Подготовка педагогических кадров по стандартам Worldskills: промышленная робототехника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подготовка педагогических кадров по стандартам Worldskills: промышленная робототехника

Минкин Александр Владимирович

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Филиал в г. Елабуга, Елабуга, Россия Доцент кафедры «Математики и прикладной информатики» Кандидат физико-математических наук, доцент

Аннотация

В настоящее время актуальной является проблема подготовки квалифицированных кадров, причем наиболее серьезно эта проблема стоит в образовании. Одинаково серьезно в этой ситуации следует отнестись как к подготовке педагогов, так и учащихся. И одним из подходов к решению задачи повышения квалификации может стать вовлечение участников образовательного процесса в движение WorldSkills. В статье рассматривается практический подход в подготовке педагогов по направлению: промышленная робототехника. Современный педагог обязан быть творческой и компетентностно-развитой личностью, только такой педагог способен подготовить выпускников, готовых к решению профессиональных и жизненных задач. Автором показана суть задачи программы повышения квалификации, которая заключается в подготовке педагога к сдаче демонстрационного экзамена. Такой способ позволяет на практике и в кратчайшие сроки познакомить с современными мировыми стандартами применяемые на производстве, расширить спектр использования современного программного обеспечения. Подготовка и обучение педагогов по стандартам WS, является лучшим способом демонстрации высоких мировых стандартов, к которым нужно готовить учащихся, а значит и самих педагогов, повышать уровень их профессиональных компетенций.

Мировые стандарты входят в практику производственных процессов, появляются новые технологии производства и оборудование, происходит изменение условий труда. Для того, чтобы сократить разрыв не только теоретических, но и практических знаний, необходимо менять организацию образовательного процесса. Но в первую очередь, это касается, самого педагога, который должен соответственно быть готовым принять современные инновационные методы и технологии с целью повышения своих профессиональных качеств.

Ключевые слова: WorldSkills; профессиональное мастерство; качество подготовки; профессиональные компетенции; промышленная робототехника; симуляторы; демонстрационный экзамен

Minkin Aleksander Vladimirovich

Kazan (Volga Region) Federal University Elabuga Institute (branch), Elabuga, Russia

Введение

подготовка педагогический кадры

Развитие современного образования неразрывно связано с развитием экономики и теми требованиями, которые она предъявляет к качеству профессиональной подготовки специалистов. Поэтому особое внимание следует уделить и подготовке педагогических кадров, повышению их уровня квалификации, знакомству с современным оборудованием и методикой работы с ним. Педагог в XXI веке должен быстро адаптироваться к изменениям, которые происходят не только в системе образования (например, массовое введение дистанционного обучения), но и прежде всего в технологиях, которые становятся более совершенны и открывают новые пути для развития творческого потенциала. Современный педагог обязан быть творческой и компетентностно-развитой личностью, только такой педагог способен подготовить выпускников, готовых к решению профессиональных и жизненных задач. Такие выпускники будут обладать не только качественными знаниями, умениями и навыками, но и владеть общими и профессиональными компетенциями [1].

Реформы профессионального образования, которые проводятся в настоящее время, в системе подготовки специалистов, в первую очередь направлены на решение таких проблем, как адаптация выпускников к изменениям в обществе, использование современных технологий на производстве, подготовка и проведение анализа собственной профессиональной деятельности. Важной задачей является возвращение интереса к рабочим профессиям и к учебно-образовательной деятельности в целом. Поэтому главной целью модернизации образования должно стать формирование современного научно-образовательного пространства, ориентированного на повышение качества обучения, престижности рабочих профессий и конкурентоспособности выпускников. Как отмечено в работе [2], познавательный интерес, формируемый под влиянием родителей, педагогов, средств массовой информации, художественной и научно-популярной литературы, играет важную роль и может помочь преподавателю в повышении уровня мотивации учебной и творческой деятельности обучающихся.

Однако, следует заметить, что достижение таких целей современного образования (как развитие общих и профессиональных компетенций) можно реализовать и через участие в движении WorldSkills (WS) [3; 4]. WS -- это международная некоммерческая ассоциация, целью которой является повышение статуса и стандартов профессиональной подготовки и квалификации по всему миру, популяризация рабочих профессий через проведение международных соревнований по всему миру.

В России существует WS Russia -- организация, которая среди основных своих целей ставит внедрение новых стандартов рабочих профессий, совершенствование экзаменационной системы в среднем профессиональном и высшем образовании [5; 6]. Стандарты WS можно использовать для независимой оценки качества подготовки специалистов (педагогов). Рассмотрим это на примере программы повышения квалификации преподавателей по направлению «промышленная робототехника».

Программа повышения квалификации называется «Практика и методика реализации образовательных программ среднего профессионального образования с учетом компетенции WorldSkills» и располагается на сайте академии WS. На сайте академии можно выбрать любую подходящую компетенцию. Для всех компетенций есть цель и задачи, которые обозначены в программе, и которые в ходе освоения программы слушатели изучат. Основная роль в программе отводится практическим занятиям, которые сопровождают все 5 модулей этой компетенции. Сама программа подготовки по направлению «промышленная робототехника» ближе всего совпадает с программой подготовки специалистов направления 15.02.02 «Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства».

Анализ проводился по материалам из открытых источников информации, публикаций на сайтах образовательных организаций.

Методология

Основная задача программы повышения квалификации заключается в подготовке педагога к сдаче демонстрационного экзамена (ДЭ). Программа ДЭ по компетенции «промышленная робототехника» состоит из 5 модулей:

1. «Полуавтоматическая сварка».

2. «Фрезерная обработка».

3. «Загрузка-выгрузка станка».

4. «Работа с автоматическими линиями».

5. «Контактная сварка».

Программа ДЭ предполагает использование активных форм обучения и наряду с традиционным подходом, когда основной материал излагается педагогом, здесь используется подход, мотивирующий обучающегося к самостоятельному, и творческому освоению учебного материала [7-15].

Таким образом, для изучения уровня профессиональной подготовки, необходимо проанализировать и этапы формирования профессиональных компетенций:

* совершенствование содержания образования для подготовки к участию в ДЭ;

* внедрение новых информационных технологий в образовательный процесс;

* использование активных методов обучения.

Программа повышения квалификации в компетенции «промышленная робототехника» реализуется на базе «Московского государственного образовательного комплекса». Обычно группа на обучение по компетенции составляет 5-6 человек. Задания, которые необходимо решить участникам на ДЭ являются более упрощенной формой заданий, которые предлагаются на чемпионате WS. Из особенностей подготовки следует отметить, что обучение может проводиться в дистанционном формате. Для этого участников знакомят с таким программным обеспечением, как SprutCAM, PowerMILL, ROBOGUIDE и KUKA.SIM PRO, а в качестве платформы для трансляции обучения выбирается Zoom, Microsoft Teams или любой другой сервис для онлайн обучения.

Результат

Во время обучения педагоги последовательно знакомятся с каждым модулем и изучают особенности выполнения работ по подготовке, настройки и проверке оборудования. В ситуации, когда обучение проходит онлайн, у участников нет возможности непосредственно проводить монтаж и пуско-наладку оборудования. Однако, все программные продукты позволяют проводить конфигурирование промышленного робота. Это значит, что робот может выполнять задачи по паллетированию, сварке, фрезерованию, загрузке и выгрузке в станок. В основном каждая конфигурация связана с заданием модуля ДЭ. И создание такой конфигурации может проводится в одном прикладном пакете. Например, в Roboguide (рис. 1) педагог может создать конфигурацию робота для решения задания по модулю «полуавтоматическая сварка».

Рисунок 1. Рабочее окно программы Roboguide (рисунок автора)

Настроить точку tool center point, найти координаты базы, загрузить модели для сварки. Выполнив задание по данному модулю, можно перейти к модулю «контактная сварка». Несмотря на то, что этот модуль тоже касается сварки, от педагога требуется вновь провести переконфигурирование оборудования с повторением выше описанных шагов, т. к. основной инструмент, используемый в этом модуле имеет совершенно другие характеристики и параметры. Справедливо можно заметить, что аналогичная ситуация с оборудованием будет, если педагог использует программное обеспечение и KUKA.SIM PRO (рис. 2). Различие состоит в интерфейсе и в удобстве его использования. Точно также можно настроить и сконфигурировать робота и для выполнения заданий по модулям «загрузка-выгрузка станка» и «работа с автоматическими линиями». Т. е. данные пакеты позволяют сконфигурировать оборудование для решения заданий по четырем модулям, т. к. включают в себя все необходимые элементы. Из личного опыта, можно отметить, что настройка и работа в программе Roboguide выполняется более просто и эффективно. Возможно, в пользу этой программы следует отнести так же и тот факт, что программирование робота осуществляется с интерактивного пульта, который в точности повторяет физический пульт робота. Отметим, что для KUKA.SIM PRO такая возможность тоже существует, но требует отдельной лицензии и она не входит в стандартную поставку программного продукта, поэтому написание программы, настройка и конфигурирование оборудования на компьютере отличается от выполнения тех же операций на физическом пульте.

Специфическая настройка и конфигурирование робота требуется по модулю «фрезерная обработка».

Рисунок 2. Рабочее окно программы KUKA.SIMPRO (рисунок автора)

Здесь также, как и в предыдущих модулях участнику необходимо провести пуско-наладочные работы роботизированного фрезерного станка. Выпишем подробно все пункты, которые необходимо пройти при проведении пуско-наладочных работ, с кратким пояснением:

1. Выполнение монтажных работ. Участник должен установить и подключить шпиндель на фланце робота и зажать заготовку в станочных тисках.

2. Включение оборудования. Окончание монтажных работ.

3. Конфигурирование входов/выходов промышленного робота, проверка функционирования системы.

4. Ввод в эксплуатацию промышленного робота.

5. Написание тестовой программы «SpindelTest» для управления шпинделем.

6. Работа с CAM системой.

7. Запуск программы для фрезерной обработки;

8. Сохранение образа и резервной копии настроенной роботизированной ячейки.

Первоначально оборудование находится в следующем состоянии:

• Система безопасности робота полностью настроена и подключена.

• Оборудование разложено на столе поэлементно, станочные тиски закреплены на столе.

Робот стоит в учебной ячейке, силовой и информационный кабель между контроллером робота и промышленным роботом подключены. Пульт промышленного робота также подключен.

Робот выведен в положение для монтажа (заранее создана программа Home_mill, которая перемещает промышленного робота в начальное состояние, удобное для монтажа).

Следующие параметры сброшены на начальные значения: дополнительные нагрузки на оси робота, данные калибровки инструментов, масса и центр тяжести инструмента, данные калибровки системы координат пользователя, конфигурации входов/выходов робота, удалены все программы кроме «Home_mill».

• Входы/выхода промышленного робота не сконфигурированы. Сигналы от щита управления шпинделем не подключены к системе управления промышленным роботом. Названия сигналов не прописаны. Частотный преобразователь и промышленный логический контроллер сконфигурированы. Заранее написана программа перевода значения частоты вращения шпинделя «Frequency» в двоичный код.

• На ноутбуке установлена CAM система с готовым постпроцессором. 3D модель детали лежит в папке на рабочем столе.

• Вся необходимая документация (технические описания, инструкции по сборке, пневматические и электрические принципиальные схемы, фотографии) находятся в папках Datasheet и CircuitDiagrams на ноутбуке соответственно.

Однако, для дистанционного формата проведения ДЭ все физические настройки не могут быть выполнены, поэтому участнику необходимо провести программную подготовку. Как видно, в этом модуле педагогу надо настроить робота для фрезерования заготовки и изготовления некоторой эталонной модели, а для этого используется специализированный программный продукт, например такой как: PowerMILL или SprutCAM (рис. 3).

Вообще использование программного обеспечения на ДЭ носит точно такой же характер, как и на чемпионате WS, т. е. он строго регламентируется и нельзя использовать любое приложение, что очевидно связано с созданием одинаковых условий выполнения задания для всех участников.

Это же относится и к «железу», спецификация оборудования четко прописана и хотя бренд производителя нигде не указан, его можно еще заранее определить и до начала экзамена, т. к. об этом сообщают или сами организаторы или участники, которые путем сопоставления из официальных источников основных производителей могут это определить.

Рисунок 3. Рабочее окно программы SprutCAM (рисунок автора)