ЧПУ в колледже: как не надо — и как НАДО учить
Часть V. Волшебное слово — SYMplus
В предыдущих частях статьи была подробно изложена Концепция ДиСис — апробированная концепция подготовки специалистов по направлению «CAD/CAM-технологии и станки с ЧПУ».
Вся Концепция строится вокруг связки «CAD/CAM/CAPP-система — учебный станок с ЧПУ» и ее наиболее эффективного комплексного использования в учебном процессе. Было обосновано и показано, что разрывать на отдельные блоки эти две части в названии связки — нельзя, как нельзя и изменять порядок их следования при обучении.
В предыдущей, четвертой части статьи, мы закончили тем, что студент прошел первую (наиболее важную) часть пути, завершил этап сквозного проектирования и получил управляющую программу для станка с ЧПУ. Надо переходить на станок, который имеется в этой же лаборатории.
И вот здесь возникают затруднения. Выделим ТРИ главных причины этих затруднений.
ПЕРВАЯ ПРИЧИНА затруднений вызвана объективными противоречиями между групповым характером занятия и индивидуальной траекторией выполнения учебно-производственной задачи. Это общая проблема технического образования вообще: учитель-то один, а учеников — полтора-два десятка. Этап перехода к практике студент должен осуществить индивидуально, с результатами своего проектирования. Однако, преподаватель физически не может уделить достаточно времени каждому в отведенное на занятия время.
ПРИЧИНА ВТОРАЯ — связана с переходом от компьютера к «железу».
Какой механико-электрико-слесарный опыт есть у студента? Исходим из того, что крайне незначительный.
Работал ли он на обычных универсальных станках, токарном и фрезерном? Чаще всего — не работал.
Но ведь Станок с ЧПУ — это сложная техническая система. Опять же, возникает вопрос — как в условиях групповой работы дать каждому неподготовленному студенту знания и навыки обращения со станком.
ПРИЧИНА ТРЕТЬЯ — кадровая.
По опыту знаем, — даже если колледж, готовя специалистов по ЧПУ, принял нашу основную идею, что нужно использовать полноформатную CAD/CAM-систему для сквозного проектирования, — чаще всего, CAM-овскую часть ведет тот же человек, кто вел CAD-овскую, преподаватель компьютерной графики.
Ведет потому, что он уже освоился в этой программе, интерфейс во всех модулях САПРа сходственный, а то, что он не технолог и, тем более, не станочник — дескать, не беда.
А станки с ЧПУ в этих техникумах и колледжах — это вотчина совсем других учителей и учебных мастеров. Это, чаще всего, бывшие производственники, со всеми теми методическими проблемами для учебного процесса, о которых говорилось в предыдущих частях статьи.
Как «передать» идущего по задуманной высокотехнологичной сквозной учебной траектории юного человечка из одних рук в другие без слома этой самой траектории или большой потери времени?
В идеале, — от начала (графического проектирования) до конца (изготовление детали на станке с ЧПУ), — студента должен вести один и тот же преподаватель.
Но, на практике, редкий колледж располагает штатом преподавателей, имеющих достаточную квалификацию не просто по станкам с ЧПУ, но по CAD/CAM-технологиям, и вообще — по сквозному проектированию.
Можно привести и другие причины затруднений, связанных с этапом перехода студентов от экранов компьютеров к станкам с ЧПУ. Но, перечисленные три носят практически неустранимый характер, и речь идет только о том, как наиболее эффективным образом если не совсем устранить, то максимально сгладить и уменьшить эти затруднения.
И здесь на помощь опять приходят компьютерные технологии.
Представьте себе, что у каждого (!) студента есть индивидуальный учитель по всему направлению «CAD/CAM-технологии и станки с ЧПУ». Этот учитель не устает, не раздражается, прекрасно знает, что ученик пока ничего не знает, и предлагает ему пополнить свой багаж недостающими знаниями и практическими навыками, что называется, «от печки».
«Общается» этот виртуальный преподаватель со своим учеником, помимо полноформатного визуального интерфейса, еще и аудиосообщениями в наушники.
Работал ты с микрометром и другими измерительными инструментами?
Держал в руках инфракрасный измерительный щуп? Нет?
Давай поучимся в виртуальном цехе, с какого конца за них браться, потом попробуем выполнить различные измерительные задания, потом выполним контрольные практические работы на оценку. В завершение этапа — сдадим практический зачет.
Далее, — идем в нашей виртуальной мастерской к станку с ЧПУ, например, фрезерному. Первое, чем мы озадачиваемся — а как крепить заготовку на станок? Возникает тема «Приспособления для крепления заготовок». Их (приспособления) надо научиться правильно выбирать, и, самое главное — закреплять в них заготовки, а сами приспособления — правильно крепить на станок.
Рис. 1
Рис. 2
Здесь вам и вариационные конструкторские задачи, и расчеты сил и моментов с применением виртуальных средств (рис. 1). А, в завершение — виртуальная иллюстративная проверка вашей схемы крепления путем нагружения заготовки силой резания. Частенько, особенно на первых порах, в результате нагружения либо деталь выскакивает из приспособления, либо прижим отходит, либо фрезу перекашивает по причине смещения приспособления.
Возвращайся назад, думай, вноси в схему изменения — пробуй заново.
А как устроен, собственно, сам станок с ЧПУ — знаешь? Нет?
Не беда — сейчас мы его сначала внимательно осмотрим с виртуальным учителем, потом снимем внешние кожухи и изучим внутренности, потом разберем на отдельные части и снова соберем.
Потом наглядно изучим, как работают отдельные узлы, потом — весь станок, в движении. Потренируемся, как его настраивать (рис. 2), как обслуживать, получим первоначальные навыки управления.
В процессе тренировок будем, по неопытности, допускать поломки и даже аварийные столкновения частей станка. На экране это будет выглядеть пугающе, но, пусть это многократно произойдет в виртуальном пространстве, чем потом произойдет в действительности.
Далее, на этом станочном этапе — опять контрольные задания на оценку и сдача зачета по этой теме виртуальному преподавателю.
А что же делает в это время живой преподаватель? А он сидит на своем рабочем месте, за центральным компьютером общей сети лаборатории, который является и центром управления, и центром сбора информации.
Каждый студент работает индивидуально в том ритме, который ему подходит, а у преподавателя есть возможность:
- дать каждому студенту индивидуальное задание;
- контролировать (он-лайн) работу студента;
- получать результаты тестирований, выполнения контрольных заданий и зачетов по отдельным этапам;
- вести разнообразную статистику работы студентов.
Вот так, если коротко, выглядит работа на ПЕРВОМ УРОВНЕ в комплексной интерактивной мультимедийной учебной системе SYMplus CARE.
Учебная система имеет примечательную историю. Первые версии этой системы были разработаны в прошлом десятилетии в Германии и сразу привлекли к себе внимание технического сообщества. Эта программа была лауреатом нескольких европейских выставок, и, в конце концов, получила статус «лучшая в области образования инновационная разработка Германии».
Компания ДиСис в течение долгого времени сотрудничает с фирмой КЕЛЛЕР (разработчиком программы SYMplus), является эксклюзивным представителем этой фирмы в России. Мы провели огромную работу по русификации программы и сопутствующих методических материалов и адаптации их к требованиям российского технического образования; постоянно осуществляем всю необходимую поддержку, связанную с модернизацией ПО и выходом новых версий.
И, уже более десяти лет, мы наблюдаем на редкость успешное применение этой интерактивной мультимедийной учебной системы для всесторонней профессиональной подготовки специалистов по станкам с ЧПУ.
Рассказывая об эффективности использования SYMplus в учебном процессе, в одном из колледжей нам поведали, в частности, следующее:
«Случилось так, что мы в начале учебного года остались без преподавателя по направлению ЧПУ. А занятия надо вести ежедневно. Слава Богу, что в комплект поставки лаборатории ЧПУ входил SYMplus. У нас студенты весь семестр прекрасно обходились без преподавателя, с увлечением самостоятельно проходили этап за этапом.
Дежурному преподавателю даже за порядком следить не особо требовалось, все были увлечены процессом, сидели, уткнувшись в экраны. А когда, после новогодних каникул, пришел преподаватель по этому направлению, он нашел студентов в прекрасной ЧПУшной «форме» и просто продолжил подготовку в соответствии с учебной программой".
Итак, SYMplus - квалифицированный индивидуальный виртуальный тренер, преподаватель и экзаменатор. Эта программа, в режиме самостоятельной работы студента за компьютером, в понятной и доступной форме не только знакомит с «миром» станков с ЧПУ, но и обеспечивает последовательное прохождение всех стадий подготовки оператора станков с ЧПУ. Таким образом, программа заменяет собой значительную часть производственного обучения и существенно снимает нагрузку с преподавателя, а, зачастую, и замещает его.
Рис. 3
Рис. 4
Заинтересованным лицам предлагаю ознакомиться с материалами (в том числе, видео) по программе SYMplus на странице сайта ДиСис.
Мне же остается только популярно изложить суть.
Пирамида обучения в SYMplus имеет четырехуровневую структуру (рис. 3).
В зависимости от конкретных учебных планов, какие-то уровни будут востребованы «от и до», что-то в меньшей степени. Во всяком случае, на этих уровнях можно найти всё, что нужно для подготовки специалиста по ЧПУ.
С первым (синим) уровнем — ВИРТУАЛЬНАЯ МАСТЕРСКАЯ — мы уже познакомились выше.
Далее вверх — второй, желтый уровень. Здесь можно приобрести корневые знания — изучаются основы программирования CNC (computer numerical control — числовое программное управление, ЧПУ).
Пакет SYMplus «заточен» именно на самоподготовку. Например, на этом втором уровне ученики с относительно слабой начальной подготовкой могут практически так же успешно осваивать материал, как и более подготовленные. В первых разделах этого второго уровня изложение настолько дидактически упрощено и наглядно иллюстрировано (рис. 4), что первые управляющие программы могут составляться уже после первого часа занятия, даже если раньше ученик не имел никаких знаний по ЧПУ!
Далее задания усложняются (рис. 5) и, поскольку процесс программирования движения инструмента в максимальной степени связан с геометрией детали, — весь процесс обучения программированию проходит в супериллюстративном мультимедиа-режиме (рис. 6).
Если для сложного контура (рис. 7) не получается запрограммировать обработку при помощи команд или создать его математическое описание — контур будет без проблем обработан при помощи графического диалога. Простым нажатием клавиш результат диалога будет переведен в коды программы. Таким образом, студент плавно подводится к освоению геометрического программирования — одной из основ CAD/CAM-технологий.
Рис. 5
Рис. 6
Этими технологиями он пользуется в готовом виде при сквозном проектировании, об этом была часть четвертая этой статьи.
Но, в SYMplus, на этом втором уровне, происходит совершенно уникальная вещь. В этом разделе студент в ходе собственной работы видит, как метод геометрического программирования — один из основных методов CAD/CAM-технологий — наглядно «прорастает» сквозь текстовые строки его программ ЧПУ!
В завершение краткого экскурса по второму уровню, добавим, что все свои задания по программированию студент может проверить в режиме 3D-ИМИТАТОРА процесса обработки (рис. 8).
Рис. 7
Рис. 8
Кто хотел стойки управления? FANUC, SIEMENS, HEIDENHAIN? Жить без них не мог?
Мой сарказм связан с тем, что ранее в этой большой статье я обозначил свою позицию: освоение промышленных стоек ЧПУ — это область деятельности обучающих структур предприятия, а не технического образовательного учреждения. Развернутая аргументация была приведена в части первой этой статьи.
Но, на то SYMplus и всеобъемлющая программа, что в ней и такая возможность предусмотрена — изучать различные промышленные стойки и учиться на них работать. Это происходит на третьем (зеленом) уровне — ИМИТАТОР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (рис. 3).
В SYMplus представлены имитаторы различных систем управления — имитаторы промышленных пультов управления станками с ЧПУ (рис. 9). Виртуальный пульт имеет в точности такой же вид, как и реальная панель управления соответствующей системы ЧПУ. При помощи мышки и курсора можно активировать и изучить всю клавиатуру виртуального пульта.
С этими имитаторами можно изучать структуру программы, специальные команды для управления циклами
Рис. 9
Рис. 10
Ну и, наконец, в SYMplus имеется свой CAD/CAM-уровень. Это — четвертый уровень (красный на рис.3).
Современным видом программирования обработки на ЧПУ, как многократно обсуждалось в статье ранее, является работа в CAD/CAM, которая, однако, не является уже, собственно, программированием. Это достаточно подробно описано в предыдущей, четвертой части статьи.
Система CAD/CAM, входящая в ПО SYMPlus, является абсолютно профессиональной графической системой программирования процесса обработки, гарантирующей непосредственную стыковку с производством.
Как и во всякой CAD/CAM-системе, благодаря графическому диалогу удается автоматизировать все рутинные операции, кардинально сократить время подготовки программ NC и оптимизировать их по времени обработки изделий. Имеются все возможности графического проектирования деталей (рис. 11) и импорта готовых чертежей.
Разумеется, имеется и возможность 2D- и 3D-моделирования процесса обработки (рис. 12), что позволяет легко сравнивать разные варианты и быстро оптимизировать работу станка. Заодно, рабочие процессы проверяются на предмет аварийных столкновений.
Рис. 11
Рис. 12
Очень важно, что для всех имеющихся систем ЧПУ, упомянутых на третьем уровне, поставляются постпроцессоры, поскольку, как мы говорили в части четвертой этой статьи — модуль САМ без постпроцессора некомплектен.
И, в завершение.
Мой рассказ был бы не полным без упоминания о высококлассном русскоязычном методическом обеспечении учебной системы SYMplus — полном Руководстве по программному обеспечению и полноцветных Рабочих тетрадях для сопровождения выполняемых упражнений, объемом несколько сотен страниц каждая (рис. 13 и 14).
Рис. 13
Рис. 14
Таким образом, комплексная интерактивная мультимедийная учебная система SYMplus — и есть тот самый инструмент, который наиболее эффективно устраняет упомянутые в начале повествования затруднения, а также дидактически связывает весь учебный процесс по направлению «CAD/CAM-технологии и станки с ЧПУ».
Кандидат технических наук
Маландин Геннадий Юрьевич