Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ГРАФИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ КАЧЕСТВА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Черемных Н.Н. 1 Арефьева О.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
В статье рассматривается роль графической составляющей качества инженерно-технического образования на примере направлений подготовки по лесопромышленному комплексу. Рассмотрены этапы сквозной геометро-графической подготовки студентов по блокам инженерной графики, деталей машин и основам конструирования. На конкретных марках отечественного лесопромышленного оборудования показан реальный вклад в создание его выпускников – конструкторов, получивших базовую графическую и расчетно-конструкторскую подготовку в УГЛТУ (УЛТИ). Рассматриваемая базовая подготовка позволила успешно использовать знания и навыки как в поисковой научно-исследовательской работе, так и в следующем за ней этапе непосредственного конструирования и доведения опытного образца до серийного производства. Материал подготовлен на основе опыта работы авторов на производстве и в реальном проектировании.
инженерное образование
сквозная графическая подготовка
особенности работы конструктора в лесопромышленном комплексе
лесопромышленное оборудование
1. Арефьева О.Ю., Черемных Н.Н. Инженерная графика : учебное пособие для вузов. – Екатеринбург : УГЛТУ, 2011. - 407 с.
2. Бобырев С.В., Зайцев Ю.А. Использование компьютерных моделей для анализа методических ошибок измерения геометрии желобов колец радиально–упорных подшипников // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации : межвузовский н/м сборник. – Саратов : СГТУ, 2012. – С. 136–141.
3. Лалетин В.А., Александрова Е.П., Грошева Т.В., Корникова Е.В. К вопросу о методике преподавания графических дисциплин // Сборник трудов Всероссийского совещания зав. кафедрами графических дисциплин вузов РФ «Состояние, проблемы и тенденции развития графической подготовки в высшей школе» (20–22 июня 2007 г. Челябинск). – Челябинск : ЮУрГУ. – 2007. – Т. 1. – С. 175–178.
4. Мангина Е.И. Роль геометро-графического образования в условиях инновационной деятельности технического университета // Материалы международной н/м конференции, посвященной 80-летию АГТУ. – Астрахань : АГТУ, 2010. - С. 215-218.
5. Ротков С.И., Мошкова Т.В., Павлова Д.Л. Информационная технологическая система преподавания курса начертательная геометрия в техническом вузе // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации : межвузовский н/м сборник. – Саратов : СГТУ, 2006. – С. 12–18.
6. Черемных Н.Н., Тимофеева Л.Г., Арефьева О.Ю. О педагогическом тестировании инженерной графики в высшем техническом образовании. Школа - вуз: достижения и проблемы фундаментального образования : сборник статей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Екатеринбург : УРФУ, 2012. - С. 79-82.
7. Черемных Н.Н. Совершенствование оборудования лесопильно-деревообрабатывающих производств по критерию улучшения шумовых характеристик // Актуальные проблемы лесного комплекса. – Брянск : БГИТА, 2001. – Вып. 4. - С. 79-81.
8. Черемных Н.Н., Тимофеева Л.Г., Арефьева О.Ю., Загребина Т.В., Рогожникова И.Т. Необходимость сочетания традиций и инноваций в системе преподавания графических дисциплин студентам технических вузов // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - № 3. - С. 20-21.
9. Черемных Н.Н., Арефьева О.Ю., Загребина Т.В. О базисном положении геометромодельной подготовки инженера-лесотехника // Современные наукоёмкие технологии. - 2008. - № 8. - С. 71-72.
10. Якунин В.И., Горшков Г.Ф. Инженерная геометрия вчера, сегодня и завтра // Сборник трудов Всероссийского семинара – совещания зав. кафедрами графических дисциплин «Проблемы научно-методического и организационного обеспечения учебного процесса по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике». – Саратов : СГТТУ, 2005. - С. 3-8.

В данном сообщении под графической составляющей качества инженерного образования будет подразумеваться цикл начертательной геометрии, машиностроительного черчения, основ конструирования узлов и деталей машин общепромышленного назначения. Высшая техническая школа доперестроечного периода профессиональную подготовку современного инженера считала одной из своих актуальных задач. Значительное влияние на профессиональное становление будущих создателей и эксплуатационников техники, развитие их пространственного мышления, проективное видение, мышление и интеллект оказывают циклы (дисциплины) геометро-графического профиля. Трудности восприятия рассматриваемых дисциплин из-за отсутствия черчения в обычной школе, а также зачастую оторванности их от дальнейшего образовательного процесса (из-за отсутствия междисциплинарных связей) присутствовали все время при их изучении, а также конкретно – при получении реальных навыков в оформлении чертежей и далее в конструировании.

Начертательная геометрия (НГ) по своему содержанию, методике решения гра­фических задач занимает особое положение среди других дисциплин высшей школы. Обогащая точные науки наглядностью и простотой решения многих за­дач, начертательная геометрия, реализуемая в инженерном (машиностроитель­ном) черчении, является и важнейшим средством в создании произведений (продукции) техники, архитектуры и изобразительного искусства.  Модуль компетентностно-содержательной модели графической подготовки – начертательной геометрии - содержит теоретические основы построения простейших геометрических объектов, приемы геометрического анализа графической информации, метрические и позиционные задачи. В инженерной графике упор делается на основы оформления конструкторской документации, изображения предметов резьбовых изделий и соединений, сварных соединений, рабочие и сборочные чертежи и простейшие спецификации.

Любой искусственный объект, в том числе изделия машиностроения, деревообработки, встроенная и обычная мебель, нижний лесной склад, склады пиломатериалов или сырья, технологические цеховые и заводские планировки, схемы разработки лесосек, транспортно-логистические схемы и т.д., зарождаются в сознании человека, и до материализации его в производстве он претерпевает длинную цепь развития от идеи до рабочих чертежей и рабочих планировок.

Различные методы, при помощи которых можно изобразить реальность через чертеж, основаны на геометрических законах. Они являются результатом изучения реальности пространства, которое займет объект, а также окружающей реальности. И даже это краткое введение должно настраивать студента на одну из ведущих ролей в учебной и инженерной деятельности – роль пространственных представлений.

Вряд ли нужно доказывать, что конечной целью педагогического коллектива нашего вуза является формирование личности, соответствующей требованиям современного развивающегося общества, обладающей самостоятельностью мышления и творческим потенциалом. Попутно заметим, что, как правило, инженерное образование человек получает один раз в жизни. Он может за 10 месяцев получить дополнительное высшее экономическое образование; за 2 года (обучаясь на 4-5 курсе УГЛТУ) окончить параллельно институт фондового рынка; за 1,5 года получить высшее юридическое образование, но инженерное образование после школы приобретается за 5 лет.

Расхожий термин «чертеж - язык инженера» не был оспорен еще никем на протяжении многих десятилетий, так как никакой текст не может заменить чертежа, постро­енного по определенным (хотя бы с учетом требований единой системы конструкторской документации (ЕСКД)) геометрическим правилам. Высокий уровень абстрактности учебного материала объясняется тем, что пространственное мышление является фактором формирования твор­ческого потенциала, видом напряженной умственной деятельности для создания техники.

Блок инженерно-графических дисциплин («НГ», «Инженерная графика и современные модули компьютерной графики») - первое звено высшей технической школы. Выпускник технического вуза в соответствии с содержанием профессио­нальной образовательной программы должен быть готов к выполнению раз­личных видов деятельности: организационно-управленческих, производствен­но-технологических, проектно-конструкторских, а также научно-исследовательских. Все эти виды деятельности, бесспорно, включают в себя эле­менты творчества и должны быть подкреплены соответствующими компетен­циями.

Десятилетиями прослеживается сквозная графическая подготовка студентов: начальная конструкторская грамотность на кафедре начертательной геометрии и машчерчения, последующая работа по освоению конструирования механических передач на кафедре «Детали машин» (закрытые редукторные передачи, ременные и цепные передачи, рабочие валы и барабаны, собранные на раме в единый привод), проектирование грузоподъемных, транспортирующих машин и работа на выпускающей кафедре.

Высшая техническая школа в постперестроечный период профессиональную подготовку современного инженера также считает одной из своих актуальных задач. Изучение графических дисциплин закладывает основы знаний и практических навыков, необходимых для успешного освоения других дисциплин технического профиля. Трудности восприятия рассматриваемых дисциплин, а до недавнего времени оторванность их от дальнейшего образовательного процесса, как мы уже указывали выше, зачастую формирует мнение у студентов об их бесполезности. Наличие низкой работоспособности и быстрой утомляемости у студентов отмечают многие преподаватели ведущих технических вузов РФ. В лучшем случае первокурсник имел для знакомства с черчением в школе 60 часов. Наши опросы показывают, что это событие присутствовало в 5-7%, т.е. подавляющее большинство первокурсников знакомится с черчением только уже в вузе. Необходимость выполнения значительного числа чертежей требует больших временных и даже физических затрат.   

Технологическое оборудование лесопильно-деревообрабатывающих производств, предназначенное для облегчения или замены ручного труда рабочего при выполнении технологических операций какого-либо производственного процесса, в настоящее время насчитывает более 1000 моделей машин. В частности, деревообрабатывающие машины характеризуются высокой производительностью, при которой приходится обеспечивать рабочие скорости 60, 80, 100 и даже более м/с. Рост производительности приходится обеспечивать также за счет увеличения числа режущих инструментов (узлов) : пил в поставе или на шпинделе, рабочих шпинделей и т.д.

Современные рыночные отношения подталкивают производителей оборудования непрерывно обновлять технические средства, создавать новое, разнообразное и конкурентоспособное оборудование: многоцелевой деревообрабатывающий центр для изготовления деревянных окон различных конструкций модели МДЦ-15; агрегат сверлильно-фрезерный модели АСФ-1;  агрегат для сверления и установки петель модели АСП-1; фрезерный агрегат для обработки базовых канавок и раскладок арочных элементов деревянных конструкций модели АФ-1; станок фрезерный для филенчатых дверей  и мебельных фасадов моделей ФФД-1 и ФФД-2; станок шипорезный для фрезерования зубчатых шипов модели ШС; станок шипорезный модели ШС-6; станок фрезерно-профильный модели СФП-1; станок шипорезный односторонний модели ШОБ-10 и ШОБ-20; станок торцовочный с нижним расположением пилы модели ЦСТ-01; станок для обработки элементов декоративных деревянных решеток модели ДР; станок делительный двухпильный модели ПАРК 052.2.01; станок рейсмусовый односторонний модели СР400; станок долбежный модели СД1; станок заусовочный модели ПАРК 052.1; станок универсальный пильный модели УПС; станок фрезерный модели УФС-1; станок фрезерный модели ФБИ-1 (частота вращения шпинделя 15000 мин-1); станок деревообрабатывающий комбинированный модели К40МШ; станок строгальный четырехсторонний модели С16М-04У; станок ленточнопильный горизонтальный модели ЛГ-40 и ЛГ40-Э; станок ленточнопильный для бревен модели ПЛР-1Г/1200; станок ленточнопильный с магнитостатическими опорами (Брянская ГИТА); станок шлифовальный для обработки профильных погонажных изделий модели ШлПИ и др.

В настоящее время такое оборудование удалось создать только на основе научных идей, исследований и технических достижений, в том числе межотраслевого характера (значения); с учетом мировой патентной практики.

Будущий инженер (магистр) – студент нашего вуза должен осуществлять комплексную информатизацию технической деятельности предприятия любого вида собственности, которая определяет информационную поддержку жизненного цикла изделия (ЖЦИ) и инфраструктуры.

Напомним, что ЖЦИ – совокупность взаимосвязанных процессов (стадий) создания и последовательного изменения состояния от обработки сырья для его изготовления до эксплуатации и утилизации изделия.

К основным стадиям ЖЦИ деревообрабатывающих машин относятся:

- маркетинг, на основании его готовится техническое задание на проектирование;

- проектирование и разработка конструкции. Здесь также присутствует планирование и контроль процессов проектирования, а также разработка технологий обработки и сборки;

- производство машин (закупка материалов и комплектующих изделий, изготовление деталей, узлов и машины в целом; упаковка и хранение);

- продажи, выставки различного уровня;

- эксплуатация (транспортирование, монтаж и ввод в эксплуатацию у заказчика, технологическая помощь и сервисное сопровождение у заказчика, непосредственно эксплуатация заказчиком-потребителем (пользователем) данного изделия, модернизация);

- утилизация с учетом экологических требований в конце полезного срока службы.

Следует отметить, что до недавнего времени первой и последней стадии в содержании ЖЦИ не было.

Повышенное внимание к проблеме инженерно-графической подготовки в техническом образовании за последние 12 лет, прослеживаемое через массу публикаций научно-методического характера, стало реальностью благодаря, в первую очередь, целенаправленной деятельности д.т.н., профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ, организатора конференций по проблемам графической подготовки, председателя НМС Минобрнауки РФ Якунина В.И. [2; 3; 5; 10].

Наш опыт работы в техническом вузе [1; 6-9], конкретные конструкторские раз­работки (в идеальном случае конструкторские разработки на уровне изобрете­ния), доведенные до «металла» и конкретных технологических планировок, дру­гих технических решений, получивших поддержку у производственников, тех­нологов и конструкторов, позволяет нам утверждать следующее: догадка, идея, ведущая к хотя бы малому продвижению в конструировании, невозможна без воображения, конструктивного мышления. Деятельность конструктора не будет иметь выхода в реальное проектирование (работа «на полку»), если он уже на началь­ном этапе не будет иметь отчетливый мысленный образ создаваемой машины, механизма, устройства, и даже простенького, из 2-5 деталей, узелка, над чертежом которых он собирается ра­ботать. Спектр специальностей (направлений) в лесопромышленном комплексе, где требуется развитие пространственного мышления, довольно широк: проек­тирование механизмов, машин, оборудования, многооперационных комплек­сов, технологических потоков (в том числе многоуровневых), полуавтоматиче­ских технологических линий, зданий, сооружений производственного характе­ра, малых архитектурных форм из дерева и его композиций, элементов конст­рукций оконных и входных групп, мебели и т.д. Даже на бытовом уровне че­ловек-водитель определяет свое место в потоке, мысленно проводя горизон­тально-проецирующие прямые по внешним габаритам авто; по картине с левого и правого зеркал (при затемнении заднего стекла или наличии кузова) строит реальную пространственную модель дорожной картины позади. Разрабатывая раскряжевочный агрегат балансирного типа - мысленно представляет положе­ние пильного диска и его ограждения в крайнем верхнем (нерабочем) положе­нии под крышей строительной или ограждающей конструкции.

Зная классификацию поверхностей, конструктор выбирает из них наиболее простые в изготовлении, чтобы, к примеру, избегать неразвертывающихся, тем самым об­легчая взаимоотношения с представителями технологического контроля.

В спектре задач, решаемых конструктором (конструктивные, технологиче­ские, эксплуатационные), все-таки первая считается определяющей.

Инженер, конструктор в первую очередь, должен иметь в виду, что новое не бывает без творчества, творчество не бывает без поисков (многовариантные решения), поиски не бывают без ошибок. Даже возьмем близкие нам примеры из конструкторской деятельности выпускников нашего вуза – УЛТИ (УГЛТУ). Уже в 1959 году в Отрадновском леспромхозе «Свердлеса» была пущена первая в СССР поточная механизированная линия по разделке хлыстов конструкции УЛТИ; в 1960 г. в Бисертском леспромхозе построена агрегатная установка конструкции УЛТИ, сочетающая обрубку сучьев и раскряжевку хлыстов, сор­тировку бревен. Конструкторы (преподаватели и студенты лесоинженерного и лесомеханического факультетов) тех лет самым серьезным образом получали графическое образование в течение четырех семестров на кафедре инженерной графики, закрепляли его далее в двух курсовых проектах по деталям машин и грузоподъемным машинам. Заслуженный изобретатель РФ Шевелев Ю.С. (выпускник-лесомеханик 1962 г.) создал серии гидравлических грейферов для хлыстов, бре­вен, пиломатериалов, технологической щепы; захватов на базе колесных шасси (в т.ч. и модернизированных им дополнительной колесной парой) колесного трактора «Кировец» К-700, ар­мейских канавокопателей; кранов ЛТ-62; ЛТ62А; ЛТ62Б; ЛТ62М; консольно-радиального перегрузчика хлыстов ПХК, полуавтоматических линий ЛО-13С, сбрасывателей БС-2М и ЛТ-81 и т.д. и т.п. И все это создавалось малыми творческими коллективами, где, к примеру, не было специализированных групп сварщиков, гидравликов и других узких специалистов с политехническим образованием.

Один из авторов данного сообщения, заслуженный изобретатель РФ, издал через Минлеспром СССР 4 атласа разработанных впервые устройств для снижения шума оборудования лесопильно-деревообрабатывающих производств. И еще раз утверждаем, что база качественного инженерного образования — графическая составляющая техниче­ских дисциплин.

Виброакустическая школа УГЛТУ (доктора наук Старжинский В.Н., Сан­ников А.А., Сиваков В.П., Черемных Н.Н.) в лесопромышленном комплексе яв­ляется ведущей в РФ. Все они - механики по базовому образованию и, как пра­вило, свои научные идеи доводили до рабочих конструкций сами за чертежной доской. И наоборот, представители отраслевых НИИ, не имеющие за плечами базового механического образования, институтов охраны труда ВЦСПС, передававшие свои идеи для воплощения в конструктивные разработки на «сторону», по нашим многолетним наблюдениям, заметных успехов не имели.

Здесь следует заметить, что среди требований к психологическим особенностям будущей инженерной деятельности для формирования готовности специалиста к проектированию социотехнических систем мы выделяем междисциплинарный характер учебных заданий по дисциплинам кафедры начертательной геометрии и машиностроительного черчения, в частности по машинной (компьютерной) графике. Это является объективной потребностью современного инновационного образования наряду с имеющимися тенденциями – гуманизацией, культуроведческой  социологией, экологизацией и технологизацией оборудования.

Подготовка выпускника – студента кафедры инженерно-графических дисциплин, ориентированного на проектно-конструкторскую деятельность, предполагает особую роль графической подготовки, содержание которой позволит ему при переходе на кафедры «Теория машин и механизмов», «Детали машин» или «Прикладная механика» и дальше на выпускающие кафедры свободно ориентироваться в вопросах анализа и синтеза графических моделей, иметь твердые навыки создания геометрических образов, инженерных объектов на различной наглядной основе, динамично оперировать ими.

Мы считаем, что одно из условий успешного развития креативности студентов – включение интерактивных технологий, к примеру, «работа в парах» - у нас это практически исключено, т.к. каждый работает по своему заданию, и если на математике студент получает правильный ответ – значит решение верное. Мы должны проверить у каждого каждую линию. И тогда этот зрительный образ правильного чертежа, по нашему мнению, врежется в память на длительное время.

Сейчас, в т.ч. и на государственном уровне, много говорится о модерни­зации промышленности на основе отечественных разработок конструкторского и технологического плана. По этой причине мы считаем, что графическая со­ставляющая качества инженерного образования должна быть одной из главных при подготовке специалиста (бакалавра) в техническом вузе.


Библиографическая ссылка

Черемных Н.Н., Арефьева О.Ю. ГРАФИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ КАЧЕСТВА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=24660 (дата обращения: 16.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074