Андреенков Е. В., Статников И. Н., Фирсов Г. И.,
г. Москва
УДК 378.147
ТЕХНОЛОГИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБУЧЕНИЯ
В ПРОЦЕССЕ КУРСОВОГО И ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В целях наилучшей подготовки студентов к современной инженерной практике в докладе обосновывается необходимость оптимизации процессов обучения студентов втузов на стадии выполнения ими курсовых и дипломных проектов. На конкретном примере рассматривается возможный подход к реализации поставленной проблемы.
Новый экономический уклад России, основанный на частной собственности и, значит, на конкуренции между товаропроизводителями, радикально меняет требования к обучению специалистов технического профиля. И это особенно актуально для таких отраслей промышленности, как машиностроительные, где наличествует огромное функциональное разнообразие машин и механизмов, автоматизированных технологических линий. Несомненная связь между качеством этих машиностроительных конструкций и качеством и себестоимостью изделий должна быть прочувствована и усвоена будущими технологами и конструкторами всех отраслей промышленности. Поэтому представляется необходимым на этапах курсового и дипломного проектирования внушать студенту, что любое проектное задание — многокритериальное и, значит, многоальтернативное (многовариантное) по параметрам проектируемого устройства.
Студент должен быть четко нацелен на использование ЭВМ как необходимейшего инструмента проведения многовариантных расчетов и доведения их до числовых значений критериев проектного задания [1]. И он должен усваивать с первого курса, что именно математическое экспериментирование с моделями функционирования проектируемого или улучшаемого устройства, т.е., математическое моделирование, существенно сокращает сроки и стоимость доводки изделия до практической эксплуатации. Представляется полезным, чтобы на защите курсового проекта студент, исполняя в чертежах, как и прежде, один вариант проекта ("базовый"), все же еще имел табличку из 3 – 5 вариантов своего проекта, и устно мог объяснить достоинства и недостатки каждого из вариантов, т. е. проанализировать связь между значениям критериев и параметрами проекта. Для дипломника было бы полезно на "последней страничке" пояснительной записки иметь таблицу из 5 – 10 вариантов своего проекта. Эту же таблицу надо иметь на защите дипломного проекта, Для появления многовариантности у курсовых и дипломных проектов руководитель (“заказчик”) должен при выдаче задания сформулировать набор критериев качества (одинаковый для всей группы) и ряд функциональных ограничений (которые могут несколько варьироваться по граничным значениям для каждого студента или подгрупп студентов).
В качестве критериев для дипломного проекта могут быть различные количественные характеристики изделия (габариты, производительность, степень вредных воздействий на экологию цеха или внешней среды и т.д.). Анализируя варианты, студент должен объяснить, что в каждом варианте по сравнению с другими “теряется”, а что — улучшается. Рассмотрим пример чисто с методологической позиции.
Допустим, что студенту дано задание произвести тяговый расчет двухцепного изгибающегося скребкового конвейера, широко используемого в угольной промышленности [2]. На вербальном уровне ставится задача: при неизменной общей длине конвейера (межосевое расстояние плюс диаметр звездочек, если они одного размера) путем подбора рациональных значений ряда его параметров минимизировать три критерия качества (способы подбора таких значений в докладе не обсуждаются, хотя можно, например, при работе с ЭВМ рекомендовать [3,4]): Ф1(б) — потребная мощность электродвигателя, кВт; Ф2(б) — максимальные натяжения в цепных контурах, Н; Ф3(б) — отношение максимального натяжения в цепном контуре к минимальному. Здесь б — вектор исследуемых параметров конвейера, назначаемый преподавателем: б1 — угол наклона продольной оси конвейера к горизонту, град.; б2 — шаг изгиба конвейера, м; б3 — длина кривой изгиба, м; б4 — длина участка конвейера от оси приводных звездочек до начальной точки изгиба, м; б5 — величина начального натяжения правого цепного контура, Н; б6 — отношение значения б5 к величине начального натяжения в левом цепном контуре. В качестве “базового” варианта преподаватель может предложить студенту результаты расчета конвейера как прямого: Ф1б(б) = 42.5 кВт, Ф2б(б) = 28694.3 Н, Ф3б(б) = 12.76 (конечно, студент может и сам рассчитать “базовый” вариант). Теперь студент может приступить к сравнительному анализу нескольких вариантов расчета конвейера с “базовым” и между собой. Например, следующих вариантов: 1) Ф = (55.4; 37000; 12.33) и б = (0.216; 1.7; 13.5; 83.5; 30000; 1), 2) Ф = (60.4; 40125; 15.3) и б = (0.176; 1.8; 13.9; 52.2; 28750; 0.9), 3) Ф = (61.4; 41088; 14.38) и б = (0.173; 1.71; 13.3; 36.5; 29875; 0.96). Из сравнения вариантов с “базовым” видно, что последний лучше всех трех вариантов по всем критериям, но такова “плата” за ограничение на длину конвейера. Сравнивая между собой три варианта, замечаем, что вариант № 1, в свою очередь, лучше № 2 и № 3 по всем трем критериям, что может быть объяснено, по меньшей мере, двумя причинами: в варианте № 1 выше угол наклона продольной оси конвейера к горизонту (б1) и равные начальные натяжения в обоих цепных контурах (б6). Также лучшие результаты варианта № 1 еще можно объяснить и тем, что участок изгиба конвейера расположен почти на середине межосевого расстояния. Такие объяснения студентом результатов расчета по заданию (или еще более подробные) могут свидетельствовать о том, что выпускаем молодого специалиста (если это дипломный проект), готового к практической работе в области проектирования и технологической разработки изделия.
В качестве инструментария для выполнения подобного многовариантного просмотра возможного построения требуемого устройства или прибора могут выступать как широко известные универсальные математические пакеты типа Mathcad или MATLAB, так и популярные процессоры электронных таблиц Excel, входящие в пакет Microsoft Office. Целесообразным представляется выполнение курсовых и дипломных проектов на “стыке” профильных дисциплин конкретных кафедр и дисциплин, связанных с информационными технологиями. В задание на проектирование включаются вопросы разработки расчетных решений средствами процессоров электронных таблиц с использованием как встроенных языков программирования, так и универсальных языков типа С и С++ или математических пакетов. В этом случае студент продемонстрирует владение как инструментарием создания продуктов информационных технологий, так и аппаратом своей конкретной специальности.
Литература