Как подготовить настоящего инженера
Сколько бы предметов студент ни изучал в вузе, он не сможет стать высококлассным специалистом, пока собственными руками не прикоснётся к тем технологиям, которые изучает теоретически. За время обучения у некоторых ребят не успевает сформироваться целостное представление об их специальности, широте её возможностей, о связи между отдельными дисциплинами и их важности в общем контексте обучения. Доцент кафедры технологии машиностроения БГТУ имени Шухова Сергей Санин рассказал об интересном эксперименте, который позволяет сформировать у студентов неподдельный интерес к профессии, и поделился мнением, как повысить качество подготовки будущих профессионалов.
Заинтересовать студентов можно только практикой!
Порой от студентов можно услышать слова: «А зачем нам это нужно? Нам это может и не пригодиться». И даже такие дисциплины, как «Введение в профессию», не способны решить эту проблему.
Однажды меня спросили: как ты заинтересовываешь своих студентов, чтобы они с удовольствием изучали твои дисциплины? Я считаю, что лучший способ — дать будущему инженеру возможность реализовать свои теоретические знания — создать реальный автоматизированный станок или робота. Недавно мне удалось приблизиться к реализации такой стратегии.
Необычный эксперимент для погружения в профессию
Пока одни студенты кафедры технологии машиностроения БГТУ имени Шухова занимаются в дистанционном режиме, другие с удовольствием осваивают тонкости автоматизации производственных процессов на живых примерах. Они изучают оборудование с ЧПУ, робототехнику, гибкие производственные системы и, конечно же, основу — автоматизацию производственных процессов в машиностроении.
Так совпало, что в прошлом семестре я вместе с другими преподавателями и отдельными студентами-энтузиастами под руководством профессора кафедры технологии машиностроения Михаила Чепчурова взялся за модернизацию универсального фрезерного станка, выпущенного в далёком 1983 году. Изделие ереванского завода, несмотря на свою ограниченную наработку, по-видимому, изначально обладало не очень высокой надёжностью. У станка были проблемы с механизмом привода подач, что приводило к периодическим сбоям в работе, а также с приводом главного движения и общей низкой жёсткостью, что сказывалось на точности обработки поверхностей.
Чтобы реконструировать станок, решили заменить многоступенчатый механизм приводов подач на прямые приводы от отдельных электродвигателей, трапецеидальные приводные винты на шариковые, снабдить станок компьютерной системой автоматического управления с датчиками обратной связи по всем управляемым приводам подач, а также выполнить общее техническое обслуживание, чтобы повысить жёсткость стыков в штатных направляющих.
Работа очень интересная, она включает и проектирование новых узлов, и необходимые расчёты по механике и электрике, изучение внедряемой компьютерной системы числового программного управления на уровне не оператора, а разработчика и наладчика, и сборку узлов, выверку, настройку, и т. д. Она позволяет преподавателям расширить свои знания и умения, фактически повысить квалификацию, а также дать вторую жизнь станку.
Я проводил лекцию по автоматизации производственных процессов в машиностроении и рассказывал студентам, какие в станках используются датчики обратной связи. Среди этих датчиков упоминались и оптические линейки (линейные энкодеры), позволяющие передавать данные в УЧПУ станка о действительном положении рабочих органов установки. Как раз на это день после занятий у меня был запланирован монтаж оптической линейки на вертикальный суппорт модернизируемого фрезерного станка. После лекции я предложил студентам понаблюдать за процессом монтажа этой оптической линейки и даже принять участие в этом процессе. Оба студента, пришедшие на занятия очно, с удовольствием согласились.
От теории к практике
Для выполнения монтажа оптической линейки требовалось выбрать подходящее место на станке. Эта задача осложнялась тем, что на оборудовании изначально для этого не было предусмотрено специальных установочных поверхностей. Мы со студентами прикладывали линейку в предполагаемых для установки местах, пытались понять, насколько свободным будет перемещение суппорта вместе с линейкой относительно других деталей станка, измеряли зазоры между рабочими органами с помощью штангенциркуля, проверяли отклонение от параллельности предполагаемых установочных поверхностей относительно направления подачи и так далее.
Пока выполнялись все эти манипуляции, я более подробно рассказывал ребятам о назначении отдельных узлов оптической линейки, особенностях её монтажа на рабочие органы станка. Студенты, удерживая линейку в руках, смогли оценить диапазон измерения перемещений, а по надписям на корпусе — прочие технические характеристики. В конце концов мы определили наиболее удобное место для монтажа.
Для этого необходимо было доработать установочную плоскость суппорта за счёт удаления части металла с её поверхности с помощью угловой шлифмашины просверлить отверстия под уголковый кронштейн и нарезать в них резьбу. Для этого вертикальный суппорт потребовалось демонтировать с направляющих станка.
Я снабдил студентов рабочими халатами, перчатками и защитными очками для безопасного выполнения работ. Мы по очереди вращали маховик ручного привода вертикальной подачи до выхода ходового винта из гайки, после чего нам удалось снять суппорт с его штатного места и переложить на верстак. Была выполнена очистка направляющих суппорта от стружки и старой смазки, студенты увидели вживую, что из себя представляет система выборки зазора в направляющих типа «ласточкин хвост», которая обычно скрыта.
Учащимся предстояло доработать уголковый кронштейн, нанеся разметку и просверлив отверстия под установку винтов. Я объяснил студентам порядок выполнения работы, показал, как применять стальную линейку, штангенциркуль, стальной угольник для нанесения разметки (впоследствии они сами выполнили эту разметку), рассказал, как точно просверлить отверстия с помощью ручной дрели, включая накернивание и последовательное увеличение диаметра сверла. Сверлил сам с соответствующими комментариями, а студенты наблюдали за процессом.
Доработку поверхности суппорта с использованием УШМ пришлось тоже выполнять самому в целях соблюдения безопасности. Однако выверку положения углового кронштейна между шлифованием суппорта делали студенты. В итоге мы добились весьма качественного прилегания узкой полки уголка к прошлифованной установочной плоскости суппорта. После чего студенты выполнили разметку плоскости под сверление отверстий и нарезание в них резьбы. Они впервые столкнулись с нарезанием резьбы в отверстиях вручную. Мои объяснения и личный пример на двух отверстиях из шести дали им необходимое понимание процесса, после чего в оставшихся отверстиях они нарезали резьбу самостоятельно.
В итоге угловой кронштейн был установлен на штатное место на суппорте, выверен по положению относительно направляющей в двух плоскостях и закреплён шестью винтами. Затем мы вместе установили суппорт на его штатное место. На угловой кронштейн прикрепили оптическую линейку, её неподвижную считывающую головку закрепили на станине с помощью поставляемого в комплекте углового кронштейна. На этом монтаж был завершён.
Работа заняла около двух часов. Хотя мы успели смонтировать всего одну линейку из трёх необходимых, но практический опыт, полученный студентами, новые навыки и дополнительная теоретическая информация по темам, связанным как напрямую с этим датчиком, так и косвенно, крайне важен. Учащимся было интересно, они были рады совместной работе и её полезному результату.
Знания студентов в области автоматизации производства трудно переоценить, но эти знания теряются из-за неполного понимания своей задачи как инженера, из-за отсутствия прямого контакта с теми «железками», которые учащиеся должны проектировать, изготавливать и внедрять в жизнь.
Новый подход к ВКР
Однажды у меня как у преподавателя кафедры технологии машиностроения родилась мечта — чтобы наши студенты, завершая своё обучение выпускной квалификационной работой, выполняли её над реальным объектом, который можно было бы представить на защиту не только в виде чертежей или презентаций, но также в металле и в действии.
Обычно наши дипломные работы предполагают разработку технологических процессов механической обработки деталей машин и сборки из них целых узлов, а в качестве заданий выдаются чертежи случайных деталей. Студенту непонятно их реальное назначение, поэтому и проектировать неинтересно.
Другое дело, если студент на самых ранних курсах будет получать задание, которое должно пройти через весь период его обучения и на выходе воплотиться во что-то реальное, что можно потрогать, оценить визуально и даже инструментально определить виды технологических воздействий, получить реальный патент, провести реальные научные эксперименты.
Нужно, чтобы каждый студент, решая простые задачи, решал их как часть более сложного задания. Я сейчас говорю о командной работе. То есть на группу или команду в пределах группы на начальных курсах выдаётся задание — конструкция технологической машины. Каждый студент получает её отдельную деталь и решает связанные с ней проектировочные задачи.
Общими усилиями команда работает над формулированием технических задания, расчётом механизмов, электро-, гидро- и пневмоприводов, систем управления, проектирования технологии сборки узлов, оптимизацией конструкций, и к моменту выхода на преддипломную практику готовая, оформленная по ЕСКД и ЕСТД документация передаётся на некую производственную площадку.
Эта производственная площадка может быть при вузе, а может быть на базе предприятия — партнёра Технолога. К моменту защиты ВКР изделие изготавливают, собирают, настраивают и испытывают, причём последние три этапа вполне могут выполнять сами студенты. А на защиту ВКР команда представляет опытный образец, по которому можно судить о качестве работы будущих машиностроителей.
Машиностроители будущего
Фактически на базе каждой подобной студенческой команды может быть сформировано полноценное студенческое научное общество. Это и публикации, и реальные патенты, интересные конференции и дискуссии, конкурсы между группами на лучший проект и, когда за нами подтянутся другие вузы, межвузовские, а может быть, и международные конкурсы.
Существует проект «Формула — студент». А почему бы не появиться проекту «Формула — станок» или «Формула — робот», в котором могут принять участие представители разных специальностей (технологии машиностроения, механического оборудования, технической кибернетики и пр.)?
Опираясь на такой подход к обучению, БГТУ имени Шухова станет лидером в области машиностроительной тематики. Абитуриенты, в том числе иностранные, которые хотят поднимать своё производство и свою экономику, будут стоять в очередь в нашу приёмную комиссию. Потому что те, кто направит их на обучение в Технолог, будут точно уверены, что отсюда к ним приедет истинный последователь Владимира Григорьевича Шухова — настоящий молодой инженер.
