TRAINING OF CAD TARGET PERSONNEL IN THE ENVIRONMENT OF A TRAINING VIRTUAL ENTERPRISE

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Процессы разработки и изготовления современных изделий машиностроения уже невозможно представить без использования САПР (CAD\\CAM\\CAE...CA”x” - систем и технологий), которые стали неотъемлемой частью комплексных систем информационной поддержки жизненного цикла изделий (Product Lifecycle Management - PLM systems) [1]. При этом внедрение и эксплуатация человеко-машинных систем в обязательном порядке предусматривает обучение персонала, от компетенций которого напрямую зависит эффективность сложной автоматизированной системы в целом [2]. Проектирование по своему определению является творческой инженерной деятельностью, для которой, наряду с обширными знаниями и навыками в области техники и технологий необходимо развитие специфических компетенций, развитие которых происходит исключительно в процессе практической деятельности человека [3]. И если в настоящее время достаточно глубоко и полно освоены методики обучения инженеров и техников на локальных этапах проектных работ, то подготовка специалистов, обладающих необходимыми профессиональными компетенциями для деятельности в интегрированной информационной среде (ИИС) требует новых идей, практических разработок и исследований. ПРОБЛЕМАТИКА ОБУЧЕНИЯ САПР Важность «человеческого фактора» при создании и эксплуатации САПР (CA”x” - систем) ярко проявляется в том, что практически все ведущие разработчики (компании вендоры) активно занимаются созданием и продвижением многочисленного методического обеспечения (МтО), предназначенного специально для пользователей [4]. Кроме обязательной контекстной справочно-информационной системы (Help) сюда относятся: . Подробные описания функционала всех компонент (Manuals); . Практические руководства (User Guides); . Инструкции (Readme) и рекомендации (Tutorials); . Специально подобранные примеры проектных решений Samples. Кроме этого вендоры, зарабатывающие продажей прикладного программного обеспечения предлагают пользователям средства, чисто учебного назначения: . Учебники (Textbooks) представленные как в классической бумажной, так и современной электронной форме; . Пособия для самоподготовки (CAST - Computer Aided Self Training); В настоящее время при реализации МтО САПР используется практически весь спектр компьютерных технологий от универсальных средств электронного обучения (E-Learning) до предметно-ориентированных баз знаний [5]. Однако они хорошо поддерживают учебный процесс только в области формирования знаний. Для формирования профессиональных умений и навыков необходима практическая работа в среде САПР. К сожалению, программное обеспечение (ПО) промышленного назначения далеко не всегда соответствует требованиям учебного процесса (стоимость владения, простота освоения и эксплуатации, наглядность и т.д.). Для этих целей приходится разрабатывать специальные учебные программы и комплексы (Training Tools). К этой категории средств методического обеспечения САПР можно отнести: . Практикумы и упражнения (Exercises); . Учебные (сокращённые и упрощенные) версии промышленного ПО (Light version); . Компьютерные тренажеры (Simulators) и учебные САПР (Student Edition version). Особую разновидность методического обеспечения для обучения практическим навыкам профессиональной деятельности представляют виртуальные среды (virtual environment): . Виртуальные лаборатории (virtual laboratory - VL); . Виртуальные предприятия (virtual enterprise - VE). ВИРТУАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ КАК СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ НАВЫКАМ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГОВ-МАШИНОСТРОИТЕЛЕЙ В ЦИФРОВОЙ ПРОЕКТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЕ Для ускорения адаптации проектного персонала и развития у пользователей САПР умений и навыков практической работы в среде комплексных автоматизированных систем предложено создавать в вузах и учебных центрах специализированные учебно-исследовательские виртуальные предприятия (УИВП - educational and research VE). Кроме того, УИВП (ERVP) могут использоваться как своеобразный макет (электронный двойник) PLM-решений, предназначенный проверки новых технологий, и опережающего выполнения пилотного проекта в проектах внедрения комплексных САПР [6]. Тренирующие функции УИВП проявляются в процессе многократного, циклического прохождения определенных стадий и этапов, предусмотренных методикой учебного автоматизированного проектирования, что позволяет развивать полученные пользователями умения, доводя их до заданного уровня. В самарском государственном техническом университете (СамГТУ) разработано и в течение ряда лет используется для подготовки магистров техники и технологии УИВП, охватывающее, прежде всего, процессы конструкторской подготовки производства [7]. Структура и состав методического обеспечения УИВП отличаются от использованных промышленных решений существенно большей сложностью. Базы данных были оснащены дополнительными разделами, в которых размещены разработанные авторами: . учебник и учебные пособия по различным разделам САПР; . сборники заданий и упражнений; . методические рекомендации для преподавателей по реализации учебного проектирования; . сборники показательных проектов и примеров инженерных решений. В данной статье рассматривается расширение обучения комплексной автоматизации и на этап технологической подготовки производства, а в дальнейшем и изготовление образцов изделий на цифровом оборудовании, с использованием аддитивных технологий. Анализ процессов автоматизированной технологической подготовки современного машиностроительного производства в ИИС [6-8] показал, что информационный технолог (назовем так специалиста, обладающего развитыми компетенциями, как в области технологий машиностроения, так и соответствующей информационной подготовкой - IT technologist - ITT) должен обладать значительно более широким комплексом компетенций по сравнению с многими другими участниками процессов КТПП: (1) Каждая из выделенных компонент профессиональных компетенций в свою очередь должна быть подержана некими укрупненными дидактическими единицами, составляющими предметное поле обучения автоматизированному проектированию. 1. Конструкторские профессиональные компетенции K CAD и соответствующие им навыки геометрического моделирования необходимы информационному технологу для разработки технологической оснастки и операционных моделей изделий: где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «CAD технологии и системы». 2. Технологические профессиональные компетенции и пересекающиеся с ним навыки в области 2D - и 3D - компьютерной графики позволяют эффективно автоматизировать разработку и оформление технологической документации: где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «САПР ТП - CAPP технологии и системы». 3. Компетенции в области программирования нужны для разработки управляющих инструкций для цифрового оборудования, которые в свою очередь опираются на первые две вышеназванные группы: где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «CAM технологии и системы». 4. Компетенции в области инженерного анализа (CAE) востребованы при моделировании технологических процессов, например литья или обработки давлением; где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «CAE технологии и системы». 5. Цифровые измерения (CAI) необходимы для контроля изготовленных изделий и организации адаптивной обработки на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах: где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «CAI технологии и системы (Computer Aided Inspecting)». 6. Кроме этого, можно выделить в числе «Прочих» перспективные цифровые технологии (CA”x”), к числу которых можно отнести аддитивные (3D сканирование и печать) или «Умное производство» и «Интернет вещей». где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «Инновационные цифровые технологии в машиностроении». 7. Особо следует выделить специфические компетенции необходимые современному инженеру для эффективной работы в интегрированной информационной среде (PDM/PLM), включая работу с электронными техническими архивами, управлением изменениями конструкторско-технологической документации и организации коллективной работы над большими проектами. где n - число дидактических единиц, отражающих сущности модульного раздела «методология информационной поддержки жизненного цикла изделий машиностроения (Continuous Acquisition and Life cycle Support -CАLS)». Многое из дидактических единиц в группах приведенной классификации компетенций IT технолога взаимозависимы (пересекаются), а сами группы компетенций выстроены в определенную иерархию в порядке их изложения. Кроме того, следует заметить, что термины бурно развивающихся информационных технологий зачастую совпадают, повторяются и вовсе могут иметь различное понятийное наполнение. Например, специалисты в смежных областях науки и техники могут расшифровать хорошо знакомую технологам аббревиатуру CAI не как автоматизированные измерения, а как автоматизированных систем поддержки инновационных процессов на предприятии (computer aided innovation - CAI), также не чуждую методологии УИВП. Для формирования предметного поля обучения IT технологов в среде УИВП и выделения понятийно-терминологических связей между множеством дидактических единиц было предложено использовать онтологических подход [9]. Построение онтологий позволяет формировать предметно-ориентированные базы знаний, эффективно поддерживающие процессы проектирования технических объектов в различных предметных областях [10]. В экспериментальном исследовании, выполненном авторами данной статьи [11], непрерывный динамический процесс развития бесконечной по своей природе предметной области САПР представлялся дискретным набором конечных состояний, фиксируемых экспертами на определенной стадии построения онтологии. В сочетании с методологией УИВП аппарат онтологического анализа позволяет построить оптимальные траектории индивидуальной или целевой подготовки специалистов в виртуальной образовательной среде.

About the authors

A. A Cherepashkov

Samara State Technical University

Email: eg@samgtu.ru
Samara, Russia

V. N Voronin

Samara State Technical University

Email: voronin.vn@samgtu.ru
Samara, Russia

A. G Sharaukhova

Samara State Technical University

Email: anshag13@yandex.ru
Samara, Russia

References

Supplementary files