О внедрении результатов научно-исследовательской работы в образовательный процесс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

О внедрении результатов научно-исследовательской работы в образовательный процесс

Черноусова А. М., Галина Л. В.

Участие в научной или научно-исследовательской работе является одной из важнейших видов деятельности сотрудников профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов вуза.

На кафедре систем автоматизированного производства Оренбургского государственного университета выполняются работы, связанные с разработкой автоматизированных средств оценки эффективности использования высокотехнологичного оборудования в условиях единичного и мелкосерийного производства. Некоторые из полученных результатов исследования представлены в работе [1]. Данная работа проводилась в рамках г/б НИР № 01990000120 «Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления» и при поддержке гранта № 2.1.2/9289 «Исследование механизма и закономерностей перехода от технического задания к техническому предложению на создание гибких производственных ячеек» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)».

Целью работы являлось повышение эффективности использования высокоавтоматизированного производственного оборудования на основе разработки методики и автоматизированных средств оперативной оценки изготавливаемых изделий. Объект исследования - процесс изготовления изделий разной сложности на оборудовании с разным уровнем автоматизации - от отдельных станков типа «Обрабатывающий центр» до гибкой производственной системы с автоматической заменой режущих инструментов. Предмет исследования - оперативная оценка эффективности функционирования оборудования при формировании портфеля заказов предприятия.

Одним из полученных результатов научно-исследовательской работы являлась разработка подсистемы АСТПП экспресс-оценки целесообразности участия предприятия в тендере на новый вид изделий. Программная реализация подсистемы АСТПП осуществлена в среде Delphi 7.0 в виде трех программных средств: «Расчет показателей эффективности при механообработке детали» [2], «Программа для определения требований к изделию в условиях заданной производственной системы» [3], «Программа для экспресс-оценки эффективности производства при изготовлении изделия» [4].

Программа «Расчет показателей эффективности при механообработке детали» предназначена для построения математических моделей методом полного факторного эксперимента и оценки коэффициента загрузки оборудования и срока окупаемости при механообработке деталей. Программное средство «Программа для определения требований к изделию в условиях заданной производственной системы» позволяет рассчитать показатели эффективности производственной системы с различными уровнями автоматизации по математическим моделям, хранящимся в базе данных, и определить параметры технологии, организации работы, обеспечивающие требуемые значения коэффициента загрузки технологического оборудования и срока окупаемости. В программном средстве «Программа для экспресс-оценки эффективности производства при изготовлении изделия» возможна оценка коэффициента загрузки оборудования и срока окупаемости при изготовлении изделия в условиях производственной системы по локальным и укрупненным моделям. Входными данными для программы являются: наименование детали, количество выпускаемых изделий, параметры маршрутно-операционного технологического процесса, а также информация об оборудовании, на котором производится выпуск данной детали.

Методика экспресс-оценки эффективности автоматизированного производства и программный комплекс в качестве автоматизированного средства поддержки принятия решений внедрены в учебный процесс кафедры систем автоматизации производства Оренбургского государственного университета. Они используются при подготовке дипломированных специалистов, обучающихся по специальностям 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230104.65 «Системы автоматизированного проектирования».

С 2011 года на кафедре осуществляется подготовка магистров по направлению 220700.68 «Автоматизация технологических процессов и производств», в учебном процессе которых также планируется применять разработанный программный комплекс, например, при проведении аудиторной и самостоятельной работы в дисциплинах: «Планирование эксперимента», «Информационное обеспечение систем управления».

Использование в образовательном процессе рассмотренных результатов научно-исследовательской работы позволит сформировать элементы ряда компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по направлению подготовки магистров 220700.68 Автоматизация технологических процессов и производств. Основными являются следующие:

а) общекультурные компетенции: способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности; способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения; планирование эксперимент учебный

б) профессиональные компетенции: способность выбирать оптимальные решения при создании продукции, разработке автоматизированных технологий и производств; способность систематизировать и обобщать информацию по формированию и использованию ресурсов предприятия; способность разрабатывать теоретические модели, позволяющие исследовать качество выпускаемой продукции, производственных технологических процессов, средств и систем автоматизации; способность проводить анализ, синтез и оптимизацию процессов управления производством; способность проводить математическое моделирование процессов, оборудования, средств и систем автоматизации с использованием современных технологий проведения научных исследований; способность разрабатывать алгоритмическое и программное обеспечение средств и систем автоматизации и управления.

Дисциплина «Планирование эксперимента» ставит своей целью: подготовить будущих магистров к научно-исследовательской и организационно-управленческой деятельности, связанной с проведением экспериментальных исследований методами планирования экспериментов и обработкой их результатов. Достижение названной цели предполагает решение следующих учебных задач дисциплины: формирование представлений об основных положениях теории планирования эксперимента, получение теоретических знаний и практических навыков по выполнению экспериментальных исследований рассмотренными методами.

В разработанном программном комплексе имеется возможность построения методом полного факторного эксперимента математической модели в виде полинома, учитывающего взаимное влияние параметров,

y =а₀+ ?а_iх_i+?а_iа_jх_iу_j.

На рисунке 1 приведены примеры экранных форм при построении математической модели методом планирования эксперимента. Выполняя лабораторную работу, студенты вводят число входных параметров, число параллельных экспериментов, модель технологического оборудования, а затем в матрицу планирования - значения экспериментальных данных.

При построении модели выполняются следующие этапы.

Проверка воспроизводимости результатов эксперимента производится по критерию Кохрена. Сравнивается расчетное значение дисперсии воспроизводимости с табличным. При выполнении условия производится расчет параметров модели. Если эксперименты не воспроизводимы, то предлагается повторить эксперименты и повторно ввести данные.

Проверка значимости коэффициентов модели производится по критерию Стьюдента. При незначимости коэффициента математической модели его приравнивают к нулю.

Рисунок 1. Примеры экранных форм при построении математической модели методом планирования эксперимента

Проверка адекватности математической модели производится по критерию Фишера. Если рассчитанная математическая модель не адекватна, то предлагается произвести расчет коэффициентов взаимного влияния. Рассчитанные коэффициенты также проверяются на значимость с помощью критерия Стьюдента. Адекватная математическая модель записывается в базу данных математических моделей. Затем осуществляется интерпретация результатов построения модели.

Таким образом, при выполнении лабораторных работ студенты закрепляют теоретические знания, приобретают навыки построения моделей и использования программных средств при решении поставленных задач методами планирования эксперимента.

Дисциплина «Информационное обеспечение систем управления» ставит своей целью: усвоение магистрантами знаний, умений, навыков и компетенций, необходимых для построения и эксплуатации информационного обеспечения систем управления. На примере информационного и программного обеспечения разработанной подсистемы АСТПП студенты изучают основы построения информационной среды предприятия для оперативного формирования портфеля заказов предприятия на основе оценки номенклатуры изделий при изготовлении на имеющемся производственном оборудовании.

Программный комплекс содержит четыре базы данных: «Изделие», в ней хранятся данные о полученных заказах на изделия и самих изделиях; «Документация», представляющая базу данных технологической, конструкторской и другой документации, однозначно определяющей изделие; «Оборудование», включающая данные об оборудовании, имеющемся на предприятии и используемом для обработки изделий; «Модели», содержащая данные о математических моделях изделий, используемых для расчета показателей эффективности. Для организации доступа к таблицам используется СУБД Paradox.

На рисунке 2 приведены примеры экранных форм ввода в базу данных сведений о производственной системе и изделии.

Рисунок 2. Примеры экранных форм ввода в базу данных сведений о производственной системе и изделии

Использование в образовательном процессе рассмотренных результатов научно-исследовательской работы позволит сформировать у студентов:

- элементы общекультурных и профессиональных компетенций;

- навыки научно-исследовательской работы и на их основе углублено и творчески освоить учебный материал основной образовательной программы по направлению подготовки;

- навыки практической реализации теоретических и экспериментальных исследований на основе приобретаемых в учебном процессе знаний, умений, навыков и опыта деятельности.

Список литературы

1. Галина, Л. В. Повышение эффективности автоматизированных производств на основе экспресс-оценки номенклатуры изделий: дис. … канд. техн. наук / Л. В. Галина. - Оренбург, 2011. - 215 с.

2. Галина, Л. В. Расчет показателей эффективности при механообработке изделий: свидетельство о регистрации программного средства № 582 в университетском фонде алгоритмов и программ от 18.06.2010. / Л. В.Галина, Н. Я. Арипов, А. М. Черноусова. - Оренбург, 2010; Свидетельство о регистрации программного средства № 50201001649 во ВНТИЦ от 03.11.2010. - М., 2010. - 3051 Кбайт.

3. Галина, Л. В. Программа для определения требований к изделию для изготовления в условиях заданной производственной системы: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617495 от 13.11.2010. / Л. В. Галина, А. И. Сердюк, Н. Я. Арипов, А. М. Черноусова. - М. : Роспатент, 2010.

4. Галина, Л. В. Программа для экспресс-оценки эффективности производства при изготовлении изделия: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617229 от 29.10.2010. / Л. В. Галина, Н. Я. Арипов, А. М. Черноусова. - М. : Роспатент, 2010.

Размещено на Allbest.ru