В состав МУЛЦ, в зависимости от специфики технического университета, может входить разное количество лабораторий. Здесь надо в первую очередь оценить так называемое общее тематическое пространство вуза. Говоря простым языком – сопоставить учебные планы всех выпускающих кафедр в циклах профилирующих дисциплин, специальных дисциплин и дисциплин специализаций, сгруппировать общие или схожие дисциплины. Так и выявятся все области общего тематического пространства.
Особо подчеркну, что МУЛЦ, как правило, не претендует на общепрофессиональные дисциплины, которые традиционные кафедры читают всему университету – материаловедение, сопромат, метрология и т.д. Общепрофессиональный учебный процесс, как правило, отлажен, и соответствующие кафедры не жалуются на слабую загрузку своего учебного оборудования. Здесь кафедральный принцип организации лабораторного процесса полностью оправдан.
У МУЛЦ – другие задачи.
Например, практически в каждом техническом университете есть много специальностей и профилей в направлениях подготовки, в названиях которых присутствуют слова: «автоматика», «автоматизация, «автоматический» и другие из этого ряда. Тогда можно с уверенностью сказать, что в учебных планах у них несколько дисциплин будут называться одинаково или схожим образом. Это и есть общее межкафедральное тематическое пространство, которое закроет МУЛЦ.
Опишу типовой МУЛЦ с рабочим названием «Автоматизация технологических процессов и производств».
Предполагается включить в комплекс следующие учебные лаборатории:
- Гидравлические и пневматические элементы и приводы;
- Силовая электроника и электропривод;
- Аналоговая и цифровая схемотехника;
- Электроавтоматика;
- Промышленные логические контроллеры;
- Микроконтроллеры;
- Системы автоматического управления и регулирования;
- Измерения в технических системах. Датчики;
- Комплексная автоматизация производственных процессов;
- Электрические машины;
- Электротехника и основы электроники.
Лаборатория «Электротехника и основы электроники» есть на кафедре электротехники, которая обучает весь университет (и очень сильно загружена), это общепрофессиональная дисциплина.
Еще одна лаборатория с таким же названием не помешает, к тому же, наличие такой суперсовременной учебной лаборатории в МУЛЦ рядом с другими десятью позволяет специальным кафедрам легко выстраивать учебные траектории со специальными лабораторными работами по электротехнике и электронике.
Каждая кафедра, формируя учебную лабораторную траекторию отдельных направлений подготовки, «профилей», может составить из списка учебных лабораторий МУЛЦ так называемые «профильные учебно-лабораторные комплексы», взаимоувязанные учебной программой. При этом одна и та же лаборатория органично входит в состав разных профильных учебно-лабораторных комплексов, формируемых для себя разными кафедрами.
По той же схеме, ведущие преподаватели кафедр, формируя лабораторную «траекторию» своих специальных курсов (дисциплин), могут составить свой профильный учебно-лабораторный комплекс, в котором в одной лаборатории, например, потребуется провести 32 учебных часа, в другой 12, а в третьей – только 4.
Проиллюстрируем реализацию концепции МУЛЦ, на примере формирования учебно-лабораторного комплекса по профилю «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» в рамках направления «Энергетическое машиностроение».
Состав этого профильного учебно-лабораторного комплекса очень показателен в силу общепризнанно особого места, занимаемого этими системами в сфере промышленной автоматизации и машиностроении в целом, что, в общем-то, не требует особого обсуждения. Обсудить нужно особенности этого комплекса.
В современных условиях необходимо готовить специалистов, обладающих интегральным восприятием науки и техники. Специализированное обучение в рамках сложившихся групп технических устройств (привод, исполнительные механизмы, системы управления) не гарантирует решение задач проектирования и эксплуатации машин (приборов) как цельного объекта. Необходима подготовка, позволяющая конструировать и эксплуатировать техническую систему в целом – мехатронная подготовка.
Мехатроника — современное направление прикладной автоматики, связанное с интегрированными системами, обеспечивающими требуемое (как правило – высокоточное) движение машин и механизмов. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции и взаимопроникновению элементов различной природы: механических, гидравлических, пневматических, электротехнических, электронных, информационных и т. д.
Применительно к гидроприводу, одной из наиболее ярко выраженных тенденций является интенсивное «сращивание» гидравлики и электроники: создание комплектных узлов, интегрированных с механическими и электронными устройствами контроля и управления (средствами диагностики, датчиками обратной связи и т.п.).
Применение в системах управления гидроприводом микропроцессорных устройств позволяет реализовать сложнейшие законы управления, обеспечить встроенный контроль системы и гибкость регулирования за счет вариаций программного обеспечения, получить динамическую точность и уровень помехозащищенности, недостижимые в обычном гидроприводе. Благодаря интеграции цифровой электроники, датчиков и гидравлики, а также современной техники управления, гидравлический привод достиг такой точности и динамики, которые ранее были просто немыслимы.
В рамках этого «мехатронного» подхода, современный профильный учебно-лабораторный комплекс «Гидроприводы и гидропневмоавтоматика» должен создаваться как интегрированная структура из нескольких лабораторий, что органично соотносится с концепцией организации МУЛЦ.
Предполагается включить в профильный учебно-лабораторный комплекс следующие лаборатории:
- Гидравлические и пневматические элементы и приводы;
- Аналоговая и цифровая схемотехника;
- Электроавтоматика;
- Промышленные логические контроллеры;
- Микроконтроллеры;
- Системы автоматического управления и регулирования;
- Измерения в технических системах. Датчики;
- Комплексная автоматизация производственных процессов.
Все названия учебных лабораторий носят рабочий характер и могут уточняться для каждого вуза.
Я уже упоминал, что базисы этих стендов во всех учебных лабораториях во многом унифицированы, что позволяют легко менять набор модулей, компоновать набор к данной работе из модулей разных лабораторий, в самых разных сочетаниях. В лаборатории гидроэлементов и приводов стенды обеспечивают удобное размещение и быструю фиксацию сменных гидроустройств на монтажных панелях, коммутацию между ними с помощью шлангов с быстроразъемными соединениями, исключающими утечки масла (рис.1).
Предполагается, что на младших и средних курсах студент, проходящий обучение по профилю "Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика", поработает в каждой из вышеупомянутых лабораторий, на практике осваивая элементную базу и изучая характеристики учебного оборудования.
Квинтэссенцией проделанной работы является результат, достигающийся на старших курсах, когда, обладая знаниями по всей необходимой элементной базе, студент может проводить практические работы по всем направлениям современного интегрированного гидропривода, включающего весь комплекс электронных устройств и датчиков.
Особая ценность состоит в том, что студент может самостоятельно скомпоновать такую систему с привлечением отдельных модулей и даже учебных стендов соседней лаборатории, с полным наблюдением процессов проходящих внутри системы в их взаимоувязке и взаимовлиянии.
Такой результат недостижим при использовании в обучении готовых интегрированных промышленных гидроприводных систем, в которых параметры во многом преднастроены, а внутренние процессы – скрыты от наблюдения.
Вот, например, на рисунке 3 показано, что, для проведения полноформатной лабораторной работы по мехатронике, в учебную лабораторию гидропривода прикатили мобильный учебный стенд из лаборатории микроконтроллеров. Унификация учебного оборудования позволяет технически просто объединить цифровую систему управления, реализованную на микроконтроллерах – с датчиками, релейными управляющими элементами и электрогидравлическими устройствами учебного стенда лаборатории гидропривода.
Располагая таким учебным оборудованием, студент с «нуля» может собрать следящий электрогидравлический привод; программируя микроконтроллер – реализовать гидропривод с различными регуляторами, корректирующими цепями; может практически проверить решенную, например, в рамках курсового проекта, задачу синтеза автоматической системы с гидроприводом.
Для сравнения, давайте посмотрим, какой профильный учебно-лабораторный комплекс составит кафедра, ведущая подготовку по профилю «Электропривод и автоматика промышленных установок и технических комплексов»:
- Силовая электроника и электропривод;
- Аналоговая и цифровая схемотехника;
- Электроавтоматика;
- Промышленные логические контроллеры;
- Микроконтроллеры;
- Системы автоматического управления и регулирования;
- Измерения в технических системах. Датчики;
- Комплексная автоматизация производственных процессов;
- Электрические машины.
Посмотрите, очень характерный результат – по сравнению с гидравликами электроприводники сделали только два изменения: заменили основную профилирующую учебную лабораторию (ну, это понятно – гидропривод заменили на электропривод) и добавили лабораторию электромашин. На этом примере очень хорошо видно, как естественным образом формируется общее тематическое пространство университета и как оно поддерживается общелабораторным пространством, которое обеспечивает МУЛЦ. Ясно, что другие «автоматические» кафедры тоже сполна воспользуются этим общим лабораторным пространством.
Еще раз подчеркну, что базовый кафедральный принцип организации учебного процесса при этом остается неизменным, поскольку занятия в современных учебных лабораториях МУЛЦ ведут преподаватели кафедр со своими «кафедральными» студентами в соответствии с кафедральными программами курсов.
Вопросы и возражения о вспомогательном персонале МУЛЦ (учебные мастера, техники) – дескать, «это невозможно организовать», «а кто будет отвечать за сохранность», «а кто будет ремонтировать, обслуживать», – просто смешны. Их задают люди, которые не хотят ничего делать.
Организовать работу МУЛЦ не сложнее, чем любого другого учебно-технического подразделения: собраться нескольким людям и договориться о правилах.
А вот разработать и произвести такое учебное оборудование гораздо сложнее.
Кандидат технических наук
Маландин Геннадий Юрьевич