Модернизация подготовки кадров для авиационной отрасли

Автор: Шахматов Евгений Владимирович, Комаров Валерий Андреевич

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 1-5 т.16, 2014 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается проблема кадров для самолетостроения. На основе опыта СГАУ предлагаются направления, методы и средства модернизации подготовки специалистов для отрасли.

Авиационная отрасль, кадры, подготовка, модернизация

Короткий адрес: https://sciup.org/148203005

IDR: 148203005

Текст научной статьи Модернизация подготовки кадров для авиационной отрасли

работ с принципиальной новизной, особенно по весовому проектированию летательных аппаратов.

CALS/ИПИ технологии. В конце 90-х годов стало ясно, что за этот период было допущено серьезное отставание в новом научном направлении, связанном с компьютерной поддержкой жизненного цикла продукции, в так называемых CALS-технологиях. В русскоязычной нотации их принято называть информационная поддержка изделий – ИПИ-технологии. В 2001 г. в университете был создан Региональный учебно-научный центр по CALS/ИПИ-технологиям. Одними из первых шагов в развитии Центра были экстренная подготовка специалистов из собственного персонала в этой принципиально новой области использования информационных технологий, а также пропаганда новых идей среди персонала всех уровней аэрокосмического кластера Самарского региона. Здесь следует отметить с благодарностью существенную помощь, которую оказал университету СТАНКИН. Вскоре после организации Центр начал переподготовку специалистов из промышленности по ИПИ-технологиям. В 2001-2003 гг. было переподготовлено более 100 специалистов из промышленности.

Следующим серьезным шагом в деле модернизации подготовки кадров для аэрокосмической отрасли было открытие в СГАУ в 2004 г. в порядке эксперимента новой специальности – «Автоматизированное управление жизненным циклом продукции». Оригинальный учебный план, разработанный в СГАУ, преследует две цели. Первая – подготовить специалистов, способных внедрять новые программные продукты в области CALS/ИПИ-технологий и обучать специалистов предприятий. Вторая – эффективно работать по использованию новых программных продуктов в различных подразделениях предприятий, соответствующих различным этапам жизненного цикла продукции. С этой целью учебный план был насыщен достаточно большим объемом инженерных дисциплин, которые позволяют молодым специалистам не бояться начинать работать на любом этапе жизненного цикла. Представление о соответствующих наборах дисциплин дают табл. 1 и 2.

Таблица 1. Дисциплины по CALS/ИПИ-технологиям

Дисциплина

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

1

Основной курс информатики

2

3

2

Компьютерная графика

2

2

3

Программирование и основы алгоритмизации

4

4

Вычислительные машины, системы и сети

5

5

Теоретические основы САПР

3

6

Моделирование процессов ЖЦП

4

7

Методы и средства хранения и защиты информации

4

8

Автоматизация управления ЖЦП

2

3

9

Онтология производственной сферы

3

10

Проектирование ЕИП виртуальных предприятий

3

11

Интегрированная логистическая поддержка продукции

3

12

Автоматизация проектирования изделий

3

13

Проектирование и совершенствование структур и процессов промышленных предприятий

4

Таблица 2. Дисциплины инженерной подготовки

Дисциплина

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

1

Введение в специальность

2

2

Прикладная механика

3

3

Детали машин и основы конструирования

5

1

4

Основы научных исследований

3

3

5

Общая электротехника и электроника

5

5

6

Аэрогидродинамика

3

2

1

7

Механика транспортных средств

2

3

8

Теория автоматического управления

4

6

9

Системы оборудования АКТ

2

3

10

Конструирование и проектирование АКТ

5

1

11

Диагностика и надежность автоматизированных систем

3

12

Моделирование процессов ЖЦП

4

Правильность выбранного курса подтвердили запросы предприятий. Весной 2008 г. предприятие «ЦСКБ-Прогресс» в порядке диверсификации продукции начало рабочее проектирование самолета местных линий «Рысачок». Проектирование было решено вести только в цифровом виде. Для этого потребовалось пополнение предприятия кадрами, способными работать в новых технологиях, и массовая переподготовка имеющихся специалистов. Предприятие обратилось с соответствующей просьбой к руководству университета и непосредственно к студентам. Интересно отметить, что в первую очередь откликнулись на этот призыв студенты 3 и 4 курсов именно новой экспериментальной специальности. Была организована необходимая дополнительная подготовка, решены организационные вопросы по уплотнению расписания и уже через месяц контингент студентов, доходивший до 70 человек, был оформлен на работу на предприятии. От начала рабочего проектирования до первого полета самолета в конце декабря 2010 г. прошло менее 3 лет. Доля студентов в разработке документации в цифровом виде оценивается специалистами предприятия в 25-30% (рис. 1). Все студенты, принимавшие участие в создании самолета «Рысачок», защитили дипломные проекты по реальной тематике и уже практически внедренные. Но самый существенный результат этого эксперимента состоит в том, что внедрение в подразделения предприятия молодых, специально подготовленных специалистов по CALS/ИПИ-технологиям, позволило существенно ускорить переход на новые информационные технологии всего предприятия в целом.

Подготовка конструкторов. Несмотря на большой опыт и традиции в подготовке конструкторов для авиационной промышленности, в настоящее время эта работа сталкивается с новыми проблемами и большими трудностями:

Рис. 3. Электронная модель самолета «Рысачок»

  •    За перестроечные 90-е годы резко упал престиж профессии конструктора.

  •    Реформирование школьного образования привело к тому, что резко упало качество подготовки по физике, более того, большое число потенциальных и способных абитуриентов вообще не могут поступить на самолетостроение, так как не сдают ЕГЭ по физике.

  •    Образ жизни, особенно горожан, изменился таким образом, что даже юноши, в большинстве своем, не имеют никаких навыков ручного труда, поэтому и нет никакой интуитивной базы для того, чтобы в дальнейшем понимать, как деформируется и разрушается материал и элементы конструкций.

  •    И, наконец, на начало нулевых годов пришло время перехода на тотальное использование цифровых технологий в проектировании и производстве самолетов. Одновременно с этим в большинстве вузов начался переход от традиционной подготовки инженеров как «специалистов» к ступенчатой системе «бакалавр» - «магистр».

  •    К этому добавилось существенное сокращение аудиторных занятий со студентами.

Все перечисленное – фактически вызовы времени, которые заставляют искать новые пути в подготовке специалистов.

Компьютерная подготовка. В этой области молодые люди оказываются во многих случаях довольно хорошо подготовленными уже к первому курсу и с удовольствием развиваются в этой области. Главная задача преподавателей вузов – не держаться за старые технологии проектирования с карандашом в руках, а оперативно переходить на новые информационные технологии и готовить выпускников к свободному владению CAD/CAM/CAE/PLM-системами. Здесь, на наш взгляд, нужно обязательно привить вкус к работе с математическими моделями «от простого к сложному» для того, чтобы будущий конструктор мог делать сначала оценки и чувствовать величину цифр, уметь делать на простых моделях проверку равновесия и т.п.

Для развития инженерной интуиции в СГАУ разработана система инженерных тренажеров, которые работают по оригинальному сценарию. Студент получает задание, например, на проектирование силового шпангоута под определенную нагрузку. Далее последовательно выполняются следующие действия: студент предлагает силовую схему из интуитивных соображений; проводит расчет НДС этой конструкции и оптимизацию распределения материала; по особому критерию оценивает весовую эффективность этой конструкции; по специальной методике оценивает предел весового совершенства этой конструкции; делает новые попытки по улучшению силовой схемы; и, только на заключительном этапе, получает доступ к специальной программе, которая в автоматизированном режиме решает эту задачу и показывает оптимальную силовую схему. Если студенту дать возможность сразу получить оптимальную конструкцию без перечисленных обучающих этапов, то никакого обучающего эффекта от выполнения задания не получается: «машина сосчитала и точка!» В практике СГАУ работе со шпангоутами предшествует аналогичная работа по оптимизации структур ферменных конструкций. Во всех этих тренирующих системах особое внимание уделяется визуализации поведения конструкции, строятся картины деформированного состояния, наряду с цветографическим представлением о напряженном состоянии обязательно строятся в векторной форме картины главных напряжений и соответствующих потоков усилий. Используется специально разработанный аппарат визуализации коэффициентов чувствительности. В последнее время в подготовке конструкторов стала использоваться принципиально новая математическая оптимизационная модель – тело переменной плотности, которая с успехом применяется как к проектированию силовых схем крупноразмерных агрегатов, таких как крыло (рис. 2), так и к проектированию не менее важных, но очень трудных в проектировании, разного рода стыковочных узлов для передачи больших сосредоточенных усилий (рис. 3).

Что касается подготовки конструкторов к работе в едином информационном пространстве предприятия, то здесь следует максимально использовать опыт, накопленный при подготовке специалистов по автоматизированному управлению жизненным циклом продукции. Студенты должны быть подготовленными к работе в системе нисходящего проектирования, когда вначале создается мастер-геометрия, которая описывает внешние обводы, а далее идут компоновочные модели, силовые схемы с соответствующим цифровым описанием. Опыт массового привлечения студентов к проектной и производственной работе на предприятии по созданию самолета «Рысачок» показал, что в современных условиях это один из наиболее эффективных путей решения многих проблем, которые стоят при подготовке специалистов для авиастроения.

в)

Рис. 2. Распределение материала (а), усилия в теоретически оптимальном крыле (КЭМ-1) (б) и результат проектирования (в)

Другой эффективный вариант привлечения студентов старших курсов к профессиональной деятельности – участие в выполнении НИР и ОКР по договорам вуза с предприятиями.

Рис. 3. Оптимизация узла навески интерцептора

Определенные вопросы возникают, на каких компьютерных системах учить студентов. Здесь много альтернативных вариантов. Определенные преимущества есть у отечественных разработок фирмы АСКОН: приемлемые цены, доступность учебных версий, максимальный учет отечественных стандартов и т.п. С другой стороны, предприятия хотят видеть в лице выпускников университетов носителей знаний и умений работы с самыми современными системами, таким как CATIA, UNIGRAPHICS, NASTRAN, ANSYS. Всему научить, конечно, невозможно. Однако опыт СГАУ показывает, что после обучения в базовых CAD/CAE-системах CATIA V5 и NASTRAN студенты и выпускники в короткие сроки переучиваются работе, например, в системе Pro-E и ANSYS и т.п. Но обучение в одной из «тяжелых систем» должно быть обязательно.

Переподготовка специалистов. На ряде предприятий авиационной отрасли в настоящее время среди молодых сотрудников довольно много специалистов с высшим, но непрофиль- ным образованием. При проведении курсов по работе, например, с CAD-системами приходится порой сталкиваться с тем, что у слушателей нет знаний даже основных терминов: стрингер, фитинг и т.п. В связи с этим, в СГАУ в сотрудничестве с филиалами ОАО «Туполев», ОАО НИК и рядом других заинтересованных предприятий разработаны специальные программы подготовки по базовым авиационным дисциплинам от 180 до 600 часов. В частности, в 2010 г. без отрыва от производственной деятельности были переподготовлены более 40 сотрудников Ульяновского филиала ОАО «Туполев». Однако в перспективе и, особенно с учетом возрастающего количества выпускников бакалавриата, целесообразно направление молодых сотрудников предприятий со степенью бакалавра на очную учебу в магистратуру профильного университета, каким, например, является СГАУ, для очного обучения по авиационным дисциплинам с максимальным использованием материальной базы по конструкциям, по аэродинамике, с ис- пользованием специальных тренажеров. На наш взгляд конкурентоспособную продукцию могут создавать коллективы укомплектованные специалистами со знаниями, как фундаментальных дисциплин, так и прикладных. В качестве примера можно привести работу, которую сейчас ведет СГАУ совместно с ЗАО «АэроКомпозит-Ульяновск» по созданию оснастки для произ- струкций с использованием инфузийных технологий. Правильное проектирование такой оснастки требует знаний основ строительной механики, свойств традиционных и нетрадиционных материалов, умение решать сложнейшие термоупругие задачи в среде такой мощной системы, как ANSYS (рис. 4). Без солидного образования такие задачи решать просто невозможно.

водства крупноразмерных углепластиковых кон-

Рис. 4. Оснастка для изготовления панелей из конструкционных материалов

Разработка и внедрение новых конструкционных материалов, в частности слоистых композитов, термопластов с пространственным армированием и т.п., развивается в настоящее время настолько быстро, что возникает необходимость систематической переподготовки специалистов в данной области в ведущих научных центрах. В частности, в июне 2014 г. в СГАУ по просьбе Объединенной Авиастроительной Корпорации проведен научно-практический семинар «Проектирование и расчет на прочность конструкций из композиционных материалов». В качестве лекторов на семинар были дополнительно приглашены ведущие специалисты из Санкт-Петербурга и Казани. Большое внимание на семинаре было уделено проведению демонстрационных испытаний материалов и элементов конструкции, решению задач с использованием высокопроизводительной вычислительной техники и индивидуальным консультациям специалистов предприятий. При подведении итогов работы семинара участники высказались за целесообразность ежегодного проведения таких семинаров.

Выводы: проектирование и производство конкурентоспособной авиационной продукции невозможно без соответствующего кадрового обеспечения. Авиационный специалист должен обладать знаниями фундаментальных физикоматематических дисциплин, должен быть подготовлен к работе в едином информационном пространстве предприятия и иметь представление о работе в CAD/CAM/CAE/PLM-системах высокого уровня. Студентам старших курсов необходимо предоставлять возможность для производственной работы по реальной тематике либо на предприятиях, либо в исследовательской работе в стенах вуза. Целесообразно создавать инженерный вариант «системы физтеха». Подготовка авиационных специалистов требует больших материальных вложений, и поэтому ее целесообразно вести в профильных университетах. При переходе на двухступенчатую систему подготовки кадров магистерская подготовка должна быть сосредоточена в высоко рейтинговых исследовательских университетах. Переподготовка специалистов должна носить регулярный, системный характер.

TRAINING MODERNIZATION FOR AVIATION INDUSTRY

Статья научная