Мебель – это интересно! Промышленные технологии автоматизации в средней школе

Положительная динамика развития промышленности в стране неизбежно ставит вопрос пополнения предприятий квалифицированными кадрами, в том числе конструкторами и технологами. Помимо профессиональных качеств, обязательным требованием к ним является уверенное владение современными системами автоматизированного проектирования (САПР), использование которых стало практически повсеместным. Это необходимое условие выживания любого предприятия в рыночной экономике.

Комментарий «УГ»Павел Юрьевич БУНАКОВ родился в Коломне, окончил Московский институт электронного машиностроения. После окончания вуза пришел в Конструкторское бюро машиностроения, где проработал почти 10 лет. В 2006 году защитил кандидатскую диссертацию по направлению «Автоматизация проектирования мебельных изделий». Доцент Коломенского института (филиала Московского государственного открытого университета), ведущий специалист ООО «Базис-Центр».

Полностью публикация приведена в формате PDF:Скачать/Просмотреть(Для просмотра необходима программа Adobe Reader или ее произвольный аналог).

Современный уровень внедрения САПР в нашей стране характеризуется переходом от так называемой локальной (или «лоскутной») автоматизации к комплексной. В первом случае автоматизированные рабочие места организовывались в отдельных подразделениях предприятия: в конструкторском отделе, у технологов, в отделе материально-технического снабжения и так далее. Это, безусловно, имело положительный результат – повысились производительность труда и качество выполняемых работ, они стали выполняться быстрее и с меньшим количеством ошибок.

Однако скоро стало очевидным, что такой подход не позволяет достичь каких-либо радикальных изменений. Причина проста: отсутствие информационных связей между подразделениями, или, как принято говорить, единого информационного пространства. Это приводит к дублированию информации и работ, дополнительным согласованиям, увеличению количества ошибок, вызванных человеческим фактором.

Допустим, предприятие выпускает мебель. Новую модель сначала придумывает дизайнер, затем прорабатывает конструктор, технолог решает, как ее изготовить, бухгалтер рассчитывает себестоимость и тому подобное. Но все они работают над одним и тем же изделием, только у каждого из них свое представление о нем, своя математическая модель. Проблемы возникают тогда, когда эту модель надо перевести из одного представления в другое. Например, конструктор использовал такие материалы, которые в настоящее время невозможно приобрести, или разработал такую конструкцию, которую нельзя изготовить на имеющихся станках.

Комплексная автоматизация предполагает единую математическую модель изделия, просто каждый специалист использует ту ее часть, которая относится к его компетенции. В результате отмеченные выше проблемы исчезают или решаются на самых ранних этапах проектирования. Принципы, в соответствии с которыми разрабатываются программы для автоматизации всех этапов жизненного цикла изделия, получили название CALS-технологии.

Особенность методики внедрения, принципов построения и функционирования САПР – инвариантность по отношению к отраслям промышленности. Другими словами, понимая общетеоретические вопросы автоматизации и научившись уверенно работать в одной из систем, можно с минимальными затратами адаптироваться на любом предприятии. В конечном итоге, какие бы широкие возможности не имела та или иная САПР, ее успешное внедрение и эксплуатация зависят только от людей.

Автоматизация промышленности неизбежно требует включения соответствующих курсов в программы вузов и ссузов. Этот процесс идет очень активно, тем более что все ведущие разработчики САПР оказывают им всемерную поддержку: от предоставления программ по специальным ценам до обучения преподавателей.

Но начинать надо раньше. Первое знакомство учащихся с современными информационными технологиями проектирования и подготовки производства должно происходить еще в средней школе. К сожалению, в настоящее время этого либо нет вообще, либо в лучшем случае школьников знакомят с основами автоматизированного черчения, что далеко не одно и то же. Получение чертежей – это завершающий этап проектирования, причем этап рутинный, нетворческий, который в большинстве современных САПР автоматизирован.

Страна с растущей экономикой испытывает недостаток именно технических специалистов, а соответствующие курсы в школах неуклонно сокращаются. Один из путей ранней профессиональной ориентации школьников на получение технического образования в условиях недостатка учебных часов – изменение сложившихся подходов и предметной области в преподавании технологий.

Традиционно знакомство школьников с автоматизированными технологиями происходит либо на уроках черчения, либо на специализированных занятиях или факультативах. Столь же традиционно в качестве предметной области используется машиностроение. Но многие ли школьники могут объяснить, что такое, например, «стойка» или «амортизатор», для чего предназначена «губка прижимная» и какова технология ее изготовления? А как продемонстрировать узел, частью которого они являются, или тем более показать назначение и роль в нем данных деталей?

В результате автоматизация проектирования сводится к частной и рутинной по своей сути задаче – автоматизации черчения. И как результат – потеря интереса со стороны учащихся к данной теме и поверхностное представление о промышленных ИКТ. О какой мотивации к получению технического образования и работе в сфере материального производства может идти речь?

Одним из путей повышения интереса школьников к проектированию может стать внесение творческого начала в процесс обучения. Сделать это можно, если перейти в учебном процессе от машиностроения к проектированию мебели. Этому есть, как минимум, семь причин:

1. Мебель – инженерно-художественное изделие, то есть в процессе ее проектирования одинаково важное значение имеют техническая и художественная составляющие.

2. Мебель окружает школьника везде: дома, в школе, на концерте, в спортивной секции и так далее, поэтому не возникает необходимости объяснять ее назначение, а посмотреть, как она устроена, не представляет никакого труда.

3. Мебель можно проектировать самостоятельно, и это касается как конуры для собаки, так и собственного уголка в квартире. Технологию же проектирования и изготовления мебельных изделий можно легко переложить на язык, понятный ученикам средней школы.

4. Работа с мебелью позволяет внести в процесс обучения детей элементы соревнования, например, можно организовать конкурс на самое красивое изделие или самого экономного технолога.

5. Процесс проектирования мебели, с одной стороны, демонстрирует все основные этапы жизненного цикла промышленного изделия, а с другой – понятен и прост для объяснения.

6. В процессе проектирования мебельных изделий можно организовать коллективную работу творческих групп над одним проектом, разделив работы по отдельным элементам мебельного ансамбля либо по технологическим операциям.

7. Мебельная отрасль России активно использует САПР, причем практически все они отечественной разработки (в отличие от машиностроения, где значительная часть предприятий работает с импортными программами).

Последний пункт исключительно важен, поскольку есть возможность адаптации профессиональных САПР к требованиям учебного процесса и создания совместно разработчиками и педагогами учебно-методических комплексов.

Рассмотрим типовой технологический процесс проектирования и изготовления мебели по индивидуальному заказу в профессиональных терминах и с точки зрения школьника (табл. 1).

Как видим, на примере мебели можно проследить весь жизненный цикл изделия: от концептуального проектирования до его производства и реализации, причем все этапы понятны, наглядны и вполне доступны для понимания учащимися. При этом все они выполняются практически, руками самих школьников.

Сейчас на предприятиях России одной из самых распространенных САПР мебели является комплексная автоматизированная система БАЗИС (www.bazissoft.ru), предназначенная для проектирования, технологической подготовки производства и реализации корпусной мебели. Она активно используется в учебном процессе многих высших и средних специальных учебных заведений для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.

БАЗИС имеет простой и удобный интерфейс, процесс проектирования мебели в ней понятен и нагляден. Она построена по модульному принципу, то есть каждый этап жизненного цикла изделия реализуется своим программным модулем в интерактивном режиме с возможностью качественной трехмерной визуализации.

Упрощенно любое изделие корпусной мебели можно представить в виде набора деталей (щитовых элементов или панелей) прямоугольной или более сложной формы, скрепленных между собой. Процесс конструирования заключается в выборе панелей, придании им желаемой формы, расстановке по определенным местам и скреплении между собой. При этом в любой момент времени изделие можно рассмотреть со всех сторон и под любым углом.

Созданная таким образом математическая модель изделия становится основой для выполнения всех других этапов проектирования, на которые она передается автоматически.

Рассмотрим особенности каждого из них.

Формирование чертежей и спецификаций, оформленных по всем правилам ЕСКД, выполняется автоматически. Чертежи деталей мебельных изделий относительно несложны, но при этом имеют все необходимые атрибуты (размеры, основную надпись, условные обозначения и так далее), а главное, позволяют школьнику легко представить реальное изделие, то есть научиться читать чертежи.

Модуль раскроя листового материала формирует карты раскроя заготовок указанных размеров на нужные детали с минимальными отходами. Основные технологические параметры этой операции (например, ширина пилы, при помощи которой распиливаются заготовки, или ширина обрезки края заготовки в том случае, если он был поврежден при транспортировке) наглядны и доступны для понимания учащимися. Карты раскроя представляют собой детали созданного изделия, разложенные на стандартных листах заготовок.

Работу модуля расчета себестоимости изготовления изделия упрощенно можно представить как вычисление общей площади материала, умножение полученной величины на стоимость квадратного метра этого материала и добавление суммарной стоимости используемой фурнитуры. Вполне очевидный и понятный алгоритм. Опять же, все это выполняется автоматически по построенной модели.

Модуль формирования ведомостей на закупку необходимых материалов и фурнитуры просто подсчитывает их количество в модели, заносит эту информацию в специальный документ, на основании которого специалист по снабжению будет закупать товар.

Для реализации мебели в составе системы есть специальный модуль, позволяющий расставить спроектированные изделия в комнате.

Естественно, что для использования системы БАЗИС в школах ее необходимо доработать. С технической точки зрения это не представляет особых сложностей. Основные проблемы заключаются в разработке технического задания на эти работы, необходимой учебной и методической литературы, реформировании традиционного подхода к преподаванию технологии и подготовке соответствующих преподавательских кадров.

Павел БУНАКОВ