10.02.2021

«Жизненный цикл» процесса обучения в НИЯУ МИФИ на базе PLM-системы T-FLEX DOCs

Автор: Щербаков Валерий Викторович, и.о. заведующего кафедрой №34 «Инженерная графика», кандидат технических наук.

Центральным моментом, определяющим современный и будущий облики предприятия, является дальнейшее развертывание работ по внедрению информационных технологий и системного подхода к автоматизации процессов разработки изделий (технологии информационной поддержки изделий – ИПИ). Задача совершенствования системы обучения заключается в разработке учебно-методической базы для обеспечения процесса подготовки специалистов, прежде всего, конструкторов и технологов, работающих в областях применения технологии PLM (Product Lifecycle Management).

Сотрудничество Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и компании «Топ Системы» началось 12 лет назад в рамках программы «Факультет САПР», поддерживающей образовательные организации. За это время университетом были изучены функциональные возможности всей линейки продуктов программного комплекса T-FLEX PLM, которая включает в себя системы конструкторско-технологической подготовки, управления инженерными данными и инженерно-расчетные системы. Все они успешно внедрены в учебные процессы университета. Наиболее активно в своей деятельности продукты комплекса T-FLEX PLM использует кафедра №34 «Инженерная графика». Благодаря этому сегодня на кафедре реализована уникальная система организации процесса обучения.

Для информационной поддержки учебного процесса по курсу «Инженерная и компьютерная графика» в условиях НИЯУ «МИФИ» используются цифровые прототипы научно-производственного предприятия. Учебный процесс организован на базе PLM-платформы T-FLEX DOCs, которая имеет средства управления инженерными данными.

Рис.1 – Здание НИЯУ МИФИ

Методологической основой системы обучения является ИПИ технология.

В системе реализуются следующие основные функции:

• целевая компьютерная подготовка квалифицированных инженерных кадров, владеющих всем комплексом современных технологий автоматизированного проектирования и навыками работы в едином информационном пространстве предприятия (ЕИП);
• мониторинг выполнения практических заданий студентами;
• разработка и постоянное совершенствование учебно-методического комплекса дисциплин, закрепленного за кафедрой;
• планирование и мониторинг состояния работ по развитию кафедры.

В базу данных PDM-системы включается учебно-методический комплекс дисциплин: задания на выполнение практических работ по разработке конструкторской документации, контрольно-измерительные материалы, методические указания студентам, учебные пособия, ГОСТы, видеолекции и другие материалы. Для проверки остаточных знаний сформирован довольно большой банк тестов и заданий по всем темам дисциплины. При этом строится структура, в которой сохраняются результаты работ студентов по годам и семестрам.

В НИЯУ МИФИ путем организации цифровой кафедры, начиная уже с младших курсов, знакомят студентов с Виртуальным конструкторским бюро (ВКБ). В структуру виртуального КБ входят как компьютеры кафедры, так и домашние компьютеры студентов. Студенты могут свободно получать задания на выполнение практических работ, скачивать электронные документы (ГОСТы, учебные пособия, методические указания), видеолекции, передавать на согласование и проверку результаты выполнения заданий, а также записывать в электронный архив разработанную техническую документацию (чертежи, спецификации и т.д.).

Рис.2 – Структура ПТК НИЯУ МИФИ.

Организована коллективная работа преподавателей над совершенствованием учебного процесса, которая включает создание тестовых практических заданий (по безбумажной технологии), видеоматериалов по освоению инструментальных средств твердотельного моделирования, 3D-моделей и конструкторской документации, электронных каталогов нормативной документации для изучения дисциплины (ГОСТ, учебные пособия, методические указания, классификатор ЕСКД).

В университете в режиме online осуществляется мониторинг и проверка выполнения студентами практических заданий на создание 3D-моделей и чертежей изделий. Также благодаря использованию технологии PLM была произведена модернизация учебно-методического комплекса дисциплин кафедры. Были включены в программу обучения видеоуроки, новые индивидуальные задания и проекты. Внедрены в учебный процесс новые методы, средства и технологии, такие как электронный технический документооборот, электронный архив конструкторской документации, технология создания информационной модели изделия, технология коллективной работы в едином информационном пространстве на базе системы управления данными об изделиях (PDM - система).

Следует отметить, что в базе данных можно выделить два раздела. К первому разделу доступ имеют только преподаватели. Он содержит рабочие материалы - новые практические задания, файлы видеолекций, тесты и другие материалы, не предназначенные для доступа студентов. К наполнению папок второго раздела, содержащих результаты выполнения практических работ, предоставлен общий доступ.

Преимуществом предложенного подхода к организации учебных процессов является возможность дистанционного обучения, когда студент самостоятельно осваивает основное содержание дисциплины, а общение с преподавателем организуется в компьютерных классах кафедры. Также данный подход позволяет организовать коллективную работу студентов разных специальностей, находящихся на разных площадках университета.

Использование программно-технического комплекса позволило включить в программу дисциплины раздел «Электронные конструкторские документы», а студентам на практических занятиях создавать электронные конструкторские документы, такие как электронные модели изделий, модели сборочных единиц, структуры изделия (ЭСИ) в соответствии с современными требованиями ГОСТ (ГОСТ 2.051-2006, ГОСТ 2.052-2006, ГОСТ 2.053-2006).

При изучении дисциплины «Инженерная графика» используются методики, которые позволяют студентам, помимо чтения и выполнения конструкторской документации, получить навыки работы с САПР, а именно с твердотельными 3D-моделями, электронной конструкторской документацией в соответствии с ГОСТ и анимацией сборочных единиц изделия.

Студенты изучают технологию создания 3D-моделей и чертежей в системе автоматизированного проектирования T-FLEX CAD. Цель курса — накопить необходимый опыт и получить навыки практического применения современного инструмента проектирования T-FLEX CAD при разработке конструкторской документации в соответствии с ГОСТ. В результате освоения курса слушатели научатся создавать 3D-модели и чертежи в T-FLEX CAD, редактировать объекты чертежа, создавать сборочные единицы, работать с внешними объектами, созданными в других САПР, а также выводить готовые чертежи на печать. По окончании курса обучающиеся смогут реализовывать все свои идеи в собственном проекте в T-FLEX CAD, вплоть до мельчайших деталей. Курс предназначен для студентов, занимающихся конструкторской и проектной работой в области машиностроения.

Рис.3 - Фрагмент структуры папки «Учебные материалы» в базе данных T-FLEX DOCs.

Технологическая база ПТК включает в себя набор программных решений, состоящий из:

• САПР для трехмерного проектирования, конструирования и выпуска конструкторской документации в соответствии с ЕСКД на изделия;
• PLM-системы – решение по управлению жизненным циклом изделий, на базе которого организуется единая рабочая среда, и выполняется управление данными в рамках типового проекта. Рабочая среда является ядром учебной PLM-системы. С ее помощью выполняется управление изделиями и проектами любой сложности; библиотеками стандартных и нормализованных изделий; визуализацией инженерной информации. PLM–система имеет развитые средства интеграции с системами планирования проектов, а также с различными САПР и офисными системами.
• пакетов программных продуктов, наиболее применяемых для осуществления инженерных расчетов и их документирования.

На базе программно-технического комплекса по всем направлениям можно создавать лабораторные практикумы. Включение в ПТК PDM-системы позволяет архивировать результаты работ студентов, хранить курсовые и дипломные работы в течение всего времени обучения. Таким образом, может быть создана история обучения студента с возможностью просмотра конкретных работ по дисциплинам.

Рис.4 - Фрагмент справочника «АРМ Конструктора», в котором содержатся записи об изделиях, созданные студентами в базе данных T-FLEX DOCs.

Созданный на кафедре комплекс позволяет также проводить обучение в виртуальной среде современного научно-производственного предприятия по следующим направлениям:

• управление жизненным циклом изделия (PLM);
• планирование и управление ресурсами предприятия (MRP/MRP II/ERP);
• инженерная графика и конструирование изделий с использованием CAD в соответствии с требованиями ЕСКД;
• организация электронного архива технической документации (ЭАТД) изделий;
• организационная и конструкторско-технологическая подготовка производства;
• планирование и управление производственными ресурсами (MES-системы)
• инженерные расчеты, твердотельное моделирование изделий;
• автоматизация процессов деятельности научно-производственного предприятия (информационное, программное, техническое обеспечение автоматизированных систем предприятия);
• СУБД и языки программирования, технология разработки программного обеспечения автоматизированных систем в соответствии с ЕСПД;
• защита информации в автоматизированных системах;
• электронная цифровая подпись и ее использование в электронном техническом документообороте;
• технология программирования, организация архива программной документации на информационные системы и изделия, содержащие программное обеспечение.

Включение в состав ПТК используемые на предприятиях PDM/PLM-систем (T-FLEX DOCs, Windchill, Search) и САПР (T-FLEX CAD, Creo, SolidWorks, Mentor Graphics, Altium Designer и т.д.) позволит исследовать и решать задачи по их взаимодействию и организации сквозных циклов проектирования изделий и управления проектами. При использовании PLM-системы университет получает инструментальную среду для проведения НИОКР, накопления опыта, проектных решений и знаний в единой интегрированной базе данных, которая может использоваться в новых проектах.

Для того чтобы ускорить адаптацию будущих специалистов к их профессиональной деятельности в условиях современного производства, необходимо создать информационную образовательную среду студента идентичную информационной среде инженера. Концепция PLM-технологий позволяет обеспечить создание и практическое использование учебной виртуальной среды как для отдельной кафедры, так и для университета в целом.

Рис.5 - Отображение структуры изделия в «АРМ конструктора». Пример КД на изделие студента.

В результате обучения в среде виртуального предприятия студент получает опыт работы и практические навыки использования современных информационных технологий и инструментальных средств решения прикладных задач, входящих в компетенции соответствующего направления. Это позволяет сократить разрыв между теоретическими и практическими знаниями выпускника, то есть повысить его профессиональный уровень. Такой подход к обучению должен обеспечить хорошую практическую подготовку студентов, а также обеспечить внедрение освоенных современных технологий и программных средств на предприятиях отрасли с участием студентов и выпускников Университета.

Использование PLM-системы, в которой организована работа в едином информационном пространстве, способствует сближению инженерного образования и машиностроительной практики.

Дополнительно