Дипломная работа по механике на тему Разработка методического обеспечения процесса подготовки инженера-механика по ремонту станков с ЧПУ с применением технологии цифрового образования

Обработка на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) является одним из основных процессов производства, позволяющих производить сложную продукцию, находящую применение в различных отраслях промышленности. Первые станки ЧПУ были несовместимы друг с другом и перенос программы с одного станка на другой был весьма проблематичен. Для решения этой проблемы компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х разрабатывается универсальный язык программирования G-code. После 1965 года из-за быстрого износа устаревшего инструмента, были разработаны новые материалы для режущего инструмента, что увеличило время его эксплуатации.
В СССР станки с ЧПУ массовое распространение получили в 1980-х годах с разработкой блоков управления «Электроника НЦ-31» (для токарных станков) и 2Р22 (для фрезерных станков). В 1990-х в связи с бурным развитием электроники и массовому внедрению сменных многогранных режущих пластин, станки получают новое развитие.
Современный станок не имеет зубчатой коробки скоростей. Всем управляет сложная электроника, что привело к тому, что к инженерам – механикам, допускающимся к ремонту станков с числовым программным управлением, предъявляются высокие требования к их компетенциям и профессионализму согласно трудовым функциям.
В условиях динамично развивающего высокотехнологического общества и социально-экономического развития нашей страны одним из ответов системы образования на запрос работодателей является идея компетентностно - ориентированного образования. В российской педагогике и психологии в процессе обновления профессионального образования в условиях внедрения компетентностного подхода содержатся в работах В. И. Байденко , Н. А. Гришановой , Э. Ф. Зеера , А. М. Павлова, Сыманюка Э.Э., Б. Оскарссона и др.
После окончания вуза инженер-механик приобретает широкий спектр компетенций, включая знание технических принципов и методов, умение проектировать и разрабатывать различные механические системы, навыки работы с современными технологиями и оборудованием, а также умение анализировать и решать сложные технические задачи. Выпускники инженерных вузов также развивают навыки коммуникации, управления проектами и ресурсами, а также умение работать в коллективе и принимать решения в условиях ограниченного времени и ресурсов .
Если же говорить о трудовых действиях профессиональных стандартов, которые подразумевают набор обязательных действий и задач, которые работник должен выполнять в рамках своей профессии в соответствии с установленными стандартами и требованиями, то эти действия могут включать в себя выполнение определенных процедур, использование определенного оборудования, соблюдение норм безопасности и т. д.
Так, инженер-механик отвечает за проектирование, анализ, тестирование и обслуживание механических систем, машин и оборудования. Он разрабатывает технические решения для улучшения производственных процессов, а также отслеживает соответствие механических систем стандартам безопасности и надежности.
Следовательно, образования, полученного в учебных заведениях, недостаточно для того, чтобы инженер – механик был способен к профессиональной деятельности, связанной с ремонтом станков с ЧПУ. При этом в случае, когда речь идет об инженерном образовании, актуальность приобретают цифровые технологии. Следовательно работа, цель которой - исследование разработки методического обеспечения процесса подготовки инженера-механика по ремонту станков с ЧПУ с применением цифровых технологий образования, является актуальной.
Для достижения поставленной цели в исследовании были сформулированы следующие задачи:
- выполнить анализ источников по цифровым технологиям в образовании и описать особенности цифровых технологий образования применительно к промышленному предприятию;
- дать обзор интерактивных методик обучения применительно к предприятию с оборудованием на программном управлении ;
- проанализировать основные компетенции и навыки инженера-механика в сфере ЧПУ;
- привести рекомендации по практическому внедрению цифровых технологий образования в рабочий процесс инженера-механика;
- разработка методического обеспечения на базе цифровых технологий образовнаия применительно к инженерам – механикам станков с ЧПУ.
Объектом исследования является процесс подготовки инженера-механика по ремонту станков с ЧПУ, а предметом - методическое обеспечение цифровых технологий образования.
Методами исследования послужили методы наблюдения и анализа.
Материалами исследования послужили труды, посвященные профессиональной подготовке инженерных кадров на промышленном предприятии, а также статьи и монографии, посвященные современным цифровым технологиям образования.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть применены в теории обучения инженерных кадров на промышленном предприятии.
Практическая значимость исследования заключается в возможности применения полученных результатов в практике создания методического обеспечения процесса подготовки инженера-механика по ремонту станков с ЧПУ.
Структура исследования состоит из введения, двух глав, заключения и списка используемой литературы.
В нашей стране, как и во всём мире, идёт вытеснение «ручного» умственного труда компьютерным. Следствием является изменение ситуации на рынке труда. Одним из основных требований при приёме на работу становится умение пользоваться компьютером. Такое требование предъявляется, и секретарю, и бухгалтеру, и редактору, и ко всем другим специалистам. Для того чтобы эффективно использовать компьютер, надо иметь практические навыки работы на компьютере, надо уметь владеть эффективными готовыми программами, позволяющими решать очень разные задачи.
Таким образом речь идет о применении цифровых и информационных технологиях. Разберемся в этих понятиях поподробнее.
Цифровые технологии (ЦТ) — это совокупность технологий, основанных на использовании цифровой информации и электронных устройств. Они широко применяются в современном мире для обработки данных, связи, автоматизации процессов и других целей .
В свою очередь, информационные технологии (ИТ) — это область знаний и практических навыков, связанных с использованием компьютерных систем, сетей, программного обеспечения и электронных устройств для сбора, хранения, обработки, передачи и защиты информации. ИТ играют важную роль во многих аспектах нашей жизни, включая коммуникации, бизнес, образование, развлечения и многие другие области. Они помогают автоматизировать процессы, улучшать эффективность работы, обеспечивать доступ к информации и улучшать качество жизни.
Таким образом, цифровые методы будут включать в себя использование цифровых устройств и технологий для обработки информации, такие как цифровая обработка сигналов, цифровая фотография, цифровая аудиозапись и т. д. в то время, как информационные методы подразумевают способы организации, передачи и анализа информации, таким как статистический анализ данных, алгоритмы машинного обучения, информационная безопасность и т. д.
Также следует отметить, что коммуникативные технологии — это совокупность инструментов и методов, используемых для обмена информацией и общения между людьми. Эти технологии включают в себя средства связи (телефоны, интернет и т. д.) и способы передачи информации (мессенджеры, социальные сети и прочее), которые позволяют людям эффективно общаться и взаимодействовать друг с другом.
За последние несколько десятилетий информационные и коммуникационные технологии предоставили обществу широкий спектр новых коммуникационных возможностей. Например, люди могут общаться в режиме реального времени с другими людьми в разных странах, используя такие технологии, как обмен мгновенными сообщениями, передача голоса по IP (VoIP) и видеоконференции. Социальные сети, такие как Facebook, позволяют пользователям со всего мира оставаться на связи и общаться на регулярной основе.
Современные информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) создали «глобальное сообщество», в котором люди могут общаться с другими людьми по всему миру, как если бы они жили по соседству. По этой причине ИКТ часто изучают в контексте того, как современные коммуникационные технологии влияют на общество.

Парадигма и модели работы в современной действительности зависят в первую очередь от ИКТ. Компании и сотрудники вынуждены разбираться в ИКТ для ведения своего бизнеса, а школы и университеты изучают ИКТ для того, чтобы процесс обучения проходил более эффективно.
Так, по данным исследований в памяти остается 75% материала, если ученик вовлечен в активные действия в процессе обучения. Поэтому формировать ключевые компетенции необходимо через компьютерные технологии и ИКТ, функции которых незаменимы в образовательном процессе
Наглядно- образные компоненты мышления играют ведущую роль в запоминании и воспроизведении информации, они особенно важны в научном образовании, когда общее невозможно без частного, а многообразие велико и где можно легко запутаться.
При этом эффективное применение технологии подразумевает:
- Использование технологии как инструмент для исследования, организации, оценки и передачи информации.
- Использование цифровых технологий (компьютеров, КПК, медиаплееров, GPS и т. Д.), Средств связи / сетей и социальных сетей для доступа, управления, интеграции, оценки и создания информации для успешного функционирования в экономике знаний.
- Применение фундаментального понимания этических / правовых вопросов, связанных с доступом и использованием информационных технологий.
Эффективная модель формирования ИКТ умений, когда обучающиеся обучают других – и в режиме занятий, и в режиме работы в малой группе и в режиме индивидуального консультирования, что особенно востребовано в образовании для взрослых . В ходе этого достигаются метапредметные и личностные результаты для всех участников. Учащихся могут строить вместе с учителями различных предметов и их классов отдельные элементы их курсов с ИКТ-поддержкой. Учащиеся могут реализовывать различные сервисные функции, в том числе – обслуживать технику и консультировать пользователей (прежде всего – учителей). Это может войти в их индивидуальное образовательное планирование и портфолио учащихся.
В общем виде на сегодня под понятием ИКТ- компетенция подразумевают способность к практическому применению коммуникационных информационных технологий, обеспечивающих доступ к той или иной информации либо ее поиску, обработке, организации процесса распространения.
Новая стратегия в образовании подразумевает новые тактические действия . Обучающийся самостоятельно добывает знания, инструмент-компьютерные технологии. Преподаватель при этом является менеджером образовательного процесса, медиатор обучения. Цель педагога – создать условия для активизации познавательной деятельности обучающихся.
Под интерактивным контентом обычно понимается контент веб-сайта, который требует активного участия посетителей сайта, а не простого просмотра или прочтения. В обмен на взаимодействие с контентом посетители сайта в режиме реального времени получают доступ к соответствующей гиперинформации.
В течение долгого времени создание интерактивного контента требовало значительных затрат времени, денег и опыта. Это было то, что могли делать только крупные компании с большими бюджетами .
Но сейчас ситуация изменилось и высокая стоимость, как и сложности кодирования больше не стоят на пути создания интерактивного контента с применением облачных технологий.
Проанализируем сущность и основные характеристики облачных технологий для того, чтобы обосновать возможность и целесообразность их применения в образовательном процессе современной школы .
При облачных вычислениях данные постоянно хранятся на виртуальных серверах, расположенных в облаке, а также временно кэшируются на клиентской стороне на компьютерах, ноутбуках, нетбуках, мобильных устройствах и т. п . Если проанализировать весь процесс использования облачных технологий, то следует утверждать, что количественная составляющая участия педагогов участвующих в образовательном процессе с применением этих технологий постоянно растет . Это объясняется тем, что в основе этой технологии лежит простота в использовании, доступность, как педагогам, так и учащимся, возможность коллективной работы, высокая скорость работы, размещение всей информации в облаке, которое предоставлено для всех .
По образовательно -методическим функциям цифровые образовательные ресурсы могут быть разделены та группы, приведенные на рис. 4.
Цифровые образовательные ресурсы, следовательно имеют все характеристики для развития познания учащихся.
ИКТ изменяют процессы преподавания и обучения самым разным дисциплинам, в частности, при подготовке персонала предприятия, добавляя элементы жизненной силы в среду обучения в классе, включая виртуальные среды для этой цели. Новые цифровые ИКТ — это не отдельная технология; это комбинация аппаратного обеспечения, программного обеспечения, мультимедиа и систем доставки. Сегодня ИКТ в образовании охватывают широкий спектр быстро развивающихся технологий, таких как настольные компьютеры, ноутбуки и портативные компьютеры, цифровые камеры, Интернет, облачные вычисления, всемирная паутина, электронные таблицы, учебные пособия, моделирование, электронная почта, локальные сети, Bluetooth, потоковая передача и DVD; и приложения, такие как текстовые процессоры, виртуальная среда, симулятор, цифровые библиотеки, компьютерные конференции, видеоконференции, эмулятор и т. д. ИКТ позволяют создавать цифровые ресурсы, такие как цифровые библиотеки, где студенты, преподаватели и специалисты могут получить доступ к учебным материалам и материал курса из любого места в любое время.
Обращение к примерам из жизни дает преподавателю возможность формировать у обучающихся информационную компетенцию. Суть этого вида компетенции представляет собой процесс освоения учеником современных информационных технологий. На занятиях преподаватель должен обучить учащихся способам работы с информацией, подготавливая ученика к адаптации в информационном пространстве современного мира.
Для развития данного вида умений можно предложить обучающимся практико-ориентированные задачи – задания с практическим содержанием.
Целесообразно использовать аудиовизуальные технологии в процессе обучения различным компетенциям и прикладным задачам бизнеса и профессионального обучения.
Как известно, оборудование с программным управлением — это устройства, которые могут быть контролируемы и управляемы через программное обеспечение. Примеры такого оборудования включают в себя промышленные системы автоматизации, интерактивные умные устройства и робототехнику. Они могут быть настроены и программированы для выполнения различных задач и функций, что делает их гибкими и многофункциональными.
Профессионал, работающий на станках с числовым программным управлением/ computer numerical control (ЧПУ/ CNC), обычно отвечает за создание и настройку программной части оборудования. Следовательно, он должен иметь хорошее понимание работы станков, умение читать и создавать программы управления для них, а также следить за качеством выпускаемой продукции. Важно также умение диагностировать и устранять неполадки в работе станков с ЧПУ.
Программное обеспечение для станков с ЧПУ представляет собой специализированные приложения, которые используются для создания и управления программами, определяющими движение инструментов на станке. Эти программы обычно включают функции планирования маршрута инструмента, определения скорости и глубины резки, а также другие параметры процесса обработки материалов. Они позволяют точно контролировать рабочие процессы и повышают производительность станков с ЧПУ. Программное обеспечение для станков с ЧПУ обычно пишется на специализированных языках программирования, таких как G-код и M-code. Эти языки предназначены для управления движением инструментов и другими операциями на станках с ЧПУ.
Обработка на станках с ЧПУ является одним из основных процессов производства, позволяющих производить сложную продукцию, находящую применение в различных отраслях промышленности. В основе непревзойденной эффективности и точности обработки с ЧПУ лежат коды G и M – важнейшие языки программирования, которыми управляют станки с ЧПУ.
В отличие от общепринятого мнения, G-коды и M-коды играют разные роли в операциях с ЧПУ. G-коды в первую очередь сообщают станку о геометрии резки, тогда как M-коды управляют аппаратными аспектами, такими как включение или выключение шпинделя. Эта тонкая разница имеет решающее значение для понимания всего потенциала обработки с ЧПУ.
Следовательно, профессионал, работающий на станках с ЧПУ, должен иметь цифровую грамотность, иметь навыки программирования, знать коды G и M, а также уметь пользоваться и создавать интерактивный контент.