Мехатроника — основа современного технологического оборудования

Журнал «Кто есть кто в образовании и науке», № 1(8), 2012 год

ЗАО «Дидактические Системы» специализируется на разработке, производстве и поставке учебно-лабораторного оборудования и методических материалов для учреждений профтехобразования всех уровней. Компания предлагает широкий ассортимент стендов и тренажёров буквально по всем основным направлениям машиностроения, проводит обучение педагогов, использующих учебную технику в образовательном процессе. Директор регионального развития ЗАО «Дидактические Системы» В. А. Федотов поделился с нами своим видением состояния профобразования в РФ.

— Владимир Алексеевич, насколько востребована сегодня учебная техника?

— Качественная профессиональная подготовка будущих специалистов невозможна без использования современной учебной техники. Это аксиома. Ведь, помимо преподавательского состава, наиболее выразительной характеристикой образовательного учреждения является его оснащённость современным учебно-лабораторным оборудованием. Не промышленным (трактора, станки), а именно учебно-лабораторным оборудованием. Уровень затрат на приобретение учебно-лабораторного оборудования должен превышать 50% от общих затрат на оснащение учебного заведения. Это соотношение имеет перспективу включения в перечень индикаторов для оценки качества оказания образовательных услуг.

Однако усилия, прилагаемые правительством для повышения эффективности профобразования, результатов почти не дают. Сегодня политика Минобрнауки ориентирует учреждения профобразования не на улучшение качества подготовки учащихся, а на зарабатывание внебюджетных средств, необходимых как воздух для выживания учреждения, в том числе на заработную плату преподавателям. Теперь становится понятным стремление директоров учреждений профобразования закупать не учебную технику, а промышленные образцы этой техники в надежде получить заказы извне и конкурировать с промышленными предприятиями за счёт бесплатной работы студентов и отсутствия арендной платы за производственные площади. Становится понятным желание сделать на месте спортивной площадки автостоянку, открыть автомастерскую под видом обучения студентов ремонтным работам на реальных автомашинах клиентов (только это не обучение, а натаскивание)… При этом только и слышим, как хорошо устроена система подготовки промышленных кадров на Западе. Вероятно, наши чиновники не знают, что, например, в Германии учебным заведениям профшколы запрещено зарабатывать средства подобным способом, поскольку тем самым они будут создавать конкуренцию своим же выпускникам, готовящимся стать хозяевами или мастерами в малых предприятиях. Немецкое государство идёт также на то, чтобы выплачивать преподавателям и мастерам ставки выше, чем в промышленности, привлекая, таким образом, оттуда к преподаванию лучших специалистов отраслей.

Аналогичная ситуация и с вузами. Предлагая им самим зарабатывать, принимая заказы от промышленности, наше правительство делает вид, что эта промышленность существует и оснащена отечественным оборудованием, поэтому только и ждёт новых разработок. Хотя уже всем очевидно, что если и строится новый завод, то только с иностранными инвестициями и с использованием импортного оборудования. Этим заводам любые «рацпредложения» вредны, а значит — не нужны. Таким образом, технические вузы без финансирования тихо, но уверенно умирают, профессорско-преподавательский состав безнадёжно стареет, научные школы прекращают своё существование. И только наивные люди могут думать, что выделив единовременно 55 вузам деньги на программы их совершенствования, можно решить проблемы высшего технического образования страны.

Так что, если ставить задачу действительно качественной профподготовки технического персонала для модернизации страны, нужно принципиально менять государственную политику в профобразовании…

— Есть ли у вас универсальная учебная техника для подготовки специалистов в разных отраслях?

— Особенность современного этапа обучения техническим дисциплинам заключается в том, что в современном машиностроении преобладает интеграция электрических, электронных и механических компонентов. Это влечёт за собой и изменения к требованиям, предъявляемым к эксплуатирующему их персоналу. На первое место выходят навыки и знания в обращении с электронной техникой управления с использованием компьютеров и микроконтроллеров; требуется владение электропневматикой, электрогидравликой и электромеханикой во всех их компонентах; предприятия машиностроения всё в большей степени нуждаются в специалистах-«гибридах», понимающих как электронную технику управления, электромеханику, так и гидропневмоавтоматику.

Поэтому учреждения професси­онально-технического образования и, прежде всего, составители ФГОСов, уже сегодня должны менять привычные направления подготовки на новые, отвечающие запросам современного производства. Такие направления подготовки именуются мехатронными. Хочу дать объяснение термину «мехатроника»: это область науки и техники, посвящённая созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движением. Собственно говоря, любая современная машина, станок, самолёт или автоматическая линия — это воплощение мехатроники. Мехатроника базируется на знаниях в области механики, электроники, информатики и микропроцессорной техники.

Казалось бы, а что здесь нового? Ведь эти дисциплины читаются практически в каждом техническом учебном заведении. Так почему же тогда специалистов, способных эксплуатировать такого рода оборудование, а тем более создавать его, катастрофически не хватает?

Ответ прост — каждая из этих дисциплин читается сама по себе, по старинке — независимо от смежных! И ни одна, кроме информатики, не входит в состав общепрофессиональных дисциплин (ОПД). Да и сама мехатроника до сих пор относится к узкопрофессиональным модулям. Новые ФГОСы также содержат лишь «старые» ОПД — всё те же компьютерная графика, техническая механика, материаловедение, метрология и программирование… Сегодня нужны новые ОПД, дающие знания в области приводов, систем управления и датчиков — всего того, что и составляет сегодня общепрофессиональную основу техники. Акцент должен быть сделан на взаимодействии механики, электроники и микропроцессорной техники между собой, т. е. на мехатронику!

Мы уже создали учебную технику, которая помогает легче понять эти связи! И не забываем о преподавателях, предлагая семинары по изучению этой техники.

— Какую учебную технику вы предлагаете для изучения тем, связанных с мехатроникой?

— Давайте ещё раз уточним, что мехатроника в полном смысле этого слова — очень объёмное и многопрофильное понятие. Здесь и учёт динамики и траектории движения объектов (например, сварочного робота), станки с ЧПУ с учётом микронных допусков обработки и компьютерные системы обработки данных. Мы же с Вами говорим о начальных понятиях, введении в мехатронику.

Образно говоря, мехатронную технику можно представить в виде совокупности элементов:

  • «мозг машины» — электронное устройство (компьютер, программируемый логический контроллер), которое получает сигналы с датчиков и кнопок управления, обрабатывает их и посылает на исполнительное устройство (привод, сигнальное устройство и т. п.);
  • «мышцы машины» — электро-, гидрои пневмоприводы, обеспечивающие механические движения;
  • «органы чувств» — датчики и путевые выключатели, собирающие информацию о состоянии механизмов или параметров технической (мехатронной) системы и посылающие их в виде входных сигналов обратно на электронное устройство.

В качестве наиболее простого и наглядного средства для изучения всей совокупности элементов и взаимосвязей «мехатронной системы» мы предлагаем стенд с использованием в качестве «мышц машины» пневматических приводов. Это связано с тем, что пневматика проста в сборке, легка в управлении, экологична, безопасна и очень наглядна в обучении — движение штока пневмоцилиндра имеет начальную и конечную точки, а его скорость легко поддаётся контролю и регулированию. И вместе с тем это одно из самых распространённых в промышленности средств автоматизации.

Система управления («мозг машины») реализована в стенде на базе релейно-контактных электромеханических элементов (кнопки, реле, счётчики импульсов) с возможностью дооснащения программируемым логическим контроллером.

Важным элементом «мехатроники» в стенде являются «органы чувств» — широко распространённые в промышленности датчики, бесконтактные путевые выключатели и реле давления.

Завершают оснащение малошумный компрессор, набор магнитных аппликационных моделей, учебные пособия, сборник лабораторных и практических работ, электронные плакаты на CD и компьютерные тестирующие программы.

Важно, что в процессе обучения учащийся своими руками поэлементно собирает на стенде как пневматическую (силовую), так затем и электромеханическую систему управления, используя быстроразъёмные соединения и электрические проводники. Тем самым реализуется утверждение психологов, что «интеллект ребёнка зарождается на кончиках его пальчиков». Сначала с использованием стендового оборудования изучается механика — конструкции и принцип работы гидроили пневмоприводов — «мышц» машин, затем на этих же стендах осваиваются принципы релейно-контактного электромеханического управления — «мозг» машин. После чего изучаются принципы автоматизации работы технической системы с использованием конечных выключателей, реле и датчиков — «органов чувств» машин.

Таким образом, в одном классе закладываются основы понимания целостного процесса, реализуемого пусть ещё не мехатронной (с использованием электроники), но уже электромеханической системой. И только потом в профессиональном модуле можно начинать изучение более сложных систем приводов и управления с использованием микропроцессорной и оптоэлектронной техники.

Общепрофессиональный базовый курс, проведённый с использованием нашего оборудования, гарантированно даёт представление о мехатронике и её составных элементах, попутно давая знания и навыки монтажа систем пневмоавтоматики, электромеханических систем управления и наиболее применяемых датчиков и путевых выключателей.

Этот базовый курс необходим сегодня студентам всех технических специальностей, в том числе программистам, которые должны понимать, что и для чего они программируют.

Ещё раз подчеркну, что для изучения основ «мехатроники» использование пневмои гидроавтоматики в учебной технике наиболее наглядно, удобно и главное — полезно!

— Вы акцентируете внимание на этом нюансе, видимо, не случайно?

— Действительно, в 70-е годы прошлого столетия в нашей стране при перевооружении промышленности, особенно металлургического производства и станочного парка, «упустили» такие направления развития приводов, как гидравлика и пневматика. В плановую экономику это направление «не заложили», поэтому специалистов не готовили, в результате получился полный провал, так что в последней четверти XX столетия отечественная промышленность стала испытывать острейший дефицит специалистов по пневмои гидросистемам. К примеру, в Германии названные дисциплины изучают даже зубные техники, а у нас наблюдался полный вакуум в подготовке персонала в этом направлении для промышленных производств!

И сегодня в начальном и среднем профессиональном образовании отсутствует системный подход к данному вопросу, хотя это — сердце доброй половины движущихся заводских механизмов, дающее энергию движения «мышцам» станков, прессов и автоматических линий. До сих пор нет профессиональной подготовки педагогов в области гидрои пневмоприводов. Никто не готовит мастеров производственного обучения в этой области. Где уж тут мечтать о мехатронике!

— Где уже работает ваша учебная техника?

— Нашу продукцию приобретают многие образовательные учреждения, и это неудивительно, потому что в ней воплощены лучшие методические и научно-технические достижения. Не забываем и о преподавателях спецдисциплин — два раза в год проводим недельные семинары по наиболее востребованным направлениям, в том числе по гидропневмоавтоматике, мехатронике, станкам с ЧПУ и CAD/CAM системам.

Нашим оборудованием оснащены также учебные центры крупных промышленных предприятий — ОАО «Северсталь», «Фольксваген» (Калуга), ЗАО «Форд Мотор Компани» (Всеволожск), АвтоВаз, Белорусский и Выксунский металлургические заводы и другие.

— Сегодня бизнес недоволен качеством знаний выпускников профессиональной школы. Учитывают ли стандарты образования новые требования, предъявляемые к подготовке специалистов?

— Действительно, существует разрыв между требованиями к уровню квалификации персонала со стороны промышленных предприятий и возможностями подготовки специалистов в рамках государственной системы профобразования. Даже в развитых странах этот разрыв достигает 12−15 лет.

Но у нас сложилась парадоксальная ситуация, когда каждый колледж вынужден писать собственные учебные планы, увязывая требования новых ФГОСов, имеющегося оборудования и возможности преподавателей. Мы тесно общаемся с Министерством образования Белоруссии, так там эта работа ведётся централизованно в рамках РИПО республики.

Кстати, именно РИПО Беларуси признано ведущим в области профобразования стран СНГ.

Несколько лет назад мы оснащали учебные центры гигантов промышленности — концернов АвтоВаза, Северстали. Они были первыми, кто не только осознал глубину проблем с отсутствием квалифицированного персонала в области гидропневмосистем, но и направили письма в Минобразования Р Ф с предложением внести дополнения в стандарты, касающиеся подготовки специалистов в этой области (в то время министром был В.М. Филиппов). Они были услышаны, и работа была проведена, причём при нашем непосредственном участии. В результате в 2003 году в образовательные стандарты России по специальности 1201 (Технология машиностроения) вошла общепрофессиональная дисциплина — гидропневмосистемы. Лёд тронулся, и уже к 2010 году семь колледжей страны начали выпуск специалистов по наладке и обслуживанию гидропневмосистем.

Однако в новой редакции ФГОС 151 901 «Технологии машиностроения», над которой работали несколько станкостроительных колледжей, эта дисциплина вновь «потерялась». Причина банальна: в этих учебных заведениях отсутствует необходимая учебно-лабораторная база, вот они без сожаления и выбросили эту ОПД из стандарта. В результате новый стандарт «потерял» нужную дисциплину, а профобразование страны вновь вернулось «на круги своя».

Как результат, в специализированных колледжах с электромеханическим уклоном электрогидравлические и электропневматические приводы даже не упоминаются. Нам приходится заниматься просветительской деятельностью: убеждать директоров профессиональных колледжей и лицеев в целесообразности изучения этих дисциплин хотя бы в рамках регионального компонента ФГОС!

— К вам прислушиваются?

— Чаще да, чем нет. Директор Омского промышленно-экономического колледжа Сергей Викторович Коровин приобрёл наше оборудование и методические материалы, прислал учиться педагога. А уже через год благодарил нас за оборудование, отметив, как увлечённо ребята занимаются в лаборатории, как повысилось качество и, самое главное, мотивация учёбы. Наши партнёры А. А. Судленков, А. Ф. Лындин и С. Г. Петухов, директора электромеханического (Чебоксары), политехнического (Магнитогорск) и металлургического (Липецк) колледжей, также сделали выбор в пользу нашей учебной техники. В результате лаборатории, поставленные нами «под ключ», были признаны «Лучшей реализацией национального проекта «Образование». Эти же лаборатории используются теперь и для переподготовки и повышения квалификации как персонала промышленных производств, так и незанятого населения названных регионов.

— Владимир Алексеевич, мы с вами говорим о специальной учебной технике, предназначенной для профессионального обучения. Есть ли у вас предложения для средней общеобразовательной школы?

— На одной из международных выставок нас поразили методики и красочность представления материала по естественным наукам — физике, химии и биологии. Оказалось — разработка Индии с использованием кинематографических мультимедийных эффектов. Каждый курс содержит 400 тем, любая из них включает озвученный анимированный фильм-лекцию, режим симуляции выполнения эксперимента, контрольное тестирование, ссылки на бесплатные интернет-ресурсы по этой теме. Например, — физика. Тема — электромагнетизм. Объект — электрический звонок. Ученик смотрит озвученный видеоматериал с методически выверенным текстом, отвечает на вопросы, задаваемые компьютером и должен виртуально сконструировать звонок, выбирая нужные материалы и инструменты из предложенных на экране. Если сделан правильный выбор и все компоненты установлены в нужной последовательности — звонок оживает.

Другой пример — биология: ученик видит на экране таинство зарождения жизни, как личинка превращается в лягушку, слушает звуковое сопровождение. Далее проверка знаний: из хаоса «составных» частей надо «собрать» лягушку в той последовательности, как это запрограммировано самой природой. Сделал ошибку, нарушил последовательность — всё вновь рассыпается на мозаичные фрагменты.

Школа, приобретая у нас одну лицензию, имеет возможность установить все три программы на 50 компьютеров, что даёт возможность организовать индивидуальную работу для каждого ребёнка. Это совершенно другое качество образования. В конце 2011 года эти мультимедийные программы были презентованы в Республике Беларусь. В результате Министерство образования Белоруссии приняло решение о внедрении инновационной программы во всех общеобразовательных школах республики.

В России сегодня также работают несколько проектов, направленных на развитие учреждений НСПО, а также поддержку программ стратегического развития государственных учреждений высшего профобразования. Деньги есть, вопрос в том, как разумнее ими распорядиться.

В этой связи приведу несколько цифр. В США и Японии на каждые десять тысяч специалистов, занятых в промышленности, приходится более 500 роботов и автоматов, в Германии — 200−400, в России — менее 20. Мы отстаём в десятки раз, поэтому тема нашей сегодняшней беседы чрезвычайно актуальна. Технический прорыв, модернизация промышленности должны начаться с модернизации образования. И одним ЕГЭ здесь не обойтись!

Обратный звонок RedConnect