Применение информационных технологий при подготовке инженерных кадров

Сегодняшний этап инновационного развития России характеризуется внедрением мер модернизации экономики, к которым, в частности, относятся повышение энергоэффективности и ресурсосбережения [1], ядерных, космических, медицинских и информационных технологий. Для реализации этих задач необходимо наличие высокопрофессиональных инженерных кадров, способных обеспечить проектирование, изготовление и обеспечения жизненного цикла перспективных технических систем. [2].

Основная задача современной промышленности – создание глобально конкурентоспособной и востребованной (высококачественной и недорогой) продукции нового поколения в предельно короткие сроки. Для успешного решения этой задачи необходимы постоянная генерация, применение, накопление и трансфер новых знаний, создание и развитие наукоемких технологий с последующим их объединением в технологические цепочки нового поколения, разработка наукоемких инноваций и создание современных "цифровых" / "умных" производств. Начинают играть особую роль быстрота профессиональной реакции на вызовы, скорость выполнения НИОКР и оказания высокотехнологичных услуг командами инженеров, обладающих компетенциями, оборудованием и технологиями мирового уровня.

С 2007 г. инженерное образование в РФ по большинству направлений подготовки было переведено на систему многоуровневого обучения. В настоящее время многие технические вузы работают по трехуровневой схеме «бака-лавр-специалист-магистр». Классификация ступеней/уровней обучения студентов инженерно-технических вузов показана в табл.1 [3].

К сожалению, в России уровневая система подготовки до сих пор непонятна абитуриентам и их родителям. Отечественные работодатели также еще не поняли, как бакалавры или магистры могут замещать инженерные должности. Раньше, если человек получал высшее техническое образование, ему присуждалась квалификация инженер и работодатель четко понимал, что с такой квалификацией специалист может занимать инженерные должности. А что делать с бакалаврами и магистрами? Они инженеры или нет?

В соответствии с требованиями образовательных стандартов третьего поколения, подготовка бакалавра предполагает в большей

Таблица 1 – Классификация ступеней/ уровней обучения

1Александр Исаевич Солженицын – Цитаты – степени практико-ориентированную направленность образовательного процесса, обеспечивающую ориентировонность в будущей профессиональной сфере и готовность решать производственные задачи на уровне потребностей современной профессиональной среды.

Самый массовый выпускник технического бакалавриата должен обладать набором профессиональных компетенций, близких к проектированию и производству (к операциям эксплуатации и ремонта) современной продукции соответствующей отрасли. Однако, для этого ему необходимо «выйти из пространства академических знаний в пространство производственной деятельности и жизненных смыслов» [3]. Т.е., получение этих компетенций возможно лишь в непосредственном контакте с производственной средой (с производственными процессами).

С другой стороны, практические знания бакалавра должны базироваться на фундаментальных, общепрофессиональных знаниях и навыках, без которых не возможно квалифицированное выполнение функций профессионала. Такие знания можно получить лишь непосредственно общаясь с аккумулирующей знания университетской образовательной средой.

Наиболее оптимальный подход, обеспечивающий высокий уровень инженерной подготовки во всем техническом секторе высших учебных заведений [3] , на основе взаимосвязи технических знаний, профессиональной компетентности и опыта на стадии обучения – "создание интегрированной системы, базирующейся на сочетании обучения в рамках дневной формы учебы с работой студента на базовом предприятии. Для вузов имеет особое значение возрождение не просто интегрированных систем подготовки инженеров, а воссоздание таких систем обучения, при которых бы предприятия на региональном уровне оказывали непосредственное влияние на содержание и качество инженерной подготовки необходимые выпускникам в будущем. Такие системы обучения должны обладать возможностью для организации непрерывного обучения, поддержания инженерного образования на уровне современных требований" [3].

Таким образом, для обеспечения высокотехнологичных отраслей экономики квалифицированными инженерными кадрами необходимо осуществлять всестороннюю подготовку студентов в особой профессионально ориентированной среде. Основным связующим элементом этой обучающей среды является комплексный подход, объединяющий фундаментальное и профессиональное образование, с использованием в учебном процессе межпредметных связей, принципа единства фундаментальности и профессиональной направленно- сти, научности и др. Ведущая роль в подготовке инженеров (бакалавров и магистров) здесь отводится информационным технологиям, которые бурно внедряются во все сферы общественной жизни. От уровня информационнотехнологического развития и его темпов зависит состояние экономики и качество жизни людей. В сфере образования, в частности, информационные технологии в значительной мере повышают коммуникабельность образовательного процесса, позволяют увеличить объемы и сократить сроки усвоения информации. Информатизация образования интенсивно проводится во многих странах, в разработку и внедрение новых информационных технологий вкладываются большие средства.

В целом информатизация образования предусматривает изменение содержания, методов, организационных форм и технологий обучения, оснащение учебных заведений компьютерной техникой, пересмотр учебнометодического обеспечения образовательных программ, повышение квалификации преподавателей, административных и инженернотехнических кадров. По всем этим направлениям многие вузы уже накопили значительный опыт [4].

На уровне бакалавриата, будущие инженеры получают практические навыки эксплуатации информационных систем, знакомятся с различными компьютерными программами для обеспечения производства в машиностроении, на транспорте, планирования работ в техническом сервисе, прогнозирования потребности в запасных частях и материалах, формирования документации и проведения анализа использования машин и оборудования и др.

Важное значение при обучении придается использованию компьютерной техники для проектирования, расчета и анализа технологий производства машиностроительной продукции, обоснованного выбора наилучших вариантов их построения и технического обеспечения с учетом конкретных природноклиматических, ресурсных и организационных условий их эксплуатации.

Учитывая традиционные особенности российского образования, заключающиеся в широком изучении фундаментальных наук, таких как: математика, механика, физика, а также с целью устранения разрыва между "чистыми" и прикладными науками, важное значение для подготовки инженеров имеет изучение самих систем программирования, построенных на алгоритмических языках 3 – 4 поколений уже на уровне бакалавриата, таких как Delphi (Pascal), Fortran, C++, Matlab/Simulink и др.

В учебном процессе многих вузов получили распространение компьютерные системы для проектирования механических передач и выполнения чертежей с полной поддержкой российских стандартов. Эти системы позволяют создавать сборочные чертежи, спецификации и рабочие чертежи деталей с нанесением необходимых размеров, обозначений, использованием типовых чертежей деталей, заполнением штампа, вводом технических требований, обозначением шероховатости и др. Здесь традиционно применяются пакеты прикладных программ, реализующих двух и трехмерную графику, такие как Компас-3D, AutoCad, SolidWorks и др.

Важно отметить, что перечисленные программы применяются не только для оформления конструкторской и технологической документации, но и являются развитыми препро-цессорными средствами, используемыми для решения широкого класса инженерных задач проектирования и производства машиностроительной продукции путем сквозного использование CAD/CAM/CAE/PDM/PLM технологий [5]. При этом уже на стадии бакалавриата необходимо изучение применения встроенных там процессоров для решения задач механики и гидро- газодинамики (CosmosWorks (Simulation), Floworks (FloSimulation и др.). Применение компьютерной технологии проектирования не только сокращает затраты времени и улучшает качество проектирования, но и является важным фактором развития творческих способностей студентов.

Особое значение приобретает подготовка уже на базе магистратуры инженеров нового типа – инженеров исследователей для машиностроительного комплекса, играющего ключевую роль в ускорении научно-технического прогресса. Развитие работ по созданию перспективных конструкционных материалов, принципиально новых технологий, систем автоматизированного проектирования и конструирования, комплексно-автоматизированных производств нуждается в инженерах, способных выполнять научные исследования и разработки на уровне, превышающем лучшие мировые достижения. Здесь центральное значение отводится изучению компьютерного инжиниринга (Computer-Aided Engineering), для которого характерны такие черты как мультидисци-плинарность и надотраслевой характер – инновационная M3-концепция "MultiDisciplinary & MultiScale / MultiStage & MultiTechnology (MultiCAD & MultiCAE)" [5].

В области компьютерного инжиниринга и виртуального моделирования проблем механики деформируемого твердого тела и механики конструкций, безусловными лидерами являются такие CAE-технологии – программные системы конечно-элементного анализа – как ANSYS, SIMULIA/Abaqus, MSC Software, Altair Engineering, ESI Group, LMS Int., LS-DYNA и

NX CAE (Siemens PLM Software). Для решения задач механики жидкости и газа (Computational Fluid Dynamics,CFD) наиболее широкими возможностями обладают программные системы Fluent, STAR-CD и ANSYS CFX.

Для образовательной среды наиболее адаптированным на сегодня следует признать пакет CAD/CAE AnsysWorkbench, объединяющий большинство перечисленных САЕ систем на базе общих препроцессорных и постпроцессорных САD средств и адаптированный к основным САЕ технологиям, что позволяет обеспечить непрерывную подготовку инженерных кадров по программам бакалавриата – магистратуры и в дальнейшем аспирантуры.

На сегодняшний день широкому внедрению информационных технологий в образовательный процесс препятствуют трудности с обеспечением достаточных машинных ресурсов, особенно при решении мультифизиче-ских21 задач, построенных на имитационных моделях функционирования машин и агрегатов. Проблема разрешается в рамках иерархических принципов построения таких моделей [6], что в полной мере отвечает всем передовым современным трендам, для выполнения НИР и НИОКР будущими выпускниками магистратуры.