МЕХАТРОНИКА в колледже: просто о сложном
Часть II. Концепция ДиСис для цикла ОПД
Основная идея, которую автор отстаивал в части I этой статьи, заключается в том, что дисциплина «Основы мехатроники» по своей значимости для подготовки специалистов не уступает ни одному курсу из цикла «Общепрофессиональные дисциплины» (ОПД), а, потенциально, многих из них превосходит. И, чтобы не давать возможности бюрократам от образования вести свои игры, эту дисциплину надо включать именно в ОПД большинства специальностей, в обязательном порядке.
Не буду повторять всю аргументацию, приведенную в части I, скажу лишь, что право дисциплины «Основы мехатроники» на вхождение в «клуб избранных» — в цикл ОПД, — подкреплено уникальной методикой проведения занятий, отработанной в течение многих лет, многократно апробированной на всех уровнях технического образования.
Высокая эффективность обучения достигается тем, что именно в рамках этой дисциплины удается успешно применить особую технологию передачи знаний — диалоговый режим (термин условный!). Отдельных теоретических занятий, в классическом их понимании, не предусматривается вообще. Студенты, начиная с первого же занятия, идут сразу к стендам-тренажерам. После короткого ознакомительного блока (по каждой новой теме — 15−20 минут) проводится практическое занятие, заключающееся в самостоятельном решении студентом, например, задач механизации или автоматизации конкретных технологических процессов. После этого следует самостоятельная реализация этого решения на стенде-тренажере.
Усвоение знаний и приобретение навыков при такой схеме занятий — на порядок выше, чем при традиционной методике изложения материала. Совсем немаловажно, что эта методика позволяет построить очень гибкий учебный процесс — в зависимости от специальности студента и количества учебных часов, которые удалось «отвоевать» в ОПД под курс «Основы мехатроники».
Есть у Вас «нормальный» объем — 68 часов в семестр (4 часа в неделю) — прекрасно! Можно использовать стандартную программу курса, разработанную компанией ДиСис и стандартную комплектацию стенда-тренажера. Дали Вам в цикле ОПД только половину — 2 часа в неделю, — не беда, все равно, за это время практические навыки «прокачать» можно. Как я уже отмечал в части I применительно к техникам-технологам по пищевым отраслям: «Особенностью этой дисциплины является то, что весь курс можно сделать практическим. А тогда и за 17 часов (1 час в неделю), с нашими методиками, можно дать совершенно нетехническому человеку уникальный и крайне для него полезный технический опыт».
Фактически, техническое образование, на примере этой дисциплины, переходит на качественно новый уровень. Разумеется, это становится возможным только потому, что эта методика опирается на учебное оборудование с совершенно новыми «методическими свойствами». Для достижения этих свойств, компания «Дидактические системы» разработку такого учебно-лабораторного оборудования ведет, рассматривая технические и методические задачи в неразрывной взаимоувязке.
Вот основные принципы, которые закладывает компания ДиСис в своё учебное оборудование:
- студенты работают с настоящими промышленными элементами, никаких игрушек!;
- коллективные демонстрационные опыты и созерцание полностью исключены;
- студент находит техническое решение поставленной ему задачи самостоятельно (или в составе мини-бригады из двух-трех человек) и проверяет его правильность путем самостоятельной реализации (монтажа, наладки, проверки, испытания) своего решения на укомплектованном всем необходимым рабочем месте.
Иными словами — студент вынужден «пахать» на каждом занятии, чтобы решить свою индивидуальную практическую задачу и получить текущий индивидуальный зачет. Хотя, слово «вынужден» — не совсем уместно. Практика показывает, что студентов «за уши не оттащишь» от стенда — настолько им нравится работать на удобном современном учебном оборудовании.
Теперь — об основном техническом принципе, на котором построены стенды-тренажеры. Вне зависимости от уровня образования и отведенного на дисциплину количества часов, мехатронная подготовка должна идти последовательно от начальной стадии, на которой изучается устройство и работа отдельных компонентов мехатронных систем, и далее, через понимание взаимодействия приводов, датчиков и электронно-информационных устройств между собой в относительно простых сочетаниях — к практическому освоению всей системы как интегрированного целого.
Количество часов, отведенное на дисциплину, влияет только на подробности, глубину охвата различных тем, сложность создаваемых систем.
В промышленных системах их собственные параметры во многом преднастроены, а внутренние процессы скрыты от наблюдения, поэтому промышленное оборудование для учебы не годится. Вертеть в руках на уроке незнакомую мехатронную «железку» или «водить хоровод» вокруг работающей машины, у которой все шланги и провода находятся внутри корпуса — абсолютно бесперспективно. Студент должен создать свою работающую систему «САМ и С НУЛЯ», и чтобы все «внутренности» были видны и доступны.
Поэтому основной технический принцип организации такого учебного оборудования — модульность.
Студент начинает каждое занятие «с чистого листа» — с «пустого» стенда-тренажера. Вот, например, стенд-тренажер ДиСис (рис. 8), являющийся базовым по курсу «Основы мехатроники», в его исходном состоянии — с пустым рабочим полем.
Рис. 8 Стенд-тренажер перед началом выполнения задания
Все рабочие модули гидропневмоавтоматики и гидропривода убраны в тумбочки и ждут своего часа.
Студент получил задание создать, например, работающую двухприводную гидросистему автоматической сортировки и складирования.
Преподаватель разьяснил, что и как эта система должна делать, дал соответствующее письменное задание-описание. А дальше — сами.
Посидите сначала с напарником над листком бумаги с карандашом в руках, нарисуйте гидравлическую и электрическую схемы, постройте циклограммы. Обсудите с преподавателем. После его одобрения — можно приступать к монтажу.
На рис. 9 — идет монтаж системы. Гидроагрегаты размещаются на рабочем поле, производится их коммутация. Все аппараты оснащены металлическими быстроразъемными соединениями и установлены на переходные монтажные кронштейны с фиксатором для установки на рабочее поле. Никакие инструменты при монтаже не используются.
*Рис. 9. Мини-бригада студентов ведет монтаж гидросистемы на стенде-тренажере
Практика показала, что юниоры (и даже девушки) быстро осваивают монтаж и коммутацию гидро- и пневмоагрегатов и способны уверенно моделировать различные промышленные системы.
Обращаю Ваше внимание на то, что в исходном состоянии на стенде нет не только рабочих элементов, но и никаких измерительных устройств (за исключением манометра — штатного атрибута отдельно стоящего блока аккумулятора).
Теперь вспомните, как выглядит типовая лабораторная работа в, так называемом, «традиционном виде». Студенты группой подходят к работающему учебно-лабораторному стенду, снимают показания измерительных устройств (давление, расход, угловые и линейные перемещения, скорости, температура
Собственно, процесс снятия показаний и считается, почему-то, этой самой практической работой. Показания аккуратно вносятся в заранее заготовленные таблички — далее следует обработка данных, построение графиков — и вот он, зачет по работе.
А в нашем стенде-тренажере на рабочем поле изначально не видно ни одного манометра, ни одного датчика — ничего! А задачу измерять параметры в ходе работы системы (машины) никто не отменял, она числится в задании. Вот только самой системы (машины) пока нет, ее только предстоит создать. И не факт, что «то, что создали», — заработает.
И только после того, как ты заставил собранную систему работать, причем, работать правильно, — можешь бросить взгляд на измерительные приборы, которые ты тоже только что сам установил на стенд и подключил к системе в нужных местах. Снимай показания, заполняй табличку, строй графики.
Итак, формально, конечный результат такой же, как на «традиционном» стенде — строятся графики, иллюстрирующие работу системы (рабочие характеристики, циклограммы
Прошедший «традиционный путь» будет бэкать, мэкать, «путаться в показаниях». А тот, кто создал работающую систему своими рукам, расскажет все «от и до», и даже поделится секретами определения неисправностей, потому что он при сборке дважды перепутал коммутацию шлангов, и трижды перемонтировал электрическую схему релейного управления. Неправильно собирал — зато теперь может консультировать.
Вот так примерно выглядит собранная работающая мехатронная система на базе электрогидропривода на стенде-тренажере ДиСис (рис. 10).
*Рис. 10. На стенде-тренажере студентами смонтирована и подготовлена к испытаниям многоприводная электрогидравлическая система
Модульное наполнение стенда-тренажера предполагает большую вариативность.
Сам по себе стенд входит в унифицированную Линейку стендов-тренажеров для подготовки «полноформатных» специалистов по мехатронике. В Линейку, помимо стенда гидропневмоавтоматики и гидропривода, входят стенды-тренажеры «Промышленные логические контроллеры (ПЛК)», «Датчики», «Системы автоматического управления и регулирования», «Электропривод и электроавтоматика» и др.
Но!
Сейчас мы ведем речь о курсе, предназначенном для цикла ОПД, причем, курсе, через который надо «прогнать» всех студентов технических специальностей, а лучше, — и не только технических, пусть и в небольшом объеме.
Поэтому, по этой дисциплине вся Линейка стендов не понадобится, стенд-тренажер нужен только одного типа.
В качестве базового лучше всего подходит именно стенд-тренажер «Гидропневмоавтоматика и гидропривод».
Модульность и унификация — вот два ключевых принципа создания Линейки стендов-тренажеров.
Чтобы обеспечить всю программу работ по основам мехатроники, в комплект базового стенда-тренажера в качестве модулей включают практически все вышеупомянутые системы: ПЛК, разнообразные датчики, релейно-контактные устройства управления, системы электропривода — все в виде унифицированных блоков, монтируемых и коммутируемых самими студентами в тех или иных сочетаниях. Ну и, разумеется, в качестве основы — весь необходимый набор устройств гидропневмоавтоматики и гидропривода.
Базовый стенд-тренажер — двусторонний. С каждой стороны может комфортно работать минибригада из 2−3 студентов. Таким образом, двух стендов достаточно, чтобы полноценно проводит лабораторные работы с группой из 12 студентов.
В завершение, возвращаясь к части I этой статьи, еще раз подчеркну, что вопрос о включении дисциплины «Основы мехатроники» в цикл ОПД назрел и перезрел! Это настолько очевидно, что возражать против этого могут только люди, которым безразлично техническое образование в нашей стране.
Специалисты нашей компании на протяжении многих лет «бьют во все колокола», чтобы решить этот вопрос. Очень надеюсь, что мне удалось убедить прочитавших эту статью (обе ее части) поддержать наши усилия на своих местах.
Кандидат технических наук
Маландин Геннадий Юрьевич