль качества. На первом этапе обе группы учащихся должны проанализировать результаты сплошного контроля качества (результаты сплошного контроля в виде таблиц предоставляются преподавателем), так как при переходе со сплошного контроля качества на выборочный выбор метода контроля и объема выборки осуществляется на основании результатов сплошного контроля. Пример предоставления результатов сплошного контроля качества клеевых соединений приведен в табл. 3.1. Таблица 3.1 Пример результатов сплошного контроля качества 10 клеевых соединений (0 – отсутствие дефекта, 1 – наличие дефекта) Тип дефекта Номер контролируемой детали / результаты контроля 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Отслаивание ремонтного материала 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 Усадка ремонтного материала 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Воздушные включения на поверхности ремонтного материала 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 Для формулировки требований, опять же для того, чтобы получить количественную характеристику полученного результата, учащиеся также самостоятельно должны проранжировать свойства клеевых материалов, используемых при проведении ремонтных работ, и определить, какие из них являются наиболее значимыми при проведении контроля качества. В зависимости от степени подготовленности группы первоначально можно предложить учащимся самостоятельно составить перечень свойств, однако качество выполнения этого этапа необходимо контролировать, поскольку учащиеся могут пропустить какие-либо 20 значимые характеристики, что в итоге приведет к неправильному результату и может ввести их в заблуждение. Пример такого ранжирования показан в табл. 3.2. Данный пример следует использовать как образец заполнения таблицы ранжирования, где в первом столбце указаны все характеристики материала, а в последующих столбцах учащиеся (каждый должен это сделать самостоятельно и в итоге получить результирующее решение от всей группы) ставят оценки в баллах (например, от 1 до 7, как в данном примере) и в самом крайнем столбце суммируют полученные цифры, определяя таким образом наиболее важные характеристики. В данном случае, чем меньше суммарная оценка, тем предпочтительнее данный показатель качества материала. Количество оцениваемых показателей может быть любым, важно только знать, что один и тот же балл не может быть поставлен дважды. Таблица 3.2 Пример ранжирования показателей качества клеевого материала, который используется для заделки трещины № п./п. 1 2 3 Показатель качества клеевого материала Прочность статическая Прочность динамическая Относительное удлинение Количество студентов, принимающих участие в экспертной оценке Общий балл Место 1 2 3 4 6 3 2 3 14 3 1 2 1 1 5 1 5 7 4 4 20 5 4 Теплостойкость 2 1 3 2 8 2 5 Водостойкость 4 5 6 7 22 6 6 Маслостойкость 3 4 5 5 17 4 7 Ползучесть 7 6 7 6 26 7 На примере итогов ранжирования (см. табл. 3.2) необходимо обсудить с учащимися полученные результаты, поскольку все приведен- 21 ные в табл. 3.2 показатели качества клеевого соединения являются важными и выбрать по такой методике какой-то один из них нельзя. Тем не менее для учебных целей студентам можно использовать (на последующих этапах) небольшое количество показателей, например, три (динамическая прочность, теплостойкость, маслостойкость). Выполненная оценка позволяет учащимся самостоятельно оценить показатели и, соответственно, вспомнить лекционный материал, поскольку такая оценка предполагает знание методик определения тех или иных показателей. Далее, в соответствии со структурной схемой (рис. 3.2) учащиеся начинают проводить поиск оптимального решения по двум направлениям: выбор метода контроля; выбор оптимального объема выборки. На втором этапе необходимо определить метод контроля качества восстановленного соединения, так как чем более точные методы контроля используются, тем меньше может быть выборка). Каждая команда, в зависимости от сложности и многовариантности поставленной задачи, также делится на группы, и каждая группа проводит поиск методов контроля с учетом не одного, а нескольких критериев. Предлагаемые методы контроля должны позволять контролировать те дефекты, которые были зафиксированы при сплошном контроле (см. табл. 3.1). Поиск оптимального решения Выбор метода контроля Инструментальные Выбор объема выборки Органолептические Плавающая Фиксированная Рис. 3.2. Структурная схема поиска оптимального решения 22 Таким образом, одна часть команды далее занимается поиском оптимального метода контроля качества, выбирая его из группы инструментальных методов, а вторая – из органолептических методов. Каждая из групп должна обосновать предложенные технические решения и дать мотивированный ответ на замечания оппонентов (предлагающих другое решение). Выбор объема выборки на данном этапе определяющей роли не оказывает, и учащиеся должны объяснить причины, по которым они первоначально производят выбор именно метода контроля, а не сразу переходят к определению объема выборки. На третьем этапе, зная используемый метод контроля качества и контролируемые параметры, учащиеся должны определить оптимальный объем выборки. Это достаточно сложная задача, которая требует от преподавателя большой подготовительной работы, целью которой является создание баз данных для учащихся. Этот этап также является многоуровневым. Здесь возможны самые различные решения и учащийся должен обосновать сделанный им выбор. На всех этапах учащиеся должны аргументировать свой выбор и перечислять не только преимущества того или иного метода, но и указывать его недостатки, которые в последующем могут оказать решающее влияние при решении поставленной задачи. Для обеспечения объективности получаемых технических решений целесообразно на первом же этапе перейти от описательных оценок к количественным [10]. Для этих целей учащимся необходимо предложить разработать свои вербально-числовые шкалы, показав в качестве примера шкалу Харрингтона (табл. 3.3). Численное значение оценки необходимо сохранить таким же, как и в большинстве подобных шкал, т.е. от 0 (это минимальное значение оценки) до 10 (максимальное значение оценки), тогда как внутри этого интервала разделение может быть на любое количество шкал. Далее учащиеся, используя созданные ими шкалы, должны последовательно оценить все выбранные методы и получить таким образом суммарную оценку разработанного технического решения. 23 Таблица 3.3 Шкала Харрингтона № п./п. Содержательное описание оценки Численное значение оценки 1 Очень высокая 8,0 … 10,0 2 Высокая 6,4 … 8,0 3 Средняя 3,7 … 6,4 4 Низкая 2,0 … 3,7 5 Очень низкая 0,0 … 2,0 Если при выборе отсутствует единый критерий, то необходимо воспользоваться весовыми коэффициентами. В этом случае все полученные результаты (по каждому отдельному этапу) целесообразно заносить в таблицы, позволяющие визуально оценить качество работы учащихся и их уровень подготовки. Пример выбора весовых коэффициентов и определения значимости различных критериев для различных методов контроля качества показан в табл. 3.4. Таблица 3.4 Пример сравнительной оценки трех методов контроля качества Критерии оценки и их весовые коэффициенты Методы контроля качества Сумма баллов Место 10/3 9,2 1 4/0,8 8/2,4 5,7 2 2/0,4 1/0,3 1,7 3 эффективность продолжительность стоимость 0,5 0,2 0,3 Разрушающий 10/5 6/1,2 Неразрушающий (инструментальный) 5/2,5 Неразрушающий (органолептический) 2/1 Весовые коэффициенты должны задаваться самими учащимися и обосновываться. Если учащиеся затрудняются в задании весовых 24 коэффициентов, то им помогает преподаватель, обязательно объясняя причины того или иного выбора. Сумма всех весовых коэффициентов всегда равна 1. Оценки учащиеся (члены одной команды) проставляют по 10-балльной системе (оценка ставится в числителе). Причем баллы могут повторяться. При такой оценке балл умножается на весовой коэффициент и этот результат записывается в знаменателе. Далее по всем критериям полученные значения с учетом весовых коэффициентов суммируются и получают сумму баллов. Наибольшее количество баллов и есть самый предпочтительный вариант. Поскольку целью данной деловой игры является определение оптимального объема выборки при контроле качества изделий, то технологические параметры в данном случае не рассматриваются и не оцениваются. В нашем примере наибольшее значение уделялось эффективности предлагаемого метода и именно по этой причине использован такой высокий весовой коэффициент (0,5). Если же в качестве одного из критериев использовать характеристику технологичности, то результат будет совершенно другим, поскольку данный метод требует дополнительных операций по подготовке образцов для разрушающих испытаний, тогда как методы неразрушающего контроля могут встраиваться непосредственно в технологический процесс. Необходимо, чтобы учащиеся в процессе деловой игры составляли не одну, а несколько таблиц сравнительной оценки эффективности выбираемых ими методов (конкретизируя разрушающие и инструментальные методы) по различным критериям, поскольку такой анализ позволит понять, какие именно данные им нужны при выборе оптимального метода контроля и как этот выбор видоизменяется в зависимости от того, какой критерий является наиболее значимым. Далее, определив наиболее и наименее предпочтительные методы, учащиеся для каждого метода предлагают оптимальный объем выборки изделий, которые надо подвергать контролю. По итогам деловой игры каждая из команд публично защищает свое техническое решение. 25 При подведении итогов деловой игры преподаватель должен оценить не только полученный результат, но и все промежуточные результаты выбора метода контроля качества и объема выборки на каждом этапе. Для удобства такой проверки целесообразно, чтобы все свои результаты учащиеся оформляли в виде таблицы (см. пример табл. 3.4) с обязательным комментарием выбора значений всех используемых ими весовых коэффициентов. 4. ДЕЛОВАЯ ИГРА 2. «ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ПРИ ВЫБОРЕ НОВЫХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ» При наличии достаточного количества времени можно реализовать многоэтапную деловую игру. Как и в предыдущих случаях, участники делятся на две группы. Обеим группам выдается одинаковое задание: разработать технологию диагностирования машин с использованием новых материалов и технологических методов. На первом этапе обе группы занимаются выбором наиболее перспективных диагностических материалов (из предлагаемой базы данных) для диагностирования данного объекта. Затем участники обмениваются своими техническими решениями (перечнем выбранных материалов, удовлетворяющим заданным требованиям). На втором этапе первая группа занимается разработкой технологии диагностирования с использованием материалов, выбранных второй группой, а вторая – разработкой технологии диагностирования с использованием материалов, выбранных первой группой. Потом участники обсуждают полученные решения и выбирают оптимальное (рис. 4.1). Например, требуется организовать работы по диагностированию усталостных разрушений металлоконструкций башенного крана. Традиционно для диагностирования данных элементов используются различные акустические методы (в частности УЗ-контроль), основными недостатками которых являются высокая стоимость, необходимость наличия дорогостоящего оборудования и повышенные требования к квалификации исполнителей. 26 Исходное задание «Разработать технологию диагностирования машин с использованием новых материалов и технологических методов» 1 … 2 Группа людей, обеспечивающих выбор материалов i … n Группа людей, обеспечивающих разработку технологии Методическое обеспечение Информационное обеспечение 1-й вариант технического решения Изменение ролей участников деловой игры 2-й вариант технического решения нет Выбор оптимального варианта да Конец Рис. 4.1. Алгоритм проведения деловой игры Количество людей, участвующих в деловой игре 27 Таким образом, разрабатываемая технология диагностирования усталостных разрушений металлоконструкций с использованием новых материалов должна быть доступной для любого предприятия по эксплуатации башенных кранов, т.е. не требовать дорогостоящего оборудования, инструмента и материалов, она должна выполняться персоналом средней квалификации и обеспечивать хорошую точность. Первоначально учащиеся должны оценить возможные причины возникновения усталостных повреждений металлоконструкций (которые требуется диагностировать). В данном случае причины возникновения усталостных разрушений металлоконструкций могут быть самые разные: превышение грузоподъемности, нарушения при монтаже/демонтаже, аварийные повреждения и их последствия (которые не были диагностированы непосредственно после аварии) и др. Далее участники деловой игры обсуждают традиционные методы диагностирования металлоконструкций, анализируют их преимущества и недостатки. Все рассматриваемые технические решения необходимо оформлять в виде таблиц экспертной оценки с указанием весовых коэффициентов и причин, по которым эти весовые коэффициенты назначались. Например, усталостные повреждения металлоконструкций башенного крана могут быть диагностированы с использованием УЗметодов, тензометрических методов, органолептических методов или с использованием перспективных интеллектуальных материалов (ИМ) (например токопроводящих датчиков на базе углеродных волокон). В качестве критериев оценки могут быть использованы показатели точности диагностирования, продолжительности и стоимости. Весовые коэффициенты могут быть заданы самими учащимися, а могут быть заданы преподавателем. Задача учащихся – самостоятельно оценить все предлагаемые ими самими методы диагностирования по выбранным критериям оценки и составить таблицу полученных результатов (табл. 4.1). 28 Таблица 4.1 Пример экспертной оценки различных методов диагностирования Критерии оценки и их весовые коэффициенты Методы диагностирования Сумма баллов Место 6/1,8 6,1 1 2/0,6 7/2,1 5,5 2 4/1,6 7/2,1 4/1,2 4,9 3 2/0,8 10/3 3/0,9 4,7 4 точность стоимость продолжительность 0,4 0,3 0,3 УЗ-контроль 10/4 1/0,3 Тензометрический контроль 7/2,8 Использование ИМ Органолептический контроль Данная таблица приведена как пример индивидуальной экспертной оценки, выполненной учащимися, однако эта оценка не является окончательной, но на основании ее результатов учащиеся выполняют следующий этап, выбирая в качестве будущей ту технологию диагностирования, по которой получена наибольшая оценка. В данном случае – это УЗ-контроль. В то же время, если несколько видоизменить только оценочные критерии (не изменяя саму оценку тех или иных методов диагностирования) и не использовать одинаковые весовые коэффициенты, как это сделано в табл. 4.1, где стоимость и продолжительность оцениваются одинаково – по 0,3 балла, то и результат будет существенно иным (табл. 4.2). При таких оценочных критериях, когда приоритетной становится себестоимость выполняемых диагностических работ, наиболее предпочтительным методом диагностирования является органолептический контроль. Именно по этой причине преподавателю самому целесообразно задавать оценочные критерии. На следующем этапе необходимо сформулировать требования, которым должны соответствовать новые диагностические материалы, и подобрать материалы, удовлетворяющие заданным требованиям. 29 Например, учащиеся предлагают для диагностирования металлоконструкций использовать интеллектуальные покрытия на базе капсулированных красителей. Таблица 4.2 Пример экспертной оценки различных методов диагностирования при использовании различных весовых коэффициентов Методы диагностирования Критерии оценки и их весовые коэффициенты продолжиточность стоимость тельность Сумма баллов Место 0,4 0,5 0,1 УЗ-контроль 10/4 1/0,5 6/0,6 5,1 3 Тензометрический контроль 7/2,8 2/1,0 7/0,7 4,5 4 Использование ИМ 4/1,6 7/3,5 4/0,4 5,5 2 Органолептический контроль 2/0,8 10/5 3/0,3 6,1 1 Данный пример следует использовать как образец заполнения таблицы ранжирования, где в первом столбце указаны все характеристики материала, а в последующих столбцах учащиеся (каждый должен это сделать самостоятельно и в итоге получить результирующее решение от всей группы) ставят оценки в баллах от 1 до 7 (в данном примере) и в самом крайнем столбце суммируют полученные цифры, определяя таким образом наиболее важные характеристики. В данном случае, чем меньше суммарная оценка, тем предпочтительнее данный показатель качества материала. Количество оцениваемых показателей может быть любым, важно только знать, что один и тот же балл не может быть поставлен дважды. На примере итогов ранжирования (табл. 4.3) необходимо обсудить с учащимися полученные результаты, поскольку все приведенные в табл. 4.3 показатели качества диагностических покрытий на базе капсулированных красителей являются важными и выбрать по такой методике какой-то один из них нельзя. Тем не менее для учебных целей студентам можно использовать (на последующих этапах) не- 30 большое количество показателей, например, три (стойкость к воздействию знакопеременных нагрузок, водостойкость и стойкость к воздействию ударных нагрузок). Таблица 4.3 Пример ранжирования показателей качества диагностического покрытия на базе капсулированных красителей № п./п. 1 2 Показатель качества диагностического материала Стойкость к воздействию ударных нагрузок Стойкость к воздействию знакопеременных нагрузок Количество студентов, принимающих участие в экспертной оценке 1 2 3 4 Общий балл Место 6 3 2 3 14 3 1 2 1 1 5 1 3 Водостойкость 2 1 3 2 8 2 4 Стойкость к воздействию ветровых нагрузок 4 5 6 7 22 6 5 Теплостойкость 3 4 5 5 17 4 Заключительный этап деловой игры – разработка технологии диагностирования машин с использованием новых материалов (в данном случае диагностических покрытий на базе капсулированных красителей). На этом этапе также целесообразно использовать таблицы ранжирования, но в качестве показателей заносить в них технологические характеристики (табл. 4.4). В отличие от табл. 4.3, где учащиеся в принципе могут самостоятельно составить перечень показателей качества материалов, в табл. 4.4 перечень технологических характеристик должен задать преподаватель, поскольку студентам самостоятельно сделать это правильно будет затруднительно. При составлении данного перечня целесообразно обсудить каждый показатель, разъяснив его значение. На этом этапе возможно внутри каждой подгруппы студентов устроить обсуждение предложенного преподавателем списка технологических характеристик. 31 Таблица 4.4 Пример ранжирования технологических показателей качества диагностических покрытий на базе капсулированных красителей № п./п. Технологические характеристики Количество студентов, принимающих участие в экспертной оценке 1 2 3 4 Общий балл Место 1 Температура отверждения диагностического покрытия 1 6 3 2 12 2 2 Время отверждения диагностического покрытия 4 1 1 3 9 1 3 Сложность требований по качеству подготовки поверхности (перед нанесением диагностического покрытия) 5 7 4 4 20 5 4 Время жизнеспособности диагностического покрытия 9 8 9 5 31 9 5 Количество компонентов диагностического покрытия 2 9 2 1 14 3 6 Точность соблюдения дозировки компонентов диагностического покрытия 3 2 5 6 16 4 7 Сложность используемой оснастки 6 3 6 7 22 6 8 4 8 9 29 8 7 5 7 8 27 7 8 9 Требования к помещению, в котором проводится приготовление диагностического покрытия Требования к хранению компонентов диагностического покрытия Приведенный пример ранжирования технологических характеристик может выявить вопросы, которые появятся у учащихся по тем или иным технологическим характеристикам. В зависимости от степени участия конкретных студентов и уровня их знаний (по итогам заполнения табл. 4.3 и 4.4) в каждой из подгрупп учащимся возможно присваивать квалификацию (например, конструктор или технолог). 32 В методологии проведения деловой игры акцент ставится на смену ролей, при которых первоначально участники выполняют функции разработчиков, тогда как на следующем этапе они должны выполнять функции, связанные с внедрением результатов иного (т.е. выполненного другими участниками) технического решения. При таком подходе неизбежно возникает критическая оценка предлагаемого технического решения и в процессе решения всех спорных вопросов удается найти оптимальное техническое решение. Задача выбора оптимального технического решения еще более усложняется, если рассматриваемая проблема относится к области различных дисциплин. Например, при использовании интеллектуальных материалов (на базе капсулированных красителей) для проведения диагностирования. Одна часть этой задачи относится непосредственно к области технической диагностики, где требуется знание основ надежности, методов мониторинга, технологии диагностирования и методологии обработки полученных сигналов. Другая часть задачи связана с интеллектуальными материалами. Это достаточно новая область знаний, где есть еще много нерешенных проблем, в том числе и связанных с терминологией. В области создания интеллектуальных материалов одной из первоочередных задач является необходимость определить, какие материалы будут выполнять функции сенсоров и какие физические принципы положены в основу этой технологии мониторинга. Таким образом, быстро и качественно усвоить столь большой объем материала возможно только в том случае, если использовать активные методы познания, среди которых наибольшей популярностью пользуются деловые игры. В конце проведения деловой игры преподавателю необходимо подвести ее итоги. На этом этапе очень важно не столько критически оценивать предложенные учащимися технические решения, сколько выявлять положительные моменты, которые могут быть связаны с тем, что учащиеся по справочникам или имеющимся базам данных смогли быстро и правильно найти нужный материал. Возможно, что в группах 33 студентов самопроизвольно возникнет разделение труда и выявятся скрытые лидеры, которые смогут управлять своими командами. Чем активнее учащиеся будут вовлечены в процесс поиска технического решения, тем выше следует оценивать полученные результаты. 5. ДЕЛОВАЯ ИГРА 3. «ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ» Оценивая целесообразность применения интеллектуальных материалов в системах технической диагностики машин, можно предположить, что в качестве конечного результата на каждом этапе деловой игры будет использовано понятие технического решения (ТР). В общем виде процесс принятия ТР заключается в генерировании множества вариантов, из которых в результате использования различных критериев оптимизации необходимо получить единственный вариант ТР. Разумное сокращение пространства поиска целесообразно проводить за счет исключения заведомо неоптимальных ТР и разделения решаемой задачи по уровням глубины технологического процесса диагностирования (ТПД). Следует различать решение обычных технологических или конструкторских задач с принятием ТР. Традиционные конструкторскотехнологические задачи, как правило, могут быть решены с помощью единого алгоритма, тогда как процесс принятия ТР чаще всего осуществляется в условиях неопределенности и значительного количества альтернативных решений и может содержать большое количество переменных. В этом случае использование метода деловых игр является наиболее оправданным. При одинаковой квалификации всех участников деловой игры одним из способов принятия наиболее эффективного технического решения является итерационная схема принятия оптимального технического решения. В данном случае участников деловой игры разделяют на три группы – по количеству уровней проработки глубины технического процесса диагностирования (например, макро, микро и нано). 34 При проектировании ТПД все технические решения возможно разделить на аналитические и проектные. Аналитические ТР используются на этапе проектирования ТПД. К ним относятся не только известные и широко используемые методы (дисперсионный, регрессионный, корреляционно-регрессионный анализы и др.), позволяющие в аналитической форме получать описание поведения объекта в определенных условиях, но и численные методы расчета, которые по форме не являются аналитическими, а по характеру решаемых задач могут быть отнесены к этому классу ТР. Проектные ТР позволяют получить структуру ТПД, которая представляет собой общую последовательность технологических операций и переходов. При выборе проектных ТР также могут быть использованы математические модели. Общая модель итерационного процесса проектирования ТПД показана на рис. 5.1. Особенностью данной модели является подразделение решаемой задачи получения оптимального ТР при разработке ТПД на несколько уровней. Слева и справа на рис. 5.1 показаны различные уровни проработки ТПД, которые подразделяются на обычные технологии, микро- и нанотехнологии (каждая группа участников деловой игры занимается проработкой одного уровня). Блоки, расположенные слева и справа, связаны между собой, поскольку микроуровень – это уровень разработки ТПД применительно к рассматриваемому изделию, тогда как наноуровень уже относится либо к поверхностным или объемным точкам, либо к слоям материала конструкции (МК). Общая схема поиска оптимального технического решения при разработке ТПД представляет собой классическую схему, включающую в себя постановку задачи, ее уточнение и последовательную разработку всех этапов ТП. Уровни абстракции, в свою очередь, подразделяются в зависимости от используемых математических моделей и алгоритмов, а также точности расчетов, адекватности, задания исходной информации и других факторов. Постановка задачи Уточнение формулировки задачи Этапы проектирования Уровни технологической глубины Макро Изделие Формулировка задачи Анализ вариантов Выбор математических моделей Анализ корректности формулировки задачи Деталь Выбор параметров оптимизации Анализ чувствительности к изменению варьируемых параметров Выбор критериев оптимизации Нано Сборочная единица ТР: технологический процесс Выбор оптимального решения Результат Поверхностная точка Объемная точка Поверхностный слой Объемный слой Рис. 5.1. Общая модель итерационного процесса проектирования технологического процесса диагностирования 35 Микро Уровни представлений Уровни абстракции 36 Уровни представлений также подразделяются в зависимости от используемых методов анализа оптимальных вариантов ТПД. Общая модель ТПД может иметь несколько уровней абстрагирования, что позволяет использовать итерационный режим и последовательно приблизиться к определению оптимального ТР. Таким образом, проведение деловой игры позволяет последовательно уточнять и соответственно усложнять ТПД, что в итоге позволит повысить качество технического решения и, следовательно, технико-экономические показатели эксплуатации и использования сложных технических систем. При организации деловой игры на данную тему следует, с одной стороны, избегать излишне упрощенного подхода, а с другой стороны, не следует избыточно перегружать задачу. Именно по этой причине преподаватель должен «сузить» предлагаемые учащимся задачи, например, для одной группы задать разные уровни глубины, но только для одного какого-то уровня представлений, а для другой, наоборот, задать разные уровни представлений, но для какой-то одной технологической глубины. Так, для поверхностного слоя (это выбранный преподавателем уровень представлений) учащиеся должны рассмотреть макро- и микроуровень. Если у преподавателя имеется конкретный иллюстративный материал по наноуровню для данного поверхностного слоя, то в этом случае он также должен быть рассмотрен учащимися. На данном этапе целесообразно предложить учащимся самостоятельно найти нужные им данные и через определенное время оценить качество этой информации и ее полезность (для решения поставленной задачи). Далее преподаватель должен предоставить учащимся базы данных интеллектуальных диагностических материалов (это могут быть фото структур, таблицы со свойствами и т.д.), благодаря которым студенты могут приступить к решению поставленной перед ними задачи. Такая методика проектирования, основы которой разработаны в трудах А.Н. Михайлова, относится к классу «функционально-ориентированных технологических процессов». 37 На различных этапах разработки ТР для ТПД выбор алгоритма зависит от используемого уровня технологической глубины. На первом этапе разработки ТПД достаточно ограничиться только макроуровнем. На этом уровне ТПД подразделяют на n-е количество технологических операций (ТОП), которые далее представляются в виде совокупности технологических переходов (ТП). Уровни представления ТП на макроуровне показаны на рис. 5.2. Далее по мере повышения требований к точности технологического процесса диагностирования осуществляется постепенный переход на микро- и далее уже на наноуровень. На микроуровне внимание уделяется точности математических моделей, используемых для описания диагностируемых поверхностей. На наноуровне существенный вклад начинают вносить нанодефекты используемых материалов и др. ТПД ТОП1 ТП1 ТП2 … ……… .. ТОП2 ТПn ТП1 ТП2 … ТПn ТП1 ТОПn ТП2 … ТПn Рис. 5.2. Уровни представления ТПД Многоуровневое и взаимосвязанное построение системы проектирования ТПД требует определения алгоритма поиска наилучшего ТР. В общем виде эта задача может быть решена на базе формализованных подходов. При организации данной деловой игры можно выделить не две, как обычно, а три группы учащихся и в эту третью группу предложить войти только тем, кто считает, что умеет самостоятельно генерировать новые идеи и способен к дедуктивному мышлению. Такой тип людей способен первоначально найти новое решение, а потом определить соответствующие области его использования, т.е. найти про- 38 блемы, которые могут быть успешно решены при использовании найденного ими нового технического решения. Как пример учащимся предлагается изучить новую технологию первичной диагностики, где в качестве сенсорного элемента используются токопроводящие датчики на базе углеродных волокон. Далее двум группам учащихся предлагается разработать технологию нанесения данного типа сенсоров на элементы диагностируемых конструкций, а третьей группе учащихся – разработать рекомендации по выбору схем крепления датчиков на диагностируемой конструкции (в зависимости от требований к точности диагностирования), которые позволят с наилучшей точностью оценить напряженно-деформированное состояние конструкции. Для двух групп учащихся, задачей которых является разработка технологии диагностирования, процесс разделяется на несколько этапов. На первом этапе они должны представить преподавателю свои технологические процессы в виде маршрутной технологии. Далее группы меняются своими разработанными маршрутными технологиями. На втором этапе задачей каждой группы является составление перечня возможных технологических ошибок для каждой из операций, выявление их последствий и соответственно поиск путей их предотвращения. Всю информацию необходимо представить в виде таблицы (пример табл. 5.1). На третьем этапе учащиеся должны оценить целесообразность использования разработанных ими технических решений для решения конкретных технических задач. Преподаватель может предложить учащимся самостоятельно выбрать объекты (конкретные модели машин и механизмов) для диагностирования или же задать эти объекты. Например, если в качестве объекта диагностирования задается башенный кран, то учащиеся (имея эскиз или сборочный чертеж) должны самостоятельно определить узлы или детали, которые, по их мнению, целесообразно диагностировать с использованием разработанной ими технологии. 39 Таблица 5.1 Возможные причины снижения точности диагностирования с использованием полимерных покрытий на базе углеродных волокон № п./п. Содержание операции 1. Подготовка поверхности диагностируемой детали Возможные нарушения ТП Плохое качество очистки поверхности Отклонение от точности дозировки ПМ Последствия нарушения ТП технологические эксплуатационные Низкая адгезионная прочность между деталью и ПМ Отслоение УВ от детали и невозможность диагностирования Неполное отверждение ПМ Микро- и макродефекты ПМ; погрешности диагностирования Низкая адгезионная прочность между деталью и ПМ Отслоение УВ от детали и невозможность диагностирования 2. Приготовление ПМ 3. Нанесение ПМ на Отклонение поверхность диот требуемой агностируемой толщины слоя ПМ детали 4. Нанесение УВ на слой ПМ 5. Отклонение Нанесение ПМ на от требуемой поверхность УВ толщины слоя ПМ 6. Изготовление из концов УВ двух технологических петель Повреждение волокна 7. Отверждение ПМ Неполное отверждение, связанное с нарушением внешних условий Низкая адгезионная прочность между деталью и ПМ 8. Подключение прибора и снятие исходного значения сопротивления Плохой электрический контакт между УВ и прибором Большой разНизкая точность брос значений диагностисопротивления рования Отклонение толщины слоя ПМ Плохие элекНизкая точность трофизические диагностисвойства УВ рования Отслоение УВ от детали и невозможность диагностирования 40 При обсуждении полученных результатов задачей преподавателя является выявление общих принципов организации технологических процессов диагностирования. Это принципы: стандартизации, непрерывности, параллельности и автоматичности. Принцип стандартизации заключается в сокращении номенклатуры используемых инструментов. Принцип непрерывности состоит в ликвидации или значительном сокращении простоев, связанных с межоперационными перерывами и комплектованием. Использование принципа параллельности позволяет одновременно проводить мониторинг различных элементов изделия. Автоматичность является одним из главных требований современного ТП, однако в случае применения для диагностирования токопроводящих датчиков на базе углеродных волокон этот принцип полностью не реализуется, поскольку использование данного метода предполагает некоторое количество ручных операций, связанных с нанесением покрытия на диагностируемый участок. Третья группа учащихся, задачей которой является разработка рекомендаций по выбору схем крепления датчиков (в зависимости от требований к точности диагностирования), позволяющих оценить напряженно-деформированное состояние диагностируемой конструкции, работает в условиях недостаточной начальной информации. Суть деловой игры для этой группы учащихся состоит в том, чтобы последовательно переходить от известных принципов построения ТПД к новым ТР для ТПД, далее от новых ТР к качественно новым ТР и т.д. В идеале этот процесс может заканчиваться открытиями, но и в этом случае он все равно окончательно не завершен и далее могут следовать новые и новые открытия. Схема такого подхода к проектированию ТПД для простых объектов показана на рис. 5.3. В данном случае под простым объектом понимается отсутствие взаимосвязей между переменными или же наличие связей, которые могут быть аппроксимированы простыми моделями. Если для мониторинга выбран сложный или сверхсложный объект, то при его описании необходимо учитывать взаимосвязь между всеми переменными. ТПД ТОП1 ТП2 … ТПn ТП1 ТП2 … ТПn ТП1 ТОПn ТП2 … ТПn Область новых ТР при создании ТПД Область принципиально новых ТР при создании ТПД Рис. 5.3. Схема проектирования ТПД при использовании итерационного подхода 41 ТП1 ………. . ТОП2 42 Сложность объекта зависит от уровня технической глубины. Любой, даже простейший объект, свойства которого рассматриваются на наноуровне, относится к сложным объектам, и, наоборот, сложный объект, свойства которого рассматриваются на макроуровне, может быть описан как простой [10]. Итерационная система проектирования ТПД будет успешной в том случае, если в качестве основы ее функционирования будет использована система принципов и методов обеспечения качественно новых технологических возможностей и решений. Задача учащихся – по схеме (см. рис. 5.3) первоначально записать все известные ТР, а потом попытаться сгенерировать новые ТР. Вместе со всеми учащимися (в том числе и из двух первых групп) преподаватель на примере проведенной деловой игры показывает студентам, что универсального метода, перехода от известных ТР к новым и далее к принципиально новым нет. Последовательное совершенствование известных технологий, поиск новых средств для диагностирования и хорошее информационное обеспечение в итоге позволяют получить желаемый результат. Данная методология проектирования позволяет создать принципиально новые методы не только за счет использования новых интеллектуальных материалов и технологий, но и за счет качественно новых возможностей, связанных с изучением свойств материалов на различных масштабных уровнях. 43 ЛИТЕРАТУРА 1. Вербицкий, А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход: метод. пособие / А.А. Вербицкий. – М.: Высш. шк., 1991. – 207 с. 2. Гинзбург, Я.С. Социально-психологическое сопровождение деловых игр / Я.С. Гинзбург, Н.М. Коряк // Игровое моделирование: методология и практика. – Новосибирск: Наука, 1997. – С. 61–77. 3. Евдокимов, Ю.М. Живая наука: учебное пособие для студентов всех специальностей ФМХТД / Ю.М. Евдокимов. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. – 159 с. 4. Жук, А.И. Деятельностный подход в повышении квалификации: активные методы обучения / А.И. Жук, Н.Н. Кашель. – М.: Институт повышения квалификации и переподготовки руководящих работников и специалистов образования, 1994. – 96 с. 5. Зорин, В.А. Повышение безопасности дорожно-строительных машин и оборудования / В.А. Зорин, Н.И. Баурова // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2009. – № 1. – С. 39–40. 6. Махутов, Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и технологическая безопасность. В 2 ч. / Н.А. Махутов; под ред. К.В. Фролова, В.В. Москвичева. – Новосибирск: Наука, 2005. – 493 с. 7. Новые материалы / под ред. Ю.С. Карабасова. – М.: МИСИС, 2002. – 736 с. 8. Платов, В.Я. Деловые игры: разработка, организация и проведение: учебник / В.Я. Платов. – М.: Профиздат, 1991. – 156 с. 9. Смолкин, А.М. Методы активного обучения: науч.-метод. пособие / А.М. Смолкин. – М.: Высш. шк., 1991. – 176 с. 10. Технология машиностроения, производство и ремонт подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин: учебник для студентов высших учебных заведений / Б.П. Долгополов, Г.Н. Доценко, В.А. Зорин [и др.]; под. ред. В.А. Зорина. – М.: Академия, 2010. – 576 с. Учебное издание БАУРОВА Наталья Ивановна ПРОВЕДЕНИЕ ДЕЛОВЫХ ИГР ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕССТВА» Методические указания Редактор Н.П. Лапина Подписано в печать 22.10.2015 г. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 2,75. Тираж 100 экз. Заказ . Цена 95 руб. МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.
