«Секция 2 Научные и методические аспекты технического образования Содержание НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СУХИХ ОТСЕКОВ РАКЕТ Абдурахимова Р.И., Фролова О.А РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ УСПЕВАЕМОСТИ ...»

За последнее десятилетие объем выпуска по группе специальностей 140000 «Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника» вырос почти в 3 раза в абсолютном значении. Однако общие для технического образования тенденции, которые заключаются в снижении их доли в общем выпуске по всем специальностям, наблюдаются и здесь: снижение составило около 0,6 %. Еще одной характерной чертой подготовки специалистов для энергетической отрасли является почти полное отсутствие подготовки по данному блоку специальностей в негосударственных вузах.

Исследования, проведенные в данной области, показывают, что связи вузов с работодателями не находят практического результата в процессе подготовки инженеров. Студенты старших курсов плохо осведомлены об условиях работы на российских предприятиях по их специальности. Вероятно поэтому только 35,9 % дипломированных инженеров (в том числе и по специальностям энергетики и электротехники) работают после окончания вуза по специальности. Согласно статистике до 50 % приема по соответствующим направлениям – это школьные троечники по математике и физике, т.е. люди, которые с большой вероятностью не смогут освоить соответствующих профессиональных компетенций.

Можно отметить следующее проблемы в рассматриваемой области:

- технические специальности в значительной мере потеряли свои преимущества относительно остальной высшей школы, поскольку в настоящее время для выполнения контрольных цифр привлекаются абитуриенты любого качества;

- в большинстве случаев у студентов отсутствует возможность индивидуализировать свое образовательное направление;

- значительная часть применяющихся в обучении технологий оказывается устаревшими по сравнению с теми, с которыми выпускник вуза встречается на рынке;

- в рамках образовательного процесса практически отсутствуют коллективные работы, работы для реальных заказчиков, плохо востребована инициатива.

Все выше перечисленное в совокупности с незнанием общемировой технологической рамки приводит к тому, что выпущенные вузами специалисты оказываются неспособными к инновациям и большей частью выполняют функции техников, а не инженеров.

Как показывают исследования, творческий характер труда в условиях современного производства проявляется большей частью в радиотехнической и электротехнической промышленности. Внедрение в производство новых орудий труда, расширение и ввод новых средств механизации и автоматизации производства требуют высокой электротехнической вооруженности, которая показывает степень развития различных отраслей промышленности.

Представляется, что насыщение производства сложной техникой, внедрение новой технологии труда без повышения технического уровня специалистов, обслуживающих эту технику, не будет достаточно эффективным. Поэтому важное значение приобретает развитие творческой активности студентов технических специальностей, в частности электротехнического профиля. В связи с этим необходимо совершенствование форм и методов преподавания, которые должны быть направлены на развитие творческого мышления студентов, выработку у них умения практически использовать знания, полученные в процессе обучения.

Представляется, что одной из главных проблем подготовки высококвалифицированных специалистов в области электротехники является обеспечение взаимосвязи общеобразовательной, общетехнической и специальной подготовки. Роль ведущего общетехнического предмета в содержании подготовки специалистов электротехнического профиля выполняет электротехника. Кроме того, электротехника имеет немаловажное значение и при подготовке специалистов других технических профилей. Поскольку сегодня в развитии и функционировании широкого спектра производственных и технологических процессов используются электрические и магнитные явления. Без применения электрических машин и электромагнитных преобразователей не обходится ни одно производство.

Вместе с тем для студентов, обучающихся по направлениям подготовки, непосредственно связанным с передачей, использованием и преобразованием электрической энергии, электротехника формирует систему знаний, описывающих объекты электротехнической практики: электрические цепи, электрические приборы, электрические машины, а также профессионально значимых умений в процессе выполнения лабораторно-практических работ.

Структура технических знаний включает три уровня описания технических устройств:

- функциональное назначение;

- физические процессы;

- конструкционные параметры.

Структура изучения такой дисциплины как электротехника не будет являться исключением из выше приведенных правил. Усвоение студентами электротехнической теории должно привести к формированию такой структуры знаний, которая отражала бы взаимосвязь трех подсистем описания электротехнических устройств, как представлено на рисунке 1.

Структура системы изучения дисциплины «Электротехника»

Первая подсистема знаний Вторая подсистема знаний Третья подсистема знаний - основные понятия; цепи постоянного тока: цепи переменного тока:

- законы электрических - методы анализа и расчета - методы анализа и Рисунок 1 – Структура системы изучения дисциплины Методика преподавания отдельного предмета в общей системе обучения – это сложный и многоплановый объект, основывающийся на структуре и общих закономерностях процесса обучения в целом. Поэтому знания электротехники, сформированные таким образом, будут способствовать лучшему восприятию других электротехнических приборов и систем, т.е. будут осуществляться межпредметные связи в системе учебных технических курсов различных направлений обучения.

Разработке отдельных вопросов методики преподавания электротехники, обобщению и распространению передового педагогического опыта в преподавании электротехники посвящены работы многих исследователей.

Особое место в них занимают исследования по анализу опыта внедрения в процесс обучения дидактических средств: карточек программированного обучения, технических средств обучения, демонстрационных экспериментов.

Согласно этим исследованиям в процессе обучения необходимо создавать студентам ситуации, сопряженные с самостоятельным изучением некоторых вопросов дисциплины с последующим разбором и анализом полученной информации. Представляется целесообразным включение в практические занятия по электротехнике для студентов неэлектрических специальностей примеров и разработок, связанных с их будущими направлениями трудовой деятельности. Развитию творческой активности студентов, на наш взгляд, должны способствовать реализация групповых проектов с последующей их презентацией, как для отдельной группы, так и для всего направления обучения, а также обсуждение некоторых практических вопросов на студенческих конференциях.

Особое значение в практике преподавания электротехники приобретает проблемное изучение некоторых разделов дисциплины. При этом необходима постоянная связь структуры и содержания учебного материала с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов в системе методов проблемного обучения. В этом случае с целью приближения обучения к производству просматривается необходимость в постановке проблемных вопросов, использование учебных заданий, сопряженных с самостоятельным поиском необходимой для этого информации. Несомненно, особое место в преподавании дисциплины должно быть отведено демонстрационным экспериментам.

Несмотря на то, что в теории и практике обучения электротехнике накоплен определенный опыт, рекомендации по совершенствованию процесса преподавания касаются лишь отдельных сторон процесса обучения электротехнике. Какая-либо целостная методика изучения отдельных, наиболее сложных тем на основе ведущих дидактических концепций практически не создана. Так, например, изучение электрических цепей входит во все учебные программы предмета электротехники. Темы «Цепи постоянного тока» и «Цепи переменного тока» по существу открывают изучение таких дисциплин как «Электротехника с основами промышленной электроники», «Электроснабжение с основами электротехники». Между тем методика преподавания этих тем курса недостаточно разработана, в частности, в этой области нет ни одного диссертационного исследования. Поскольку электрические цепи – первые электротехнические устройства, с которых начинается рассмотрение электротехники, то ясна особая важность разработки научно обоснованных методических приемов и средств их изложения.

Предполагается, что при изучении электрических цепей на формирование системы электротехнических знаний и умений студентов наиболее интенсивно воздействуют три взаимосвязанных и взаимообусловленных фактора, дополняющих друг друга:

электротехнических знаний и умений; их использование при рассмотрении типичных электротехнических устройств в спецтехнологиях;

- установление соответствия содержания учебного материала со структурой описания обобщенных технических устройств;

- реализация связи содержания с процессуальной стороной формирования знаний и умений студентов.

Причинами имеющихся недостатков, на наш взгляд, являются, во-первых, недостаточная разработка требований к системе электротехнических знаний;

во-вторых, трудности в реализации межпредметных связей исследуемых тем курса электротехники с общеобразовательными предметами; в-третьих, преимущественно информационно-сообщающий тип обучения на уроках электротехники.

В заключении можно отметить некоторые направления формирования новой системы подготовки технических кадров в целом и для энергетики в частности:

1. Текущий образовательный процесс должен подразумевать обязательную самостоятельную работу студентов, их участие в проектах преподавателей и проектах для реальных заказчиков.

2. Для решения задачи перехода на инновационные механизмы современный инженер должен обладать широтой профессионального кругозора, для этого студенты должны не только знать новейшие мировые тенденции в своей профессиональной сфере, но и учиться находить применение им в своей будущей профессиональной деятельности.

3. Эффективная система подготовки кадров возможна только при активной позиции университетов в создании информационных систем и формализованных интерфейсов для комфортного и осмысленного выхода выпускников на рынок труда.

1. Дежина, И. Г. Инженерное образование в России и его связь с инновационной деятельностью / И. Г. Дежина, И. Д. Фрумин // От знаний к благосостоянию: интеграция науки и высшего образования для развития России. - М., 2009. – С. 278-318.

2. Дежина И. Г. Развитие науки в российских вузах как новый приоритет государства / И. Г. Дежина // Социология науки и технологии. – 2011.- Т. 2. С. 38-47.

3. Гимпельсон, В. Выбор профессии: Чему учились и где пригодились?/ В. Гимпельсон, Р. Капелюшников, Т. Карабчук и др.- М. : ГУ- ВШЭ, 2009. – С. 18.

4. Гришин, Д. В. Формирование системы мотивации обучения и трудоустройства выпускников профильных учебных заведений /Д. В. Гришин, М. К. Касьянова, Д. В. Николаев и др. – Казань, 2009.

5. ЕГЭ и прием в вузы. Средний балл абитуриентов, поступивших в московские вузы по результатам ЕГЭ: август 2011 г. – М. : ГУ-ВШЭ, 2011. – С. 58.

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА УСКОРЕННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург В последние годы проблема ускоренного определения предела выносливости материалов приобрела особое значение, так как на предприятиях и в проектных организациях чаще всего нет возможностей проводить длительные и дорогостоящие испытания на усталость как образцов материалов, так и натурных элементов конструкций. Тем не менее, развитие современной науки и техники в области авиации, ракетно-космической техники, атомной энергетики и других отраслей требует расширения круга вопросов, подлежащих исследованию в области усталости материалов.

Информация, даваемая классическими, длительными испытаниями на усталость, иногда теряет свою ценность из-за несвоевременности ее получения.

Между тем, приближенные данные ускоренных испытаний могут быть вполне достаточными для оперативных решений по совершенствованию конструкций и освоению их производством в сжатые сроки. Считается [1], что трудоемкость ускоренных испытаний составляет 5…10% трудоемкости классических, а продолжительность на порядок, а то и на два порядка меньше. Они могут успешно применяться для приближенной оценки сопротивления усталости новых материалов в процессе их разработки и для контроля качества материала при его массовом производстве и применении.

Несмотря на большое разнообразие ускоренных методов усталостных испытаний, единой общепризнанной классификации их нет. Кроме того, ни один из известных методов в полной мере не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к таким испытаниям. В данной работе в сжатой форме рассмотрены только те методы, которые с нашей точки зрения могут представлять определенный практический интерес и которые применялись в наших исследованиях.

Большое применение находят методы, основанные на испытаниях при изменяющемся уровне нагружения [1,2]. При этом амплитуда переменных напряжений в процессе испытания образца или детали монотонно (плавно или дискретно) или по определенной программе изменяется по мере наработки.

Следует отметить методы Про, Эномото, Локати и др. В частности, метод Локати, благодаря более высокой точности и производительности, был принят в качестве объекта стандартизации (ГОСТ 19533-74), что предопределило особое место этого метода среди остальных. Метод Локати предполагает испытание одного или нескольких объектов при ступенчатом увеличении нагрузки. Метод основан на гипотезе Пальмгрена-Майнера о линейном характере накопления усталостного повреждения материала, согласно которой степень повреждения материала пропорциональна отношению циклов нагружения при данном уровне напряжения ni к долговечности Ni при этом уровне напряжения в условиях постоянной амплитуды, то-есть условие разрушения можно записать в виде:

где k - число уровней напряжений, при которых проводятся испытания.

Результаты испытаний наносятся на график в координатах i R ( R Ni ожидаемые значения предела выносливости). Значение предела выносливости, соответствующее сумме относительных повреждений, равной единице, и будет искомым пределом выносливости R.

Однако, некоторые исследователи установили, что не для всех материалов выдерживается условие разрушения (1). В правой части уравнения вместо единицы поставили константу «а», при этом величина ее в зависимости от свойств материала и программы нагружения может колебаться в весьма широком интервале: a = 0,2...5. Поэтому метод Локати рекомендуется использовать для контрольных испытаний партий материала или деталей, для которых на основании ранее проведенных исследований ориентировочно известны предел выносливости и величина константы а.

В особую группу ускоренных методов определения пределов выносливости можно отнести методы, основанные на зависимостях различных энергетических параметров от амплитуды напряжений. Ранее наиболее известным считался метод Лера, когда образец из исследуемого материала подвергается циклическому нагружению при постоянном увеличении нагрузки.

При этом непрерывно измеряется температура образца, его прогиб, крутящий момент, расходуемая мощность и др. При напряжении, близком к пределу выносливости, эти параметры могут интенсивно возрастать. Проведенные в Институте проблем прочности АН Украины многочисленные исследования [3] показывают, что перспективным является метод, основанный на изменении характеристик неупругости металлов в процессе циклического нагружения.

Такими характеристиками могут служить величина неупругой деформации за один цикл (равная ширине петли динамического гистерезиса), а также энергия D, необратимо поглощенная материалом за один цикл (равная площади петли гистерезиса).

Нами были проведены эксперименты [4] по определению пределов выносливости по началу проявления энергетических эффектов при ступенчатом увеличении нагрузки на образце. На шести марках сталей измерялись температура разогрева образца Т 0С, неупругая деформация за один цикл и скорость накопления скрытой энергии циклических деформаций uе при & увеличении амплитуды циклических напряжений. Результаты обработки опытных данных показывают, что указанные энергетические эффекты начинают проявляться при напряжении, близком к пределу выносливости материала, при этом наиболее близкое совпадение получается при анализе силовых зависимостей uе : погрешность в этом случае составляет ±2...3 %. При использовании других энергетических параметров точность может уменьшаться до 10 %. Это объяснимо с физической точки зрения: при a = R накопление скрытой энергии идет столь медленно и незначительно, что можно считать uе = 0, то-есть скрытая энергия не может достичь критических значений при любом неограниченно большом числе циклов деформаций.

Недостатками энергетических методов можно считать следующие:

- проведение экспериментов требует высокой квалификации исполнителей и сложной измерительной техники;

- наибольшая точность получается лишь для отожженных и нормализованных сталей, а для высокопрочных сталей (например, 30 ХГСА – низкий отпуск) энергетические эффекты (температура разогрева, ширина петли гистерезеса и др.) проявляются слабо, и требуется повышать чувствительность измерительной аппаратуры.

В литературе имеется большое количество работ, посвященных установлению корреляции величин пределов выносливости с характеристиками механических свойств (пределом прочности, пределом текучести, твердостью и др.). Ни одна из этих зависимостей не является универсальной и их следует использовать с большой осторожностью из-за большой чувствительности предела выносливости к влиянию различных технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов, что не учитывается указанными зависимостями.

На основе эргодинамических представлений о повреждаемости и разрушении материалов установлено, что представляется возможным установить корреляцию между пределом выносливостью и твердостью [5].

Измерение твердости не требует изготовления образцов и в ряде случаев может осуществляться на реальных деталях без их разрушения. Исследованиями многих ученых получено большое количество корреляционных зависимостей между твердостью и различными механическими характеристиками: пределами прочности и текучести, истинным сопротивлением разрыву и др. Наиболее физически обоснованно использовать корреляцию с твердостью истинных характеристик прочности, учитывающих неравномерность и сложность напряженного состояния в шейке образца, испытуемого на растяжение.

Нами ранее устанавливалась связь между пределом выносливости и характеристиками статической прочности, исходя из дифференциального кинетического уравнения состояния твердого тела, описывающего интенсивность (скорость) изменения плотности скрытой энергии uе в & деформируемом элементе тела [6]. На основании анализа этого уравнения для случая циклического нагружения получено выражение для предела выносливости:

где M R - коэффициент эквивалентности между постоянным напряжением и амплитудой циклического напряжения a, то есть = M R ;

uе - критическое (к моменту разрушения) значение плотности скрытой энергии.

Согласно современным дислокационным представлениям с накоплением в материалах скрытой энергии связано напряжения течения S0 : uе = S02.

Напряжение течения можно определять через истинное сопротивление разрыву Sк по формулам Давиденкова Н.Н. или Бриджмена П. Однако, для практических целей удобнее использовать график Бриджмена П., выражающий зависимость отношения ( к - коэффициент поперечного сужения). С учетом вышеуказанного, получены расчетные зависимости предела выносливости для сталей:

- для симметричного растяжения-сжатия 1 = 0,191 Sк f ( к ) ;

- для симметричного изгиба 1 = 0,288Sк f ( к ), где функция f ( к ) = 0 определяется по графику Бриджмена П. Погрешность при расчете пределов выносливости составляет ± 3,5% (в отдельных случаях до 10%). Следует отметить, что расчетные формулы получены не эмпирическим путем, как это делалось различными исследователями, а с использованием определенных физических представлений, основанных на энергетическом подходе к проблеме разрушения.

Выполненный краткий анализ ускоренных методов определения пределов выносливости показывает их большое разнообразие и количество (несколько десятков методов), а также необходимость дифференциального подхода к выбору метода применительно к решаемой задаче. Недостатком большинства методов является формальный подход и недостаточное внимание к исследованию кинетики накопления усталостного повреждения в различных классах материалов. Это не позволяет четко ограничить область применения методов и в ряде случаев приводит к несоответствию расчетных и экспериментальных результатов.

1.Олейник, Н.В. Ускоренные испытания на усталость / Н.В. Олейник, С.П.

Скляр – Киев: Наукова думка, 1985. – 304 с.

2. Школьник, Л.М. – Методика усталостных испытаний / Л.М. Школьник – М.: Металлургия, 1978. – 302 с.

3.Трощенко, В.Т. -Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении /В.Т. Трощенко – Киев: Наукова думка,1981. – 344 с.

4. Ромашов, Р.В. Исследование связи усталостного разрушения с энергетическими характеристиками процесса циклического деформирования металлов. Кандидатская диссертация / Р.В. Ромашов – Л.: Ленингр. политехн.

институт, 1978 – 213 с.

5. Ромашов, Р.В. Определение предела выносливости с учетом модифицированного поверхностного слоя / Р.В. Ромашов, С.Н. Барышов, А.М.

Щипачев // Вестник Оренб.гос.унив-та. – Оренбург: ОГУ, 2001. - №4 – С. 80-82.

6. Ромашов, Р.В. О связи характеристик усталости с истинным сопротивлением пластической деформации по Давиденкову Н.Н./ Р.В.

Ромашов// Сб. материалов XIX Петербургских чтений по проблемам прочности. Часть 1 – Санкт-Петербург: СПбГУ, 2010. – С.225-227 – JSBN978К ВЫБОРУ КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ

МАЛОГАБАРИТНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург При подготовке магистерской выпускной квалификационной работы по направлению 160400.68 - "Ракетные комплексы и космонавтика" особая роль отводится выбору конструктивной схемы исследуемого объекта. В частности, конструктивно-компоновочная схема космического аппарата (КА) на современном этапе должна отвечать не только требованиям к ее эксплуатационной надежности и устойчивого поведения на орбите после механических перегрузок, вибраций, ускорений и ударных нагрузок, имеющих место на этапе выведения на орбиту [1]. Для снижения срока окупаемости и повышения срока активного существования КА немаловажную роль играют, в том числе, такие факторы, как выбор рациональной силовой схемы, минимизация массы и габаритных размеров при гарантированной защищенности бортовой аппаратуры от воздействия космического пространства [2].

В качестве примера рассмотрим вариант выбора конструктивнокомпоновочной схемы малогабаритного космического аппарата, предназначенного для мониторинга аварийных КА и космических объектов с незначительными (менее 50 см) габаритными размерами вращающихся на геостационарных орбитах.

Как правило, на первом этапе разработки конструктивно-компоновочной схемы выполняется анализ существующих технических решений у аппаратов этого класса [3]. Первоначальный анализ, проведенный по нескольким критериям, таким как тип и высота орбита КА, его масса и габаритные размеры, позволил отобрать в качестве прототипов следующие КА:

- космический аппарат Сич-2 ГКБ «Южное» им. М.К. Янгеля (рисунок 1);

- унифицированная малогабаритная космическая платформа УМКП- НПП ВНИИЭМ им. А.Г. Иосифьяна (рисунок 2);

- микроспутник SEDSat-1, созданный студентами Алабамского университета и любительского радиоклуба университета Аризоны, которым помогали инженеры космического центров Маршалла и Джонсона;

- микроспутник «Бауманец».

Практика показывает, что среди разнообразных компоновочных схем космических аппаратов, наиболее широко применяется схема типа «куб» или «параллелепипед», позволяющая эффективно использовать внутреннее пространство космического аппарата для размещения и крепления целевого оборудования и служебных систем.

Анализ конструктивно-компоновочных схем космических аппаратов в первом приближении достаточно удобно проводить с использованием числового способа оценки конструкций по следующим критериям:

технологичность; достаточная прочность; минимальная трудоемкость;

теплопроводимость; стойкость к агрессивным средам; минимальная масса.

Рисунок 1- Космический аппарат ГКБ "Южное" им. М.К. Янгеля Рисунок 2 – Унифицированная космическая платформа УМКП- Основные критерии, в конечном итоге оказывающие влияние на общую стоимость космического аппарата, сведены в таблицу, цель составления которой является определение воздействия их друг на друга.

Таблица 1.Влияние критериев Знаком «+» обозначается влияние соответствующих критериев. Знак «-»

ставится в случае отсутствия влияния факторов друг на друга.

Из наиболее значащих параметров (технологичность, трудоемкость и масса) в условиях производства спутника в Российской Федерации, весомая роль отводится технологичности и модульности сборки. По этим критериям, безусловно, предпочтение, как прототипу малогабаритного космического аппарата, отдается конструкции унифицированной малогабаритной космической платформы УМКП-800 НПП ВНИИЭМ им. А.Г. Иосифьяна.

Конструктивно-компоновочные схемы рассмотренных выше аппаратов делятся на 2 группы:

1) приборные панели в сочетании с силовым каркасом;

2) приборные панели, воспринимающие силовые нагрузки.

Достоинствами первого варианта является модульность конструкции, технологичность, взаимозаменяемость. При этом можно использовать уже отработанные технологии изготовления, как для каркаса, так и для панели.

Основным недостатком этого варианта является неполное использование ресурсов материалов панели.

Основным достоинством второго варианта является возможность уменьшения массы за счет отсутствия каркаса. Но при этом силовая панель несет в себе систему обеспечения теплового режима, которая при перегрузках (деформациях панели) может быть повреждена. Поэтому необходимо обеспечить высокую жесткость панели, что скажется на усложнении конструкции и технологии изготовления панели, потребует более сложных испытаний и соответственно большую стоимость разработки и изготовления.

Общая масса целевой аппаратуры и служебных систем для проектируемого КА с учетом резерва массы составила 55 кг. Создание конструкции панели, имеющей возможность нести большую полезную нагрузку, чем в выбранном прототипе максимально использовать прочностные ресурсы каркасно-панельной конструктивно-компоновочной схемы КА.

На рисунке 4 приведена схема элементов крепления оборудования на каркасе и панелях космического аппарата.

Рисунок 4 – Схема элементов крепления оборудования на каркасе и панелях КА Рисунок 5 – Общий вид малогабаритного космического аппарата Полученная в первом приближении конструктивно-компоновочная схема малогабаритного космического аппарата при ориентировочной массе в 70 кг с габаритными размерами 500500500 мм позволит использовать его в соответствии с предполагаемым назначением при увеличении прочности и жесткости конструкций панелей.

1. Гущин, В. Н. Основы устройства космических аппаратов: учебник для вузов/ В.Н. Гущин. – М.:Машиностроение, 2003. – 272 с.

2. Мельдер, М. И. Методы ускоренной летной квалификации новых космических технологий / Мельдер М И., Ступина А.А., Верхорубов А.И. // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5;

3. Блинов, В. Н. Малые космические аппараты. В 3 кн. Кн. 3. Миниспутники.

Унифицированные космические платформы для малых космических аппаратов:

справоч. пособие / В. Н. Блинов, Н. Н. Иванов, Ю. Н. Сеченов, В. В. Шалай. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 348 с.

ПРИМЕНЕНИЕ CAD/CAE СИСТЕМ В РАСЧЕТАХ НА ПРОЧНОСТЬ

СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург В расчетах на прочность строительных конструкций при подготовке курсовых, дипломных проектов и выпускных квалификационных работ студентами и магистрантами по направлению «Строительство» достаточно часто используются различные системы автоматизированного проектирования, такие как «Лира», «APM WinMachine», «ANSYS», «SolidWorks», основанные на методе конечных элементов. Однако в рамках изучаемых курсов в полной мере овладеть мощными пакетами программ, таких как ANSYS, студенты, как правило, не успевают, в том числе из-за англоязычного интерфейса.

С другой стороны у более доступных, с точки зрения возможности обучения, пакетов программ порою не достаточно графического функционала для решения поставленных задач. К таким задачам зачастую относятся расчеты на прочность контактирующих элементов строительных конструкций, в частности, их соединения. Например, в модуле APM Structure3D, являющимся базовым расчетным ядром системы APM WinMachine, достаточно сложно создать твердотельную модель сборки из нескольких разнохарактерных элементов.

Принимая во внимание геометрическую форму моделируемых соединений для создания пространственной геометрии наиболее рационально будет использование систем автоматизированного проектирования предназначенных для создания 3D моделей (CAD систем), например программы Компас 3D, разработки группы компаний Аскон (Россия). Однако хотелось бы отметить, что нет принципиальной разницы, в каком графическом редакторе будет создаваться трехмерная модель, так как в последующем она может быть сохранена в формате STEP.

STEP - это ISO-стандарт для компьютерного представления и обмена индустриальными данными. Целью стандарта является обеспечение механизма описания данных продукта в течении всего его жизненного цикла, независимо от определенного программного обеспечения. Чаще всего STEP используется для обмена данными между CAD, CAM, CAE и PDM-системами. Данные модели в формате STEP описываются с помощью языка EXPRESS, обмен данными осуществляется в форматах STEP-File, STEP-XML или через доступ к базе данных. В зависимости от прикладной области описание модели определяется протоколом приложения (Application Protocol). В частности, протокол AP203 соответствует конфигурации контролируемого 3Dпроектирования.

В дальнейшем, посредством обменного формата, геометрия может быть передана в модуль APM Studio, входящий в состав программного комплекса APM WinMachine, разработанного компанией НТЦ АПМ в г. Королев Московской области. Модуль APM Studio предназначен для подготовки построенных моделей к прочностному и динамическому анализу, а также для выполнения расчетов и визуализации результатов этих расчетов.

APM Studio построен на базе собственного математического ядра «APM Engine». Ядро «APM Engine» служит для выполнения совокупности булевых операций над типовыми формообразующими элементами и хранения форматов геометрических элементов.

В состав APM Studio входят инструменты геометрического моделирования, подготовки сборок к расчёту, задания граничных условий и нагрузок, а также встроенные генераторы конечно-элементной сетки (как с постоянным, так и с переменным шагом).

После получения конечно-элементной сетки, производится передача её в модуль APM Structure3D. Модуль APM Structure 3D является базовым расчетным ядром системы APM WinMachine. Он обладает широкими возможностями для создания моделей конструкций, выполнения необходимых расчетов и визуализации полученных результатов. Использование этих возможностей позволяет сократить сроки проектирования и снизить материалоемкость объекта, а также уменьшить стоимость проектных работ [1].

В качестве примера рационального использования CAD/CAE систем рассмотрим методы построения модели соединения стального крупноразмерного винтового нагеля крестообразного поперечного сечения с деревянным брусом и расчета указанного соединения на прочность при выдергивании.

Стальной нагель имеет достаточно сложную форму (смотри рисунок 1).

Аналогичную форму имеет и ответный паз в деревянном брусе, сформированный в процессе забивания нагеля.

Рисунок 1 - Стальные стержни (нагели) крестообразного поперечного сечения:

Для построения сборочной модели соединения в программе Компас 3D необходимо отдельно создать модель нагеля и бруса с пазом, созданным нагелем. Для этого достаточно двух операций. Первая процедура – «выталкивание» - предназначена для создания замкнутых объемов правильной формы типа «цилиндр» и «параллелепипед», а вторая - «кинематическая операция» - для создания винтовых поверхностей. Используя выше перечисленный функционал, создаются модели нагеля и деревянный бруса с пазом. Затем в режиме «сборка» создается сборочная единица соединения из ранее построенных отдельных деталей (рисунок 2).

Рисунок 2 – 3D модель сборочной единицы соединения «нагель-брус», Заключительным этапом в работе с 3D графическим редактором является импортирование модели в обменный формат STEP.

Для подготовки геометрической модели к последующему конечноэлементному анализу воспользуемся модулем APM Studio, импортируем ранее сохраненный файл сборки формата STEP.

Использованные граничные условия, в процессе построении сборочной модели в графическом пакете не могут быть использованы при расчете, так как не имеют жесткостных характеристик в нормальных и касательных направлениях. Поэтому в модуле APM Studio необходимо выполнить процедуру автоматического определения зон взаимодействия деталей друг с другом – контактных зон.

В качестве типа контактного взаимодействия выбирается опция «Жесткий контакт». Данный вид контакта соответствует наличию общих винтовых плоскостей нагеля и дерева, а также закусыванию металлического нагеля волокнами дерева.

Определение жесткостных характеристик будет выполнен автоматически модулем APM Studio, исходя из жесткостных характеристик материалов элементов сборочной единицы.

Предпоследним этапом постановки задачи является задание силовых факторов путем указания поверхности и величины нагрузки.

Наиболее ответственным этапом является назначение размера конечного элемента, на которые будет произведено разбиение модели. При неверном задании размера объемного конечного элемента возможно получение погрешности вплоть до 50 %.

Для генерации конечно-элементной сетки модулем APM Studio будут использованы 4-х узловые элементы с 3-мя степенями свободы в каждом узле (тетраэдры). Шаг сетки на нагеле принят в 1 мм (при данном размере тэтраэдра получим не менее двух слоев солидов по сечению), на деревянном брусе 2 мм (такой малый размер необходим для корректного взаимодействия с нагелем).

Рисунок 3 – Твердотельная модель соединения «нагель-брус», После присвоения нагелю и деревянному брусу необходимого типа материала, выполняется проверка твердотельной модели на отсутствие совпадающих элементов, а также элементов с нулевым объемом.

Заключительным этапом построения твердотельной конечно-элементной модели соединения «нагель-брус» в модуле APM Studio (рисунок 3) является создание закрепления бруса и различных вариантов силового воздействия на нагель в рамках проводимого модельного эксперимента.

Расчет соединения стального нагеля с деревянным брусом на выдергивание проводится после сохранения модели в модуле APM Structure 3D. Вид спереди созданной модели с расстоянием между опорами в 400 мм приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Твердотельная модель соединения «нагель-брус», подготовленная к расчету в модуле APM Structure 3D После выполнения расчета может быть реализована визуализация результатов модельного эксперимента в виде карт с изолиниями. На рисунках 5, 6 для наглядности представлены карты распределения напряжений по Мизесу в нагеле и брусе при нагрузке выдергивания в 6 кН.

Рисунок 5 - Карта распределения эквивалентных напряжений в нагеле Рисунок 6 - Карта распределения эквивалентных напряжений Результаты модельного эксперимента имеют хорошую сходимость с результатами натурных испытаний [2], а предложенный подход решения контактных задач c применением отечественных CAD/CAE систем заслуживает внимания студентов, магистрантов и аспирантов при выполнении расчетов на прочность соединений строительных конструкций.

1. Горелов, С. Н. Комплексное применение САПР при подготовке студентов технических специальностей [Электронный ресурс] / С. Н. Горелов, А. В.

Попов, И. В. Руднев // Вызовы ХХI века и образование : материалы всерос.

науч.-практ. конф., 3-8 февраля 2006 г. / Оренбург. гос. ун-т. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2006. – [Секция 13, с. 27-34]. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Загл. с этикетки диска. – ISBN 5-7410-0650-7.

2. Столповский, Г. А. О соединениях деревянных элементов на стальных крестообразных нагелях / Г. А. Столповский, И. В. Руднев, В. Н. Шведов // Сборник трудов 3-й всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию НГАСУ (СибСтрИн) / ред. Г. К. Найденова. – Новосибирск : НГАСУ (СибСтрИн), 2010. - С. 87-89. - ISBN 978-5-7795-0501-7.

3. Замрий, А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D / А.А. Замрий. - М.:

Издательство АПМ. 2004. - 208 с.

РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПОДГОТОВКЕ

БУДУЩЕГО СПЕЦИАЛИСТА ИНЖЕНЕРНОГО ПРОФИЛЯ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Сегодня российское образование находится в весьма непростом положении. Переход к новой, пока, до конца еще непонятной многими, системы многоуровневого образования разделило общество на ее рьяных сторонников и противников. На слуху такие понятия как «конкурентоспособность студента», «конкурентоспособность вуза», «компетенции». Многое делается впервые, ломаются стереотипы, меняются подходы к системе преподавания дисциплин и конечной оценки знаний студентов, прежде всего в контексте студент – будущий конкурентоспособный специалист. Все большее значение предается вопросам трудоустройства нынешнего бакалавра или магистра в рамках выбранного направления подготовки. В тоже время работодатели не спешат назначать на инженерные должности бакалавров или магистров, так как вопрос инженеры они или нет? – для многих остается открытым.

Старая система образования, понятная многим руководящим кадрам четко разграничивала понятия высшего технического и среднего технического образования, – студент по окончании вуза, получая высшее техническое образование, получал квалификацию инженер и работодатель понимал, какие инженерные должности может занимать специалист с такой квалификацией. А кто такие бакалавры и магистры? Инженеры или нет?

Ситуация несколько прояснилась с выходом приказа Министерства образования и науки РФ от 1 июня 2011 года «О внесении изменений в федеральные государственные образовательные стандарты высшего профобразования», в котором говорится, что в дополнении к квалификации магистр, специалист или бакалавр присуждаются еще специальные звания магистр-инженер, инженер и бакалавр-инженер. В полную силу данный приказ начал работать только с лета 2013 года, как раз на то время, когда состоялся выпуск первых магистров-инженеров.

Подписывая Болонское соглашение, Россия отстояла свое видение образовательной системы. Так во многих странах Европы бакалавры обучаются три года, в то время как в России – четыре. Такой подход позволяет присваивать звание инженера уже бакалавру. Приказ Министерства образования и науки РФ дает ясно понять: бакалавр – это высшее образование, магистр – следующая ступень, но уже бакалавр технического направления может занимать инженерную должность.

Сокращение сроков обучения бакалавров и высокие требования, предъявляемых к качеству образовательного процесса, привело к ситуации, при которой резко сократилось число аудиторных часов, отводимых на изучение тех или иных дисциплин. Произошел крен в сторону увеличения часов самостоятельной работы студента. Наиболее характерно это для дисциплин графического цикла таких, как «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Техническое черчение» «Компьютерная графика». Объем аудиторной работы уменьшился в разы. В ситуации то, когда из обязательных предметов школьного курса «куда-то» исчезло черчение, а о геометрии в курсе математики и говорить не приходится. Абитуриенты, не знакомые с основами геометрических построений и техникой владения чертежными инструментами, поступая на инженерные специальности, наводнили учебные заведения.

Преподаватели кафедр графики оказались в весьма непростой ситуации.

Развить абстрактное мышление в объеме 10 часов аудиторных занятий, по нашему мнению, становится сизифовым трудом.

Широко бытующее, в определенных кругах заблуждение о том, что студента не надо учить чертить карандашом, – надо сразу учить чертить на компьютере становится довлеющим. Это все равно, что сказать: не надо учить писать, – пусть учится печатать на клавиатуре. Как правило, «специалисты» не забывают и прогрессивную трехмерную технологию проектирования, которая «якобы» все делает сама.

Широкий спектр современных программных продуктов действительно предоставляет неограниченные возможности для инженера-проектировщика.

Но, грамотная их эксплуатация предусматривает глубокое знание пользователем основ образного проектирования, которые закладываются в курсах графических дисциплин. И чем глубже эти основы, тем прочнее закрепление знаний в дисциплинах последующего цикла Мышление человека образно. Следовательно, и чертеж сохранит свою роль как «язык техники», а значит, сохранят свою актуальность многочисленные графические алгоритмы, наработанные прикладной геометрией. Они достаточно эффективны и с успехом применяются в компьютерных математических моделях. Не следует забывать, что экран компьютера – это плоскость и необходимо понимание геометрических закономерностей отображения объектов пространства на плоскости, а это уже начертательная геометрия. Примером может служить 3D-моделирование, в процессе которого плоскость экрана преобразуется в ряд видовых окон с ортогональными отображениями модели. И, нужно уметь оперировать группой проекций, уметь пользоваться проекционными связями.

Подобно тому, как начертательная геометрия закладывает основы формирования чертежа, компьютерная графика обучает методике 3Dтехнологии. Не секрет, что без хорошего владения компьютером и программными продуктами, являющимися базовыми в данной отрасли невозможно быть конкурентоспособным специалистом на рынке труда. Вполне оправданно в нынешней конкурентной борьбе за потребителя предоставление бесплатных учебных лицензий вузам и студентам, ведь это завтрашние инвестиции. Поэтому вопрос, на чем учить не стоит сейчас особо остро, как стоял 2 3 года тому назад.

В тоже время опыт 10-летнего преподавания компьютерной графики показывает, что студентам все сложнее дается освоение материала.

Причин тому несколько:

- уменьшение объема аудиторной нагрузки;

- неумение работать с учебной и методической литературой;

- низкий уровень познавательной активности;

- низкий уровень информационной культуры и т.д.

Все вышесказанное приводит к необходимости определения основных принципов методики обучения информационным технологиям специалиста инженерного профиля:

- обучение должно быть системным («Начертательная геометрия»

«Инженерная графика» «Компьютерная графика»);

- цель обучения – научить решать профессиональные задачи с помощью выбранной программы;

- обучение должно вестись в тесном взаимодействии с другими учебными дисциплинами;

- обучение должно быть интенсивным и личностно-ориентированным (с помощью разработанных на кафедре гиперссылочных учебных пособий);

- выбирая программный продукт для обучения, учитывается его популярность в данный момент, а также соответствие программного обеспечения современному уровню развития информационных технологий и возможные тенденции его развития в будущем;

- обучение должно закладывать фундамент для дальнейшего самостоятельного изучения программного продукта и его возможностей, с целью успешного использования в профессиональной деятельности.

На плечи преподавателя ложится ответственность за умение подачи своего предмета так, чтобы научить студента не просто выполнять выбранные операции, а самостоятельно отыскивать и осваивать незнакомые операции, которые ему потребуются. Иными словами, о каком бы контингенте студентов ни шла речь, принцип обучения один, хотя и старый, как мир – дать учащемуся «не рыбу, но удочку». Будущие специалисты должны овладеть основами необходимых знаний и накопить личный опыт использования компьютерных технологий, иметь соответствующую подготовку по их применению в будущей профессиональной деятельности.

Все вышеперечисленное должно стать поводом для углубленной проработки методик преподавания.

В заключении хочется отметить, что умение решать поставленные профессиональные задачи средствами компьютерных технологий расширяет диапазон трудоустройства выпускника, приносит уверенность в своих силах, а, следовательно, повышает профессионализм и конкурентоспособность на рынке труда.

1 Митина, Л.М. Психология развития конкурентоспособной личности. – М.:

Московский психолого-социальный институт; Воронеж: Из-во НПО «МОДЭК», 2002. – 400 с.

2 Фатхутдинов, Р.А. Конкурентоспособность: экономика, стратегия, управление. – М.: ИНФРА, 2000. – 312 с.

3 Хейфец, А.Л. Инженерная и компьютерная графика. AutoCAD. Опыт преподавания и широта взгляда. – М.:ДИАЛОГ-МИФИ, 2002.-432 с.

СТУДЕНТАМ ОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИИ СХЕМЫ

ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕНННОГО ТОКА

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Для преобразования переменного тока в постоянный применяют полупроводниковые выпрямители. Выпрямитель электрического тока это механическое, электровакуумное полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный электрический ток на выходе.

Выпрямители являются составной частью источников питания практически всех электрических, электромеханических и электронных устройств, основанных на потреблении постоянного тока. Большую роль играют выпрямители и в технике сильных токов, где с их помощью осуществляется питание мощных промышленных установок с постоянным напряжением (двигатели постоянного тока, кнтактные сети электрифицированного транспорта, сварочные и другие устройства. В общем случае структурная схема выпрямительного устройства содержит трансформатор, выпрямитель и сглаживающие фильтры. Трансформатор служит для изменения синусоидального напряжения сети до необходимого уровня, «сглаживающий» фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

Общеизвестна мостовая схема двухполупериодного выпрямления однофазного переменного тока [1.2]. Недостаток этой схемы также очевиден.

Схема обеспечивает не постоянный а пульсирующий ток, когда его величина во времени периодически изменяется от нуля до амплитудного значения. Иначе при таком выпрямлении оказывается значительной переменная составляющая напряжения или его пульсации.

Для питания большинства потребителей постоянного тока требуются токи с малыми пульсациями, которые и обеспечивает мостовая схема.

Поэтому ее приходится дополнять «сглаживающими» конденсаторами большой емкости и принимать другие меры, более сложные в реализации.

Несмотря на эти недостатки мостовая схема черезвычайно широко используется, является «классической». А у студентов возникает мысль, что это верх совершенства и улучшить эту схему, в принципе невозможно.

Однако это не так. Существует несколько схем выпрямления, обеспечивающих снижение переменной составляющей и пульсаций при однофазном выпрямлении. Одна из схем рассматривается в настоящей работе.

Схема содержит два однофазных трансформатора. Первичная обмотка одного из них подключена непосредственно к сети через фазосдвигающий элемент, которым может являться конденсатор или катушка индуктивности.

Втричные обмотки трансформатров подключены к мостовым выпрямителям.

Положительные и отрицательные выводы выпрямителей соответственно соеденены между собой и подключены к нагрузке.

Электрическая схема такого выпрямителя показана на рисунке 1.

Поскольку используется фазосдвигающий элемент, то напряжения на вторичных обмотках трансформатора будут сдвинуты во времении, так же как и пульсирующие выпрямленные напряжения на нагрузке. Сдвиг пульсаций во времени «сглаживает» напряжения на нагрузке. При этом для уменьшения пульсации напряжения до необходимого уровня требуется «сглаживающий»

конденсатор меньшей емкости.

состсавляющую выпрямленного напряжения. Но иона в представленном виде может иметь свою область применения. Так при электродуговой сварке важно поддерживать стабильное горение дуги как при переменном токе, так и при выпрямленном. Если ток дуги принимает нулевое значение дуга не горит а вновь зажигается, когда когда напряжение достигает необходимое значение [1].

При использовании описанной схемы напряжение на дуге будет в любой момент времени, что и обеспечит стабильное горение дуги. Представленная схема так же может быть усовершенствована.

Осциллограмма напряжения на нагрузке для описанной схемы показана на рисунке 2.

Настоящая работа кроме указанного имеет и другое значение, она показывает неограниченные возможности совершенствования даже того, что кажется уже «верхом совершенства»

При рассказе студентам об этой схеме могут быть заданы следующие контрольные вопросы:

-Какие достоинства и недостатки имеет данная схема?

-Как бы Вы предложили ее усовершенствовать?

-Как можно расширить область применения схемы?

1.Ковалев Ф.И.,Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Кочетков В.Д., Крылов С.С., Курносов Б.Д., Мосткова Г.П. Пырков В.В., Сакович А.А., Толкачев А.И.

Полупроводниковые приборы: учебник / Ф.И. Ковалев, Е.И. Беркович, В.Н.

Ковалев,В.Д. Кочетков, С.С. Крылов, Б.Д.,Курносов, Г.П.Мосткова В.В.

Пырков, А.А. Сакович, А.И. Толкачев / под ред. Ф.И. Ковалева, Г.П. Мостковой.

- М. : Энергия, 1978-448с., ил.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: учебник / А.С Касаткин, М.В.Немцов, – 4-е изд., перераб. – М. : Энергоатомиздат, 2007. – 440 с., ил.

3. Тарасов Ф.И. Как построить выпрямитель: учебник / Ф.И. Тарасов. выпуск 13. - М. : Госэнергоиздат, 1949.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ В

ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Оренбургский государственный университет, г.Оренбург Одним из наиболее ответственных и напряженных узлов ЖРД является турбонасосный агрегат, обеспечивающий подачу топлива в камеру сгорания и газогенератор. Он состоит из насосов окислителя и горючего, турбины. Иногда ставятся дополнительные насосы, например, для подачи жидкости в газогенератор и наддува баков. Турбонасосный агрегат является «сердцем»

ракетного двигателя. По своим характеристикам и, в частности, по удельной мощности, т.е. мощности, приходящейся на единицу расхода, данные агрегаты среди энергетических машин образуют отдельную группу [1]. На рисунках 1 и 2 представлены турбонасосные агрегаты РД107 и РД120.

1 – турбина; 2 – насос окислителя; 3 – насос горючего; 4 – насос перекиси водорода; 5 – насос жидкого азота; 6 – теплообменник.

1 – турбина; 2 – насос окислителя; 3 – вал; 4 – насос горючего; 5 – рессора.

По параметрам и особенностям конструкции турбонасосные агрегаты можно разделить на две группы, которые различаются схемами использования рабочего тела турбины. В первой группе газ после турбины выбрасывается в окружающее пространство – это открытая схема, во второй группе газ после турбины поступает в камеру сгорания, где дожигается – это схема с дожиганием. Турбонасосные агрегаты двигателей с открытой схемой характеризуются применением высокоперепадных активных турбин и насосов с относительно низкими напорами. Доля расхода рабочего тела на привод турбины в этой схеме составляет 1,5-2% от общего расхода топлива через двигатель. Особенностью турбонасосных агрегатов двигателей с дожиганием является применение низкоперепадных реактивных турбин с относительным перепадом давления и высоконапорных (в несколько сотен атмосфер) насосов, что отразилось на конструктивном исполнении данных агрегатов [2].

Выброс газа в открытой схеме приводит к потерям удельного импульса двигателя, которые возрастают с ростом мощности турбины. Это ограничивает возможности совершенствования двигателя с открытой схемой.

Во второй схеме отсутствие выброса газов исключает потери удельного импульса двигателя и многократно расширяет возможности повышения мощности турбины, повышения давления в камере сгорания и улучшения энергетических характеристик ЖРД [2].

Постоянно растущие требования, предъявляемые к турбонасосным агрегатам, вызывают необходимость совершенствования таких систем. Это достигается путем освоения новых компонентов топлива, внедрением новых схемных и конструктивных решений, разработкой соответствующих материалов, исследованием рабочих процессов, разработкой теоретической базы, развитием измерительной техники.

Так, для повышения защиты конструкции турбины от возгорания в случае попадания посторонних металлических частиц можно применять никелевое покрытие рабочих и сопловых лопаток. Также такое покрытие можно применять в конструкциях на внутренних поверхностях газового тракта.

Повышения антикавитационных качеств и высокой экономичности насосов можно добиться применением комбинаций шнековых и центробежных колес с высокой степенью гидродинамического совершенства проточной части.

Для разгрузки подшипников ротора от осевых сил необходимо конструкцию насоса выполнять таким образом, чтобы обеспечивать автоматическую разгрузку возможных неуравновешенных осевых сил во всем диапазоне режимов. При этом разгрузка осуществляется непосредственно рабочими элементами ротора и корпуса. Применение лопаточных или трубчатых диффузорных аппаратов снимает проблему разгрузки подшипников от радиальных сил.

Повышение прочности и качества рабочих колес турбин и насосов можно обеспечить применением технологии порошковой металлургии, для изготовления сложных деталей также применима электроэрозионная обработка.

По своим характеристикам и параметрам турбонасосные агрегаты последних разработок, находясь на предельно высоком уровне, имеют высокую степень надежности, большой ресурс и могут быть использованы в качестве основы при разработке конструкции для условий многоразового использования.

Стоящие перед разработчиками ракетной техники задачи дальнейшего значительного повышения ресурса двигателей и многоразовости их использования выводят на первый план решение таких проблем, как снижение динамических нагрузок (пульсаций давления в жидкостных и газовых трактах), снижение уровней вибраций и повышение усталостной прочности элементов конструкции турбонасосных агрегатов.

гидродинамическое совершенствование проточных трактов насосов и турбин, направленное на выравнивание полей скоростей и давлений, поиск новых оптимальных конструктивных решений, повышение качества изготовления и использования новых материалов, повышение эффективности средств измерения параметров во время работы и методов диагностики состояния материальной части турбонасосных агрегатов. Решение этих проблем позволит осуществить переход к созданию ракетно- космических систем многоразового использования.

1. Гахун Г.Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей / Г.Г. Гахун, В.И. Баулин, В.А. Володин. –– М.: Машиностроение, 1989. –– 424 с. –– ISBN 5-217-00360-X.

2. Иванов В.К. Турбонасосные агрегаты ЖРД конструкции НПО Энергомаш / В.К. Иванов, A.M. Кашкаров, Е.Н. Романенко, Л.А. Толстиков / Конверсия в машиностроении. –– ISSN 0869-6772.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ MATLAB ПРИ

ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ «ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

Семенова Н.Г., Гнилова А.Д., Пчелинцев Д.В.

ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», В условиях возрастающего информационного потока все сложнее обеспечить высокий уровень образования, применяя для этой цели только традиционные технологии и методы обучения. Все это заставляет педагогов в условиях информатизации образования постоянно искать и внедрять в учебный процесс новые методы и формы обучения, направленные на активизацию учебно-познавательной деятельности. К одному из наиболее перспективных направлений в данном контексте можно отнести использование компьютерного моделирования (КМ). КМ является одним из универсальных, общенаучных методов познания и может рассматриваться как процесс создания и исследования компьютерных моделей.

Компьютерное моделирование чаще всего используется в условиях, когда объект исследования недосягаем для субъекта познания, либо если отсутствуют аналоги в окружающей действительности. Следует различать моделирование как метод познания и моделирование как метод обучения. Основные их отличительные особенности заключаются в следующем [1]:

- меняется цель моделирования, если в первом случае она направлена на объект познания: исследователь познает свойства объекта, то во втором – направлена на обучение с помощью модели;

- расширяется функциональное назначение предмета моделирования. В первом случае предмет моделирования предназначен только для исследования, во втором как для исследования, так и для обучения.

Рассмотрим основные дидактические и методические возможности КМ.

Компьютерное моделирование позволяет вывести на качественно новый уровень принцип наглядности за счет применения машиной графики.

Моделирование тех или иных явлений с помощью персональных компьютеров позволило синтезировать логико-математическую обработку информации с экспериментально-модельной наглядностью, в результате чего теоретические положения обрели свою наглядную форму. В этой связи, в науке речь пошла о новом мощном инструменте познания – когнитивном компьютерном моделировании, которое, как отмечено в работе А.Я. Аноприенко, представляет собой синтез числа, образа и алгоритма, позволяющий в концентрированной или наглядной форме фиксировать и использовать наиболее существенные количественные и алгоритмические знания об окружающем мире.

Средства машинной графики компьютеров дали возможность перейти от рутинной работы по обработке информации к творческой, позволяя обучающемуся выступать в роли творца разрабатываемой модели. Поэтому можно сказать, что КМ способствует реализации дидактической возможности – индивидуализации обучения.

Возможность использования КМ в целях проведения виртуального эксперимента, в тех случаях, когда проведение физического эксперимента оказывается невозможным, позволяет говорить о реализации такой дидактической возможности как доступность обучения.

Несомненным методическим достоинством виртуального эксперимента является возможность быстрой, простой и менее затратной организации многократного повторения эксперимента по сравнению с физическим, что дает основание говорить о возможности - избыточности учебной информации, предоставляемой компьютерным моделированием.

Компьютерное моделирование в электротехническом образовании используется на основе таких универсальных прикладных пакетов, как MatLab, PCAD, pSpice, MicroCap, Multisim, Labview.

Интегрированный пакет математического моделирования MathLab позволяет выполняет математические вычисления и визуализацию результатов расчетов в графической форме, а также с помощью программы Simulink осуществлять моделирование динамических систем, в том числе функциональное аналоговое моделирование на базе структурных схем.

Методики обучения техническим дисциплинам на лекционных занятиях с применением компьютерного моделирования нами были подробно изложены в работах [1]. В данной работе представлена методика проведения лабораторных занятий по дисциплине «Общая электротехника», раздел «Электрические машины» в среде MatLab с дополнительным программным средством Simulink, включающая в себя четыре уровня обучения.

Когнитивный (репродуктивный) уровень обучения. На этом уровне студенты овладевают необходимыми теоретическими знаниями, умениями, навыками моделирования динамических систем.

Продуктивный уровень обучения. После работы в виртуальной среде, обучающиеся выполняют лабораторные работы на реальных стендах. На этом уровне происходит применение полученных теоретических знаний на практике.

Когнитивный и продуктивный уровни характеризуются выполнением рецептурных действий обучающихся, когда они проявляют умение работать преимущественно в стандартных условиях, отраженных в руководстве по лабораторному практикуму.

Эвристический моделированию обучающимися лабораторных работ по заданию преподавателя в виртуальной среде, с помощью программ моделирования MatLab, Simulink.

На эвристическом уровне обучающиеся выполняют частично-поисковые действия, когда они могут действовать достаточно самостоятельно, выполняя несложные творческие задания при непосредственном руководстве преподавателя.

Творческий (исследовательский) уровень. На этом уровне обучающимся предлагается самим спроектировать лабораторную работу сначала на компьютере, а затем, при положительных результатах апробировать работу, созданную в виртуальной среде, на реальном стенде в присутствии преподавателя. По итогам работы исследовательского уровня студенты оформляют два отчета, сопоставляют результаты виртуального и реального экспериментов, выявляют и объясняют причину расхождения полученных данных.

Предлагаемая методика проведения лабораторных занятий с применением компьютерного моделирования позволяет достичь одновременно две дидактические цели:

- изучить и освоить технологии моделирования в MatLab - е;

- экспериментально изучить на математических моделях закономерности процессов, протекающих в динамических системах.

На рисунках 1,2 представлены схемы моделирования в среде MatLab с дополнительным программным средством Simulink машин постоянного тока и асинхронной, выполненных бакалаврами второго курса направления «Электроэнергетика и электротехника». На рисунках 3, 4 результаты виртальных экспериментов.

Рисунок 1 – Схема моделирования машины постоянного тока Рисунок 2 – Схема моделирования асинхронной машины Рисунок 3 – Механические характеристики машины постоянного тока Рисунок 4 – Осциллограммы асинхронной машины 1. Семенова, Н. Г. Теоретические основы создания и применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов электротехнических дисциплин. Монография / Н. Г. Семенова. – Оренбург, ИПФ «Вестник», 2007. – 317 с.

ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ

КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНТЕГРАЦИЕЙ ПРОИЗВОДСТВА

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург На современных предприятиях вся информация об изделии, начиная с чертежей и заканчивая крепежом при сборке, вносится в электронную базу данных, где прослеживается жизненный цикл изделия и каждой детали: где и кто изготовил, из какого металла и каким способом штамповали, на каких станках фрезеровали и другая информация. Принципиальным свойством такой информационной системы является возможность не только описать структуру выпускаемого изделия, но и технологии изготовления, и более того накапливать на последующих этапах всю информацию об изготовлении каждой детали и узла, произведенных ремонтах и заменах и т.д. Информационной базой пользуются не только конструкторские и технологические службы, но также службы технической подготовки и управления производством предприятия-изготовителя, поскольку формируется полная информационная модель изделия, начиная от конструкторской спецификации и заканчивая данными о фактическом изготовлении [1].

На большинстве отечественных предприятий процесс технической подготовки производства слабо интегрирован с общей цепочкой автоматизации проектирования. В результате между различными этапами возникает разрыв.

Можно выделить две причины данной проблемы. Первая - техническая.

Появление в модели пусть даже незначительных дефектов может привести к тому, что система генерации программы для станка ЧПУ прекратит расчет траектории инструмента. Но при этом конструктор, породивший проблему, возможно о ней и не подозревает, а технолог-программист не знает путей ее устранения. Решение такого рода проблем возможно за счет создания на предприятии общего информационного пространства для конструкторов и технологов, в котором данные об изделии передаются по цепочке от проектировщика до станка без потерь.

Вторая проблема - организационная. Преодоление разрыва между проектированием и производством - это скорее задача промышленных предприятий, нежели разработчиков САПР. Конструкторские бюро и производственные подразделения должны построить взаимодействие так, чтобы потери от этого разрыва были минимальными [1].

С необходимостью интегрировать различные решения по автоматизации рано или поздно сталкиваются все предприятия, вне зависимости от отраслевой принадлежности. Специфика же машиностроения заключается в том, что САПР и ERP-системы традиционно производятся различными разработчиками, причем если продукты первых в значительной мере определяются требованиями ГОСТов, то вторые ориентируют свои решения на бизнеслогику. В результате предприятие получает две абсолютно не связанные системы, интеграция которых является серьезной проблемой.

Потребность переносить в ERP данные, полученные в САПР в результате проектирования, неоспорима. Так, например, чтобы эффективно планировать процессы заказа комплектующих, управлять работой складов и другими аспектами производства, необходимо обладать информацией о составе не только производимых, но и проектируемых изделий. Подобные данные зачастую переносятся из САПР в ERP вручную. Помимо того, что такой подход приводит к нерациональному расходу ресурсов и порождает дополнительный источник ошибок. По данным исследования АСКОН, обнародованного на форуме «Белые ночи САПР 2005», ручное внесение состава изделия в ERPсистему приводит к ошибочному вводу до 30% информации [2].

Все эти доводы говорят о жесткой необходимости создавать механизмы автоматизированного взаимодействия различных автоматизированных систем, чем сегодня и занимаются как сами предприятия машиностроения, так и разработчики программного обеспечения [2]. Вместе с тем результаты исследований в данной области нуждаются в индивидуальной адаптации к каждому конкретному предприятию [3].

Организация единого информационного пространства силами самих предприятий осложняется нехваткой квалифицированных специалистов, что не перестают отмечать руководители ИТ-отделов промышленных предприятий.

В то же время рынок САПР неуклонно растет. В своем отчете, выпущенном в конце 2011 года информационно-аналитическое агентство Jon Peddie Research оценивало весь рынок САПР в пять с небольшим миллионов рабочих мест, это означает, что именно столько лицензий было куплено или обновлено в 2011 году. Общее количество пользователей САПР, конечно больше, по оценкам Jon Peddie Research – примерно 19.3 миллионов. При этом отмечается, что наиболее быстро растущими регионами являются страны BRIC, т.е. Бразилия, Россия, Индия и Китай [4].

Рост количества пользователей САПР требует подготовки высококвалифицированных кадров в данной области. При этом ключевым моментом, влияющим на успешность внедрения решений по автоматизации инженерной деятельности, является грамотное внедрение и развитие САПР на предприятии. В работе [5] одним из этапов проекта внедрения PLM-решений на предприятии авиационного двигателестроения является разработка программных модулей автоматизации документооборота и бизнес-процессов ТПП на базе PDM и технологий Workflow. Поэтому, помимо простых пользователей, которые обладают глубокими знаниями инструментов САПР и предметной области проектирования, необходима подготовка специалистов – разработчиков САПР.

Сегодня создание новой САПР с нуля представляется крайне затруднительным, хотя в мировой практике подобные примеры известны (Майкл Пэйн и его SpaceClaim). В этой связи основной сферой деятельности специалистов – разработчиков САПР, помимо работы в самих системах, является разработка модулей интеграции с автоматизированными системами, имеющимися на предприятии; разработка специфических модулей для конкретного предприятия; а также развитие систем в части функционала, который не реализовывается компанией-разработчиком САПР.

Большинство поставщиков решений в области автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства обеспечивает возможность разработки дополнительных модулей на объектноориентированных языках программирования (Object Pascal, C#, C++ и другие) посредством предоставления интерфейса программирования приложений.

В ОГУ на кафедре систем автоматизации производства в учебный план подготовки бакалавров по профилю «Системы автоматизированного проектирования» включена дисциплина «Прикладные программные системы», в рамках которой изучается интерфейс прикладного программирования САПР КОМПАС-3D, которая является одной из самых распространенных САПР в России. В рамках данной дисциплины изучаются следующие разделы:

инструментальные средства разработки прикладных САПР; построение графических примитивов и математические функции; модель графического документа; интерактивное взаимодействие пользователя с прикладной библиотекой, долговременное хранение данных прикладных библиотек;

атрибуты элементов чертежа; работа со спецификацией; работа с трехмерными моделями.

В дальнейшем планируется изучение интерфейса прикладного программирования Лоцман-PLM, что позволит выпускникам заниматься интеграцией систем, в которых храниться конструкторско-технологическая информация о выпускаемой продукции и систем, которые обрабатывают информацию, необходимую для эффективного использования ресурсов предприятия.

Изучение предложенного материала существенно повышает востребованность выпускников на рынке труда, позволяет выпускнику легко адаптироваться в производственных условиях.

1 В чем суть технологий PLM? [Электронный ресурс]. – Режим доступа :

http://cae.ustu.ru/cont/soft/plm.htm. – Проверено 2412.2013.

2 Антимонов, Д. ERP и САПР: полная интеграция не нужна? [Электронный ресурс] / Д. Антимонов. – Режим доступа : http://www.iteam.ru/ publications/it/section_52/article_2292/. – Проверено 24.12.2013.

3 Сердюк А. И. Совершенствование процесса изготовления сложных изделий с использованием pdm-систем на ОАО «ПО «Стрела» / А.И. Сердюк, В.Б.

Кузнецова, А.И. Сергеев, А.В. Попов // Информационные технологии в проектировании и производстве. – 2013. - №4. – С. 54 – 61.

4 Малюх, В. Н. Экономика и САПР – кризис закончился? [Электронный ресурс] / В. Н. Малюх. – Режим доступа : http://isicad.ru/ru/articles.php?

article_num=15230. – Проверено 20.12.2013.

5 Найшулер, Б. И. PLM – проблемы внедрения / Б. И. Найшулер, В. В. Трутнев // Rational Enterprise Management. - 2006. - №2. – С. 30-34.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В ПОДГОТОВКЕ БУДУЩИХ СПЕЦИАЛИСТОВ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ, В современных условиях перехода международного сообщества на новый уровень развития образования, с особой остротой встает вопрос о подготовке кадров высокой квалификации, способных плодотворно работать в различных отраслях экономики, достойно конкурирующих на международном рынке труда. В условиях глобализации и углубления интеграционных процессов в мировом образовательном пространстве система высшего образования должна своевременно реагировать на динамику позитивных перемен в мире и способствовать эффективному кадровому обеспечению для устойчивого экономического развития.

Сегодня в нашем обществе в соответствии современными требованиями развития науки и техники, введением нового классификатора специальностей остро стоит вопрос о характере подготовки специалистов машиностроительного профиля, способных осуществлять качественные изменения в сфере своей профессиональной деятельности с учетом перспективы. Это связано все с большим внедрением в производство и в социальную сферу современных информационно-коммуникационных технологий, увеличением скорости технологического развития производства, дальнейшим углублением глобальной конкуренции. В эпоху динамично меняющейся рыночной экономики сфера деятельности специалиста с высшим техническим образованием должна быть более широкой, менее жестко связанной с какой-либо конкретной узкой специальностью. Современный специалист-машиностроитель должен обладать не просто определенным уровнем знаний, умений и компетентности, но и постоянной готовностью к самообразованию и необходимостью непрерывного образования с целью своевременной адаптации к изменяющимся условиям производства, предвидеть и оценивать социальные и экономические последствия инженерной деятельности и в совершенстве владеть компьютерными технологиями.

В 2013 году компания АСКОН представила Сквозную 3D-технологию, которая объединяет новые версии программных продуктов АСКОН – системы ЛОЦМАН:PLM, КОМПАС-3D V14, ВЕРТИКАЛЬ 2013 и ГОЛЬФСТРИМ.

Технология аккумулировала в себе мощный современный функционал, позволяющий организовать единый процесс от проектирования изделия до его производства и эксплуатации и тем самым заложить фундамент конкурентоспособности бизнеса.

Сквозная 3D-технология АСКОН предназначена для управления всем циклом подготовки производства, эффективного решения задач, возникающих на каждом его этапе, в том числе – сокращения сроков вывода изделий на рынок. Для этого задействован целый ряд новых сервисов, функций и методик, реализованных в новых версиях программных продуктов АСКОН [1].

Базовые компоненты Сквозной 3D-технологии АСКОН являются:

- Система ЛОЦМАН:PLM – центральный компонент Комплексных решений АСКОН;

- Система трехмерного моделирования КОМПАС-3D и приложения;

- ВЕРТИКАЛЬ – система автоматизированного проектирования технологических процессов, решающая большинство задач автоматизации процессов ТПП.

- Система автоматизированного управления производством ГОЛЬФСТРИМ.

Условие, когда проектирование велось преимущественно на кульмане уже прошло. Качественное проектирование невозможно без внедрения современных средств автоматизации и конструкторско-технологической подготовки производства Проектирование, безусловно, является ключевым этапом жизненного цикла разработки, от качества и технологичности которого в огромной степени зависят качество, сроки выпуска и себестоимость будущего изделия.

На современном уровне компьютерная графика дает возможность развиваться новому направлению конструкторской деятельности:

геометрическому моделированию, в основу которого входит не чертеж, а пространственная геометрическая модель изделия.

машиностроительного производства являются сжатые сроки и высокое качество его технологической подготовки, включающей технологический контроль чертежей, назначение оптимальных заготовок, нормирование расхода основных и вспомогательных материалов, расцеховку всех составляющих компонентов изделия, разработку технологических процессов изготовления деталей и сборочных единиц (ДСЕ) по различным видам производства, выдачу заданий на проектирование и изготовление/доработку оснастки, составление плана-графика подготовки производства, проектирование и изготовление средств технологического оснащения (СТО), выверку разработанных технологических процессов и отладку средств оснащения в процессе производства. Удельная доля технологической подготовки производства (ТПП) в общем объеме всей трудоемкости подготовки производства составляет от до 80%. И от того, насколько качественно выполнена ТПП, зависят и эффективность производства, и качество выпускаемых изделий.

Добившись сокращения сроков конструкторско-технологической подготовки производства благодаря автоматизации, созданию единой информационной среды для конструкторов и технологов и повторному использованию компонентов, которая позволит сделать электронную трехмерную модель основным инструментом унификации подготовки производства.

Среди учебных заведений г. Орска Орский гуманитарно-технологический институт один из первых ввел в программу обучения систему КОМПАС-3D и ВЕРТИКАЛЬ, которые на сегодняшний день широко используется промышленными предприятиями Восточного Оренбуржья [2].

Начиная с первого курса, студенты осваивают азы компьютерных технологий, а со второго курса на уроках по специальным дисциплинам изучают возможности прикладных программ, что позволяет им использовать полученные знания при выполнении курсовых проектов.

В ОГТИ самым крупным факультетом является механикотехнологический, который готовит молодых специалистов по следующим специальностям: технология машиностроения, материаловедение, автомобили и автомобильное хозяйство, энергообеспечение, электропривод и автоматика, электроснабжение, программное обеспечение.

В целях подготовки высококвалифицированных и конкурентоспособных специалистов нашим институтом в рамках образовательной программы компании АСКОН были приобретены на льготных условиях три комплекта сетевых ключей по 20 лицензионных мест каждый. Ключи были распространены между кафедрами: программного обеспечения, электроснабжения и энергообеспечения, технологии машиностроения.

Возможности системы КОМПАС-3D используются для создания новых разработок. Так, совместно с преподавателями МГТУ им. Носова была создана программа «Моделирование процессов механической обработки тел вращения». Разработанный продукт позволяет выбирать и рассчитывать параметры деталей при механической обработке. Сведение к минимуму механических расчетов позволяет снизить продолжительность расчетов, оставляя время для моделирования и анализа технологического процесса [3].

Студенты кафедры «Технология машиностроения» используют в курсовых и дипломных проектах систему КОМПАС. Они выполняют в системе КОМПАС-График и КОМПАС-3D конструкторскую часть проекта, а с помощью системы Вертикаль – технологическую.

Внедрение этих систем в учебный процесс дало возможность вести обучение на качественно новом уровне. Студенты, изучающие данные программы, становятся специалистами высокого класса, обдающими всеми необходимыми в современных условиях профессиональными навыками.

Сегодня соответствовать современным требованиям рынка возможно только путем применения современных инструментов. В настоящее время информационные технологии уже не преимущество, а необходимость.

Повысить эффективность и производительность, тем самым снизив себестоимость, в настоящих условиях возможно за счёт сквозного управления жизненным циклом изделия от разработки до утилизации.

Отечественной реализацией идеологии и принципов концепции PLM стала Сквозная 3D-технология АСКОН, отвечающая главному условию — полной сквозной интеграции и взаимодействию всех компонентов технологии.

1. АСКОН: Комплексные решения для машиностроения: Электронные и текстовые данные, 2013 – Режим доступа: http://machinery.ascon.ru/solutions/ 2. Сергиенко, С. Н. Информационно-коммуникационные технологии в образовании / С. Н. Сергиенко, А. Д. Михайлов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Материалы Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием). – Оренбург : ООО ИПК «Университет», 2013. – 3335 с. – ISBN 978Сергиенко, С. Н. Модель процесса механической обработки тел вращения / С. Н. Сергиенко, Е. А. Ильина // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах: междунар. сб. науч. трудов. – Магнитогорск : Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2011.

– С. 192-197.

РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И

МЕХАНИЗМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НОВОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ

ТЕХНОЛОГИИ В АЭРОКОСМИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ ОГУ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург На современном этапе различных обновлений, реконструкций и перевооружений предприятий оборонного комплекса в условиях глобализации экономики, технологической модернизации производства чрезвычайно актуальна проблема подготовки инженерно-технических кадров в области машино-, авиа- и ракетостроения, повышения конкурентоспособности выпускников ВУЗов с одновременным улучшением качества их обучения.

Решение данной проблемы определяется многими факторами, среди которых ключевым является недостаточно высокая профессиональная компетентность выпускников, обусловленная комплексом причин, заключающихся в наличии ряда принципиальных недостатков традиционных технологий обучения, а именно:

1. Жесткая регламентация действующих в настоящее время образовательных стандартов (ГОС, ФГОС ВПО). В результате институт и кафедры не имеют достаточной свободы в формировании учебных планов и основных образовательных программ. А также ограничены временными рамками и многими формальностями, затрудняющими эффективный отклик определенных структурных единиц образовательного учреждения на новые запросы производства, постоянно возникающими в связи со стремительным развитием науки и техники, изменением экономической ситуации в стране (достаточно трудоемким является процесс лицензирования новых направлений подготовки специалистов, бакалавров, магистров).

2. Низкий удельный вес дисциплин специализации, которые составляют всего около 15-20% от общего объема часов теоретического обучения. Более того, большинство из 80% смежных дисциплин не отражают профессиональные аспекты подготовки специалиста. При этом анализ учебных планов показал наличие дисциплин по выбору обучающихся по всем направлениям подготовки, которые ведутся в аэрокосмическом институте.

Однако, в рабочих программах не прослеживается четкая связь с будущей деятельностью «завтрашнего выпускника». Нужно отменить, что только в магистерских программах объем дисциплин по выбору ФГОС не регулируется, устанавливается только удельный вес в составе вариативной части обучения, а объем факультативных единиц по ФГОС определяется ВУЗом самостоятельно.

3. Изолированность знаний, полученных в процессе изучения конкретной дисциплины, межпредметная разобщенность, недостаток преемственности и взаимосвязи большинства дисциплин подготовки специалиста, бакалавра. К сожалению, отсутствие у многих преподавателей естественно-научных, гуманитарно-социальных и общетехнических дисциплин четкого понимания места своей дисциплины и ее роли в формировании высококвалифицированного специалиста;

4. Низкий уровень рекрутирования студентов работодателями, слабые мотивация «завтрашних выпускников» к обучению и восприимчивость их к теоретическому материалу. Процесс обучения в основном происходит по схеме «модель - теория» без участия реального объекта.

Данные проблемы не позволяют в полной мере реализовать процесс развития профессиональных компетенций у выпускников. Средством развития этих компетенций традиционно считается учебная деятельность, которая строится как «эталонная» по своему нормативному содержанию и структуре.

Индивидуальные способности студента при такой системе обучения «просматривались» через обучаемость, определяемую как способность к усвоению знаний. Чем лучше были организованы знания в системе (по теоретическому типу), тем выше была обучаемость. Зависимая от содержания, специального конструирования учебного материала, обучаемость тем самым рассматривалась не столько как индивидуальная, сколько как типовая особенность личности (теоретики, эмпирики, обладатели наглядно-образного, словесно-логического мышления и т.п.), а современные тенденции повышения норм профессионализма выпускника диктуют жесткие требования к гибкости, вариативности и многофакторности проектирования процесса обучения.

Руководство аэрокосмического института совместно с кафедрами поставлены перед необходимостью изыскивать дополнительные возможности для повышения качества профессиональной подготовки специалиста. Поэтому проблема разработки новой образовательной технологии, направленной на повышение профессиональной компетенции выпускников и подготовку инженеров, соответствующих мировому уровню машиностроительного и оборонного комплексов, представляется весьма актуальной.

Разрабатываемая образовательная технология, направленная на решение указанной проблемы включает в себя некий эксперимент (рассчитанный минимально на 4 года), в котором участвуют три целевые группы:

I группа - преподаватели выпускающих кафедр, основная задача которых заключается в обеспечении организационно-методического руководства эксперимента (курировании профессиональной подготовки специалиста и осуществлении связи с преподавателями других кафедр);

II группа - преподаватели смежных кафедр («контактные» и инициативные);

III группа - студенты дневной формы обучения.

В рамках эксперимента предполагается выполнение следующего объема работ:

1. Анализ действующих учебных планов и рабочих программ основных естественнонаучных, гуманитарных, социально-экономических, общеобразовательных и специальных дисциплин с целью формирования из их блочного разбиения концентрированного ядра знаний, а также выявление междисциплинарных и межцикловых связей.

2. Проявление критического подхода к изучению содержания и объема различных видов самостоятельных работ студентов по данным дисциплинам.

Установление возможности разработки новых заданий для самостоятельной работы по схеме «реальный объект – модель - теория».

3. Выбор выпускающими кафедрами типовых реальных объектов на основе анализа заводских рабочих чертежей и регламентов технологических установок (4-5 для каждого направления подготовки) с целью разработки и апробации предварительных вариантов заданий (с элементами реальных объектов) для 15-20 самостоятельных работ студентов по 10-12 дисциплинам.

Право количественного регламента учебных дисциплин, видов и форм самостоятельных работ студентов, а также реальных производственных объектов, участвующих в эксперименте остается за кафедрами.

4. Введение электронной формы отчетности каждого студента (дублирование традиционных бумажных экземпляров), входящего в целевую экспериментальную группу, по выполненным самостоятельным работам и хранение этих отчетов в индивидуальных папках студентов в архивах выпускающих кафедр.

При выборе вида и количества фактических объектов для реализации новой образовательной технологии среди всего многообразия машиностроительных устройств, оборудования, оснастки (реальных производственных и технологических мини-объектов, далее по тексту – «реальный объект») необходимо исходить из следующих положений:

- «реальный объект» должно быть типовым, применяемым на различных технологических установках, и являться наиболее распространенным;

- в выбранном «реальном объекте» должны реализовываться основные процессы машино-, авиа- или ракетостроения;

- элементы выбранного «реального объекта» возможно использовать при разработке промежуточных заданий по дисциплинам, входящим в различные циклы учебного плана.

Считаем, что в предлагаемом подходе к организации учебного процесса заложены большие возможности для реализации идеи улучшения качества профессионального образования. Якорем к осуществлению эксперимента и внедрению новой образовательной технологии в аэрокосмическом институте ОГУ может быть лишь отсутствие дополнительного финансирования.

Полагаем, что данный инновационный проект с рабочим названием «Личностно-ориентированная профессионально-направленная технология обучения» найдет поддержку у инициативных ведущих кафедр аэрокосмического института, так как сам эксперимент можно назвать пионерским из-за выхода на первый план элементов реальных объектов изделий, оборудования или установок машиностроительного комплекса в качестве объектов изучения и проектирования многих естественнонаучных и профессиональных дисциплин.

К сожалению, вторым сдерживающим фактором реализации данного проекта является необходимость внедрения в учебный процесс современных экспериментальных установок и профильных программных продуктов, которые также потребуют дополнительных расходов.

Вместе с тем, благородная миссия этого проекта – разработка организационно-методической системы и механизма функционирования новой образовательной технологии для формирования профессиональных компетенций и подготовки кадров в области машино-, авиа- и ракетостроения, удовлетворяющих потребностям машиностроительных предприятий оборонного комплекса – будет являться приоритетной задачей в формировании новейшего технологического уклада Поволжского региона страны.

В рамках реализации основных идей этого проекта предполагается выполнение следующих организационно-методических задач:

1. Обеспечение профессиональной направленности обучения (в гармоничном неразрывном сочетании с принципами фундаментальности, основательности и углубленности).

2. Разработка стратегии непрерывности и преемственности образовательного процесса путем выявления междисциплинарных и межцикловых связей инженерной специальности. Построение сквозной структуры взаимосвязанных дисциплин, составляющих логическую цепь и направленных на формирование достаточного профессионализма специалиста, удовлетворяющего современным потребностям региона.

3. Формирование новой творческой и научной позиции преподавателя выпускающей кафедры, ответственного за реализацию концепции профессиональной подготовки специалиста.

4. Осуществление необходимого налаживания партнерских связей с работодателям и развитие устойчивого, постоянного взаимодействия выпускающей кафедры с «экспертами профпригодности дипломантов» от предприятий с целью формирования профессиональных компетенций, характерных для конкретных областей деятельности выпускника.

Резюмируя вышеизложенное заключаем, что запущенный в работу механизм функционирования новой образовательной технологии, оптимально сочетающей фундаментальное и профессионально-направленное обучение, позволит повысить привлекательность специальностей и направлений подготовки бакалавров и магистров аэрокосмического института ОГУ, привлечь наиболее способную молодежь, тем самым улучшив качество знаний выпускников и, как следствие, результативность их научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

МНОГОКАНАЛЬНАЯ МОБИЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

СБОРА ДАННЫХ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ

Аэродинамические трубы являются одним из основных общих методов экспериментального изучения взаимодействия жидкости или газа с разнообразными воздушными, водными и наземными искусственными или естественными объектами.

В представляемой работе приведено описание создания потенциального автоматизированного информационно-измерительного комплекса, предназначенного для проведения экспериментальных исследований в аэродинамической трубе, а также для обучения студентов основам аэродинамики и гидромеханики. Для обеспечения автоматизированного сбора данных с датчиков аэродинамической трубы разрабатывается информационноизмерительный комплекс для данной физической установки.

Экспериментальная установка. Экспериментальная установка аэродинамическая труба дозвуковых скоростей) представляет собой установку замкнутого цикла с открытой рабочей частью. В рабочей части трубы есть возможность установить аэродинамические весы, с помощью которых производится измерение сил и моментов сил, действующих на модель:

Х – продольная сила;

Y – нормальная сила;

Mz – продольный момент.

Обрабатывая полученные данные можно определить аэродинамические силы: силу лобового сопротивления и подъемную силу. В рабочей части трубы предполагается разместить: датчик давления, температуры, датчик угла. Для проведения измерений скорости можно установить также вихревой датчик скорости.

Назначение и основные функции информационно-измерительной системы. С помощью представляемой системы осуществляется выполнение следующих функций:

-ввод в компьютер экспериментальных данных с аэродинамических весов (X, Y и Mz компоненты), а также с технологических датчиков установки;

-компьютерная обработка вводимых экспериментальных данных и их представление на экране монитора в удобной для экспериментатора форме (в виде таблиц, графиков и т.п.);