Назад

Вопросы проектирования ГГП в контексте технологий параллельного инжиниринга

Фото Усанова Елена Владимировна (КГТУ им. А.Н.Туполева)



Область профессиональной деятельности современных специалистов, ориентированных на работу в ИКТ - средах на базе PLM-технологий,  включает методы,    средства   и   способы   проектирования,    конструирования   и производства  изделий наукоемких областей машиностроения. Ключевой стадией ЖЦ является проектирование т. к. любые ошибки на этом этапе, различные конструктивные изменения влияют на дальнейшие  процессы технологии производства изделий, увеличивают сроки их выпуска, приводят к дополнительным финансовым затратам. Следовательно, акцент на оптимальное проектирование с позиций конструктивных решений, технологичности, надежности в эксплуатации, эргономичности, себестоимости, должен быть сделан на начальные стадии разработки изделий, чтобы делать качественные проекты с момента начала их разработки.

Повышение конкурентоспособности за счет минимизации времени на  разработку, улучшения качества и снижения цены изделий вызвали необходимость в освоении технологий параллельного (совместного) инжиниринга (Concurrent Engineering —  CE) в PLM-технологиях.
CE - это подход в технологиях поддержки ЖЦ, заменяющий длительный линейный процесс серийного проектирования и дорогостоящих опытно-конструкторских работ на параллельный. Он нацелен на то, чтобы разработчики рассматривали с самого начала весь ход работы от проектирования до управления предприятием, включая функции компаний по технической поддержке и утилизации (рис.1).
 
Стратегия CE требует, чтобы как можно большее число стадий ЖЦ выполнялось параллельно, и включает в процесс создания изделия  контроль себестоимости на каждой стадии, который подчиняет себе весь процесс разработки и освоения изделия с целью минимизировать издержки.

Информационная поддержка проектирования и технологической подготовки производства изделий в CE - концепции осуществляется с помощью CAD/CAM/CAE – систем, принципиально меняющих (а не просто автоматизирующих) традиционно существующую линейную схему стадий разработки изделий. Модули CAD/CAM/CAE/CE - систем обеспечивают весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации и создают проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия. Длительный традиционный процесс серийного проектирования и дорогостоящих опытно-конструкторских работ традиционной схемы разработки в CE-технологиях заменяется  схемой параллельного совместного автоматизированного проектирования (рис.2).

Поле профес­сиональной деятельности специалистов в среде CAD/CAM/CAE/CE - систем охватывает  весь жизненный цикл проектируемого объекта и позволяет использовать различные стратегии решения производственных задач. Эта деятельность многофункциональна и предполагает взаимодействие не только смежных компетенций, но и компетенций разного профиля,  возможность переключения на разные функции и уровни профессиональной деятельности. Конструкторское проектирование, к примеру, должно вестись с учетом ограничений технологичности, технолог должен иметь возможность вносить изменения в пределах, которые не нарушают конструкторской целостности проекта.

 Такое интенсивное взаимодействие специалистов в процессе проектирования и производства изделий, обмен материалами, различные согласования и т.д. подразумевают тесную интеграцию конструкторских  (CAD), технологических (CAM), инженерного анализа (CAE) и других систем и программных продуктов различного назначения, обеспечивающих функционирование информатизированных технологий ЖЦ.
 
Таким образом, в условиях комплексной информатизации  производства многофункциональная  профессиональная деятельность специалиста приобретает характер широкопрофильной и политехнической, характеризующейся таким способом организации, который позволяет на единой основе решать разнотипные, профессиональные задачи: проектирование, конструирование, инженерный анализ, технологическую подготовку производства, эксплуатацию технических систем. При этом "политехнизация" профессионально-технического обучения инженеров должна осуществляться не по принципу увеличения суммы или расширения объема общетехнических дисциплин, а по принципу формирования политехнического способа мышления при изучении каждой из них [1, с.381]. Знания – умения – владения бакалавра, магистра, дипломированного специалиста в части графической подготовки, ориентированной на проектно – конструкторскую деятельность в среде CAD/CAM/CAE/CE/PDM и ERP-систем  должны быть фундаментальными, профессионально и практически ориентированными и обеспечивать качественное функционирование сферы материального производства. Технический специалист любой образовательной ступени должен обладать системным политехническим мышлением высокого уровня, способным охватить суть решаемых проблем, видеть оптимальные практические способы их разрешения. Для работы в  интегрированной среде CAD/CAM/CAE/CE/PDM и ERP- систем технологий ЖЦ "системное инженерное мышление должно иметь весьма широкий диапазон: логическое и образно-интуитивное, эстетическое и творческое, научное и практическое, экологическое и эргономическое, экономическое, управленческое и коммуникативное [1,c.369].

Чтобы подготовить такого гармоничного специалиста с "системным, и даже глобально цивилизационным инженерным мышлением, нужно, чтобы и преподаватели технических вузов преодолевали свой узкопрофессиональный взгляд на задачи обучения и роль своей учебной дисциплины. Необходимо, чтобы сами преподаватели обладали комплексным фундаментально - техническим – экономико – экологическим – гуманитарно – психолого - педагогическим базисом научных представлений, в результате чего даже при преподавании узких технических дисциплин комплексная эрудиция и системность мышления преподавателя позволяла давать студентам комплексно-синтезированную научную информацию, формировать всесторонне развитую личность человека XXI века" [1, с.376].

Акцент на стадию проектирования в цепочке стадий жизненного цикла изделий вызывает острую необходимость в специалистах для работы в CAD – системах. Это значительно усиливает роль и значение геометро-графической подготовки (ГГП) в технических ВУЗах как базы  для общепрофессиональной подготовки и профессиональной деятельности в  CAD/CAM/CAE/CE/ - системах, обеспечивающих совместное параллельное проектирование, технологическую подготовку производства и инженерный анализ.

Специалисты, решающие задачи на стадии  проектно-констукторской деятельности с помощью интегрированных CAD/CAM/CAE/CE – систем должны обладать проектно-констукторскими компетенциями, базой для формирования которых служит  геометро-графическая подго­товка. Модель их профессиональной деятельности может служить основанием   для проектирования структуры и содержания геометро – графической подготовки, обеспечивающей формирование  необходимых профессиональных и  надпрофессиональных (общеинтеллектуальных) компетенций для подготовки специалистов  в этой области.

Профессиональная деятельность в интегрированном CAD/CAM/CAE/CE - модуле современных технологий поддержки ЖЦ вызывает необходимость обновления содержания и методологии образования в области ГГП в техническом ВУЗе  на основе межпредметной интеграции. Междисциплинарные связи при этом позволят обеспечить систематизацию и обобщение знаний смежных наук и повысить уровень освоения профессиональных компетенций будущего выпускника на основе умения использовать знания из смежных областей при решении задач проектно – конструкторской деятельности. Результаты ранжирования компетенций работодателями и выпускниками (РВ) и академическим сообществом (А), приведенные в работах [2,3] отводят высокие оценки умению использовать базовые знания в различных областях. Важно в соответствии с целеполаганием обеспечить их адекватной организацией образовательного процесса как в смысле наполнения  необходимым и достаточным содержанием,  так и в смысле образовательных технологий.

Для успешного формирования графической части проектно-конструкторских компетенций выпускников технического ВУЗа в период вузовского образования перед  ГГП дополнительно к существующим, ставятся новые задачи, диктуемые современным темпами развития  CAD-систем PLM-технологий:

1. Оптимальная организация предвузовской подготовки. Здесь имеют место два основных направления:


2. Пересмотр   наполнения содержания обучающей части ГГП и ее интеграция с другими общепрофессиональными дисциплинами модуля CAD/CAM/CAE. Необходим пересмотр традиционных взглядов на преподавание графических дисциплин  по следующим основным направлениям:

3. Формы представления содержательной части обучающего материала. Для приобретения профессиональных компетенций в  объективно складывающихся условиях интенсивного роста обучающей информации (во многом совершенно новой, как предметной, так и общеинтеллектуальной) и ограничений аудиторного времени на обучение, на смену традиционным технологиям обучения графическим дисциплинам должны прийти информационные и смешанные (Blended Learning). При этом требуются иные способы передачи возрастающих объёмов обучающей информации с целью их надёжного усвоения и адекватные методологические подходы, опирающиеся на использование ИКТ.
Мощным средством интенсификации ГГП в ВУЗе становятся графические средства представления учебной информации (ГСПИ) на базе multimedia как на этапе предъявления обучающей информации, так и в процессе приобретения профессиональных умений и навыков. Исследования влияния различных форм ГСПИ на формирование графической части проектно-конструкторских компетенций проводились  в КГТУ им. А.Н. Туполева.

4. Последовательность и непрерывность ГГП обеспечивающая подготовку для CAM/CAE - систем в модуле CAD/CAM/CAE. Прежде всего, геометро-графическая подготовка должна быть непрерывной в технических вузах на протяжении всего периода обучения, а не ограничиваться изучением на первом курсе начертательной геометрии и инженерной графики. Роль кафедр базовой графики в их нынешнем состоянии  сводится  к освоению формообразования 3D – моделированием в CAD-системах и, поскольку мы находимся еще  на стадии хранения 2D-информации в соответствии ГОСТ 2.305-2008, чтения 2D-чертежей. Эта база как азбука далее последовательно должна использоваться для формирования проектно-конструкторских компетенций при изучении основ конструирования и других смежных  и специальных дисциплин, в практико - ориентированной   деятельности и продолжать эту работу необходимо преподавателям именно этих дисциплин.

5. Мониторинг  результатов   влияния инженерных ИКТ с применением ГИТ и ГИС на формирование графической части  проектно-конструкторских компетенций и эффективность ГГП. Современные наиболее употребительные в России информационные системы управления образовательной деятельностью  - Moodle, e-Learning 3000,  BlackBoard  и т.д. позволяют организовать мониторинг и на основании его результатов выбирать направление дальнейшего  наполнения и развития  ГГП в технических вузах  и ее мобильной модернизации. Не надо на века – надо мобильно: на год и даже на семестр. 

Список литературы

1. Столяренко Л.Д., Столяренко В.Е. Психология и педагогика для технических вузов. Серия «Высшее образование». — 2-е изд., перераб. и доп. — Ростов н/Д: «Феникс», 2004. — 512 с.
2. Белашевский Г.Е., Гречников Ф.В., Козлов Д.М. Учет требований работодателя при проектировании основных образовательных программ// Труды международной н. – методической конференции “Управление качеством инженерного образования и инновационные образовательные технологии”.- Самара: Изд-во СГАУ, 2008. Ч.1.- С.50 – 53.
3. Столбова И.Д. Выявление состава актуальных компетенций графической подготовки//Проблемы качества графической подготовки : Материалы международной н.-практической  интернет – конференции .- Пермь : Изд-во ПермГТУ , 2010. C.14-21.

Рисунки к докладу

Рис. 1
Рис. 1

Стадии ЖЦ в параллельном инжиниринге




Рис. 2
Рис. 2

Модель технологии параллельного проектирования изделий наукоемкого производства




Вопросы и комментарии к докладу:


Фото
Горнов Александр Олегович
(11 марта 2011 г. 22:10)

      Уважаемая Елена Владимировна !

    Нельзя ли кратко об организации и основных результатах " исследований  влияния различных форм ГСПИ на формирование графической части проектно-конструкторских компетенций "?

                                                    Спасибо. А.О.Горнов

Фото
Хейфец Александр Львович
(12 марта 2011 г. 1:23)

Уважаемая Елена Владимировна, Вы пишете:

В связи с переходом на компьютерные технологии 3D-моделирования развитие пространственной интуиции и инженерного конструкторского образного мышления происходит посредством компьютерного моделирования на основе способов формообразования CAD-систем…

и далее в качестве одной из задач видите:

Роль кафедр базовой графики в их нынешнем состоянии  сводится  к освоению формообразования 3D – моделированием в CAD-системах и, поскольку мы находимся еще  на стадии хранения 2D-информации в соответствии ГОСТ 2.305-2008, чтения 2D-чертежей.

Из доклада можно предположить, что Вы имеете общение с ведущими фирмами. В связи с этим, имеется ли у Вас информация о степени применения методов 3D  в проектно-конструкторских бюро современных фирм? То есть, сделанные Вами выводы о 3D вытекают из литературных источников или основаны на Вашей информации по  этими фирмам (вероятно, авиационным)?

Вопрос вызван дискуссией на данной конференции, в ходе которой ряд оппонентов на основе личного опыта  утверждает о преобладании в конструкторских бюро, наших  и зарубежных,  традиционных методов 2D проектирования. Это так или оппоненты вспоминают свою молодость?

Кроме того, многие кафедры по прежнему преподают инженерную графику лишь в режиме 2D, хотя и на компьютере, несмотря на наступающую со всех сторон технологию 3D. С этим они связывают и необходимость преподавания начертательной геометрии в традиционном ее варианте.

Что Вы об этом думаете?

А.Л. Хейфец

Фото
Усанова Елена Владимировна
(12 марта 2011 г. 21:06)

Уважаемый Александр Львович!
1. По  машиностроительным организациям упомянутого Вами профиля. Наш завод- флагман  работает на системе высокого уровня . Наша бывшая студентка руководит TEMCENTER-PDM. Это система, где хранятся  модели NX. В 2D завод уже очень давно работает, мы в институте их догоняли. Сейчас в производстве работают с 3D- электронными моделями. Как техническая документация всё хранится в отсканированном и приведенном в соответствие с ГОСТ 2.305 2D – виде.  Т.е. сама модель остается не разрушенной. Не знаю, как долго это продолжится. Специально для Вас сейчас звонила к ней, она сказала, что закупают все новейшее и лицензированное, переходят на современные информатизированные технологии проектирования и производства. У них  востребованные изделия, производство процветает, устроиться на работу сложно. Но постепенно сокращают пенсионеров.
Два других завода то работают, то отдыхают, там все на уровне систем среднего уровня.  Вечерники-заводчане срочно осваивают 3D – моделирование в КОМПАС-3D.Технологические кафедры все  дают с 3D- моделями на системах высокого уровня. Просто переучивают на системы высокого уровня после нашей кафедры и решают свои задачи. Пока мы работаем вразнобой.
КБ. Работает в системе среднего и высокого уровня. Чертежи хранят тоже в 2D. Делали изделие по 3D –  моделям в другом городе на производстве, которое еще работает не полностью на новых технологиях,  хотя  практически новый завод. Специалисты еще со старым мышлением. Молодых опытных и способных  принимать решения  еще не всегда допускают. НО ПРОЦЕСС ИДЕТ!
Во всех странах по разному. Финляндию не отношу к странам с высокотехнологичными производствами. Рано или поздно и они  к этому придут. Специалистов – то опытных наших большей частью используют.
По понятным причинам я не называю организации
2. В рекомендациях по составлению новых учебных планов и рабочих программ в нашем институте прописано изучение 2D, а затем 3D –на специальных кафедрах, чтобы учить сразу на своем предметном материале.  Можно, конечно, и так. Но зачем, если можно получить автоматически? Руку надо ставить будущим инженерам! Технический рисунок и эскизы! Чем глазомер и пропорционирование развивать будем? Вы видели по TV как Калашников своё оружие рисует? Не думаю, что он освоил CAD – системы.  Но он нарисовал все так, что конструкторам представить все в 3D прямо с картинки можно.
3. Как к науке отношусь к НГ с уважением. Как наука она обобщила и дала алгоритмы решения многих задач. Но многие из них решаются сейчас математически, в графическом решении многих просто отпала необходимость. Но никогда не рассматривала НГ как средство развития пространственного мышления. Для него необходимо воображение. А его – то лучше на восприятии целостных объектов  развивать. И с детства. И чтобы эмоциональный фон был.  На фото я в Англии. Там в школах черчению не учат. Уроки технологии. А на них проекты дети рисуют как раз трехмерными. Как представляют.
С глубоким уважением, Е.В. Усанова

Фото
Усанова Елена Владимировна
(13 марта 2011 г. 17:30)

Уважаемый Александр Олегович!
Кратко не получится – кисть правой руки в гипсе. Простите великодушно, послала материал на Ваш электронный адрес.
Е.В. Усанова


Назад