МЕХАТРОНИКА в колледже: просто о сложном

Часть I. Суть проблемы

Подниму тему, которая назрела и перезрела.
В отличие от предыдущей «узкой» темы (про ЧПУ), она относится ко всей области подготовки технических кадров. Проблема «ЧПУ в колледже», пусть местечково, но решается в меру сил и умений в разных колледжах и техникумах.

А вот проблема, которую я намерен поднять в этой статье — не решается вообще, хотя наша компания поднимает ее на разных уровнях уже два десятка лет, «бьет во все колокола».

Эта тема — мехатроника в колледже.

Сразу скажем, о чем мы говорить не будем.

Мы НЕ БУДЕМ говорить о проблемах специальности 15.02.10 «Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)». Эта специальность появилась недавно, имеются утвержденные ФГОС и Примерная основная образовательная Программа, к которым у многих специалистов, правда, есть вопросы. Но это отдельная большая тема.

По сути, эта специальность в СПО только встает на ноги. Люди, которые ее «поднимают», пока только ищут пути становления и развития учебного процесса. Перед ними стоит сложнейшая задача, что обусловлено особенностями области знаний, на которую претендует эта специальность.

Мехатроника — слово уже далеко не новое, широко известное, но, чтобы была ясна суть обсуждаемого, коротко формализуем его.

*Мехатроника — современное направление прикладной автоматики, связанное с интегрированными системами, обеспечивающими требуемое (как правило — высокоточное) движение машин и механизмов. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции и взаимопроникновению элементов различной природы: механических, гидравлических, пневматических, электротехнических, электронных, информационных и т. д. *

Обобщенная функциональная схема мехатронной системы не отличается от классической схемы системы автоматического управления (см. рис. 1).

Рис. 1

*Рис. 2. Мехатронный модуль — Сервомотор *

Однако, техническая система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, с объединением всех частей системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями, с синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих ее элементов, имеющих различную природу. Это означает, что управляющий модуль, приводы и, по возможности, датчики, — объединяются в одно устройство.

Вот примеры мехатронных устройств — рис. 2, 3, 4

*Рис. 3. Блок Mechatronic DSG — электронно-гидравлический блок, который управляет работой роботизированной коробки передач DSG на автомобилях «Volkswagen», «SEAT», «Skoda». *

*Рис. 4. Мехатронный подшипниковый модуль *

Насколько широка область распространения мехатроники? Образный ответ дам вот этой замечательной картинкой (рис. 5).

Рис.5

На ней перечисляются мехатронные системы легкового автомобиля. Приглядитесь. Сколько вы насчитали мехатронных систем? Я насчитал 15. И это пока всего лишь легковой автомобиль.

Не многовато ли слов «мехатроника» для такого будничного технического устройства, как автомобиль? Нет. Автомобилисты классифицируют верно — если есть управляемое движение отдельных механических частей и управляют этим движением электронные мозги и вычислительные алгоритмы, — значит,** мы имеем дело со схемой на рис. 1. А, поскольку блоки-прямоугольнички на рис.1** в той или иной степени конструктивно интегрированы (в современном исполнении), то это — настоящие мехатронные системы.

Вот и выходит, что подавляющее большинство современных технических систем в различных отраслях являются мехатронными или используют элементы мехатроники, поэтому сейчас мехатроника становится «наукой обо всём».

Показательна и очень наглядна аналогия между работой мехатронной системы и тем, как человек управляет движением своего тела: управляющий модуль («мозг») дает сигнал на приводы («мышцы») — объект управления («тело или его часть») начинает движение и управляющий модуль («мозг») контролирует движение, получая информацию от датчиков («органов чувств»).

Формально, если расширительно толковать термины «интегрированные» и «высокоточное», можно рассматривать все технические системы, обеспечивающие управляемое движение и состоящие из элементов различной природы, как мехатронные. По образному выражению, «Мехатроника — везде, от кофемолки и автомобиля до самолета и автоматического цеха».

Таким образом, потенциальная широта охвата технического пространства специальностью 15.02.10 — ** беспрецедентна**. Ясное дело, колледжи и техникумы, которые возьмутся за эту специальность, будут составлять каждый свою программу подготовки, ограничивая ее своей региональной спецификой и здравым смыслом. Потому-то в названии специальности предусмотрительно присутствует приписка «(по отраслям)».

**Итак — к чему я клоню, к какому решению? **

Если большинство самых разных машин вокруг - это мехатронные системы, то что, — всем учиться по программе специальности 15.02.10? А другие специальности отменить?

Нет, конечно! Не нужно всем поголовно изучать такие машинки, как на рис. 2, 3 и 4. Оставьте это специалистам 15.02.10.

А общее для всех Образовательное Решение лежит на поверхности, оно имеет три «ипостаси» — техническую, методическую и организационную. Техническая и методическая уже давно воплощены в реальность, а вот третья… Ее-то и не удается «поднять с поверхности» вот уже два десятка лет — и это большая ПРОБЛЕМА.

Что же это за Решение?

Буду далее говорить в терминах, понятных преподавателям и методистам.

Решение лежит в общепрофессиональном цикле дисциплин — пресловутом ОПД. Цикл ОПД закостенел со времен пятилеток, и становится только хуже.

Возьму сразу «быка за рога» — в него в обязательном порядке повсеместно нужно включать новую дисциплину — «ОСНОВЫ МЕХАТРОНИКИ». Но сделать это пока не удается.

Это и есть та самая ПРОБЛЕМА, о которой говорилось в начале статьи.

«В цикл ОПД — не получится, там нет места!» — таков неизменный ответ властных оппонентов. А если посмотреть по существу?

Что мы видим в цикле ОПД большинства, например, машиностроительных специальностей? Неизменные уже полвека (а то и больше) «Техническая механика», «Материаловедение», «Метрология», «Инженерная графика»…

И это — правильно! Пусть так будет и впредь, — это наша русская инженерная ШКОЛА, наши образовательные традиции.

Но, жизнь не стоит на месте, перемены в технике огромны, однако, в нашем времени из новых дисциплин в цикл ОПД удалось «пролезть» только компьютерной графике и, в той или иной форме — прикладному программированию. Зато очень вольготно и уверенно расположились в цикле ОПД «Экономика…» «Охрана труда», «Безопасность жизнедеятельности».

Я двадцать лет на кафедре занимался ГОСами, ФГОСами и версткой учебных планов, и прекрасно помню, как, в свое время, тихой сапой, просто распоряжением сверху, в цикл ОПД «опускались» с верхних этажей учебных планов эти дисциплины.

Мы задавали нашим проректорам-кураторам простой вопрос: «Есть ОГСЦ — Общий гуманитарный и социально-экономический цикл. В учебных планах — это самый верхний этаж. Но, после того, как с этого этажа экономику „опустили“ в ОПД, ничего „экономического“ в ОГСЦ, кроме названия, — не осталось, от слова „совсем“. Зачем мы корёжим основополагающий документ?».

В ответ кураторы вздыхали и безмолвно показывали куда-то верх, — мол, не нашего ума это дело. Дескать, наверху решили, и этого не изменить. Вот так и живем десятилетие за десятилетием.

Я прекрасно понимаю, как тяжело в этом вопросе что-то изменить. Но, жизнь всё равно заставит. Когда идея овладевает массами — с ней уже ничего не сделаешь, и самые заскорузлые чиновничьи нормы можно пересмотреть. Итак — в цикл ОПД всех технических специальностей СПО должна быть включена дисциплина «Основы мехатроники».

Название, разумеется, рабочее. Поскольку идея висит в воздухе, уже предметно обсуждается ее название: основы автоматики, просто мехатроника… Обсуждение не праздное: «Как Вы лодку назовете, — так она и поплывет». В любом случае ясно, что название должно быть простым.

Привязка к слову «автоматика» существенно искажает ареал дисциплины. В мехатронной системе обязательно наличие исполнительного двигателя, реальное механическое движение на выходе. Автоматика, конечно, здесь главная, но сам термин широко используется и в других областях, не связанных с движением машины или ее частей. И вообще, образовательные направления со словами «автоматика», «промавтоматика», «автоматизация» имеют свое поле деятельности, предлагаемая новая дисциплина ОПД хоть и родственна автоматике и автоматизации, но немного не о том.

Назвать просто — «Мехатроника»? Неплохой, кстати, вариант. Но, могут сказать — не слишком ли много вы на себя берете? Мехатроника — огромна.

Парировать это возражение просто.

Математика — тоже огромна. Но, в первом классе школы дисциплина называется «Математика». И во втором, и в 11-м. И в колледже тоже — «Математика». Это в старые добрые времена всё называлось правильно, по ступеням — арифметика, алгебра, геометрия, тригонометрия… И всем всё было понятно.

Но, так называемые «новаторы образования» решили всё унифицировать. Так что, и к нашей дисциплине можно смело применить унифицированное название — «Мехатроника». Коротко и ясно.

Однако, на этапе обсуждения лучше использовать точное название — «Основы мехатроники». Почему только «основы»? Потому что часов будет не очень много — много не дадут (да и цели такой нет), но на 4 часа в неделю в течение семнадцатинедельного семестра рассчитывать нужно. Итого — 68 часов.

Как я уже написал выше, техническая и методическая сторона этого курса не просто разработана, а отшлифована до блеска в ходе многолетней практической образовательной деятельности. То есть — компанией «ДиСис» производится и уже в течение многих лет постоянно модернизируется учебное оборудование и всеобъемлющий комплект методических материалов по данной дисциплине. Всё это многократно апробировано в системе СПО, имеются соответствующие рабочие программы и сотни студентов, подготовленных по ним.

Общее мнение преподавателей, проведших занятия по нашим программам и на нашем учебно-лабораторном оборудовании — наконец-то каждый студент получил наглядный ответ на «вечный» вопрос: «КАК МАШИНА РАБОТАЕТ?». «Пощупал» это собственными руками.

В этом и состоит уникальность этой дисциплины — дать студентам большинства специальностей универсальные знания, а самое главное — практические навыки работы «от и до» с реальными машинами и системами, чтобы студенты после этого без страха и уже со знанием дела подходили бы к любому оборудованию.

Последний довод оппонентов: дескать, кому надо — пусть включает эту дисциплину в профессиональный цикл (цикл «Профессиональные дисциплины» — ПД). Это обычная чиновничья уловка — и не отказать, и, одновременно, выхолостить идею.

А давайте ЭКОНОМИКУ уберем в ПД! Она была ранее на верхнем этаже учебного плана, потом спустилась с него, но не задержалась в цикле ЕН (естественно-научный), а проследовала ниже, в ОПД. Вот пусть и еще на один этаж опустится, какая разница?!

А суть в том, что дисциплина «Основы мехатроники» по своей значимости для большинства специалистов не уступает ни одной из существующих дисциплин ОПД, а, потенциально, многих из них превосходит. И, чтобы не давать возможности бюрократам вести свои игры, ее надо включать именно в ОПД большинства специальностей, в обязательном порядке.

Я намеренно не написал «технических специальностей». А что, нетехническому специалисту это курс не нужен? Представьте себе — именно этот курс им и нужен!

Посмотрите на эти две картинки (рис. 6 и 7)

Рис. 6

Рис. 7

Оказывается, в пищевой промышленности всё то же самое — Приводы, Датчики, Система управления. И кто скажет, что этот курс будет бесполезен для специалистов-пищевиков? Не для наладчиков оборудования, а именно для пекарей, кондитеров, техников-технологов по пищевым отраслям?

Пусть не 68 часов, а 34. Да даже — 17! Особенностью этой дисциплины является то, что весь курс можно сделать практическим. И тогда и за 17 часов, с нашими методиками, можно дать совершенно нетехническому человеку уникальный и крайне для него полезный технический опыт.

Таким образом, дело за малым — исправить несколько строк в регламентирующем бумажном документе. Поверьте — это гораздо проще, чем разработать и произвести такую совершенную учебную технику и подготовить такие учебные пособия.

В следующей части статьи подробно поговорим об этой дисциплине, ее наполнении и обеспечении.

Кандидат технических наук

Маландин Геннадий Юрьевич

Обратный звонок RedConnect