РЕАЛИЗАЦИЯ  МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ  ИССЛЕДОВАНИЙ  В  ПРОЦЕССЕ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ  АВТОМАТИЧЕСКИХ  СИСТЕМ  УПРАВЛЕНИЯ

Латышев  Виктор  Александрович

канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  Ямальского  нефтегазового  института  (филиала)  Тюменского  государственного  нефтегазового  университета,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E-mail: 

REALIZATION  OF  INTERDISCIPLINARY  RESEARCH  IN  THE  PROJECT  DEVELOPMENT  PROCESS  OF  AUTOMATIC  CONTROL  SYSTEM

Viktor  Latyshev

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Chair,  Yamal  Oil  and  Gas  Institute  (branch)  Tyumen  State  Oil  and  Gas  University,  Russia,  Yamalo-Nenets  Autonomous  Okrug,  Novy  Urengoy

АННОТАЦИЯ

Для  создания  автоматических  систем  управления  принципиально  новыми  машинами  и  механизмами  требуются  специалисты,  способные  ориентироваться  в  смежных  вопросах  на  стыке  различных  областей  знания.  Успешное  обучение  специалистов  предполагает  одновременное  решение  трех  видов  проблем:  методологической,  организационной  и  информационной.  Современные  специалисты  должны  обеспечивать  дифференцированный  подход  к  обслуживанию  специфических  агрегатов  —  механических,  электрических,  гидравлических,  пневматических  и  электронных.

ABSTRACT

For  the  formation  of  automatic  control  system  by  principally  new  vehicles  and  machinery  experts  are  required  who  can  get  oriented  in  related  issues  at  the  interface  of  different  branches  of  knowledge.  Successful  education  of  experts  presupposes  simultaneous  solution  of  three  types  of  problems:  methodological,  organizational  and  informational.  Modern  specialists  must  provide  differential  approach  to  the  maintenance  of  specific  aggregates  such  as  mechanical,  electrical,  hydraulic,  pneumatic  and  electronic. 

Ключевые  слова:  автоматика;  метод;  обучение;  система  управления;  проектирование.

Keywords:  automatics;  method;  education;  controlling  system;  project  development.

Автоматика  —  это  отрасль  науки  и  техники,  охватывающая  теорию  и  практику  автоматического  управления,  а  также  принципы  построения  автоматических  систем  и  образующих  их  технических  средств.  Автоматика  позволяет  существенно  повышать  эффективность  ведения  технологических  процессов,  увеличивать  производительность  труда,  сокращать  количество  обслуживающего  персонала  и  улучшать  качество  выпускаемой  продукции,  обеспечивая  высокую  точность  ведения  процессов,  а  также  производить  требуемый  процесс  в  условиях  и  местах,  не  доступных  для  человека  (атомное  производство,  освоение  космоса,  условия  Крайнего  Севера  и  т.  д.).  Современные  системы  автоматического  управления  (САУ)  применяются  для  работы  с  различным  специфическим  оборудованием  —  механическим,  электрическим,  электромеханическим,  гидравлическим,  пневматическим  и  электронным.  На  стадии  создания  подобной  техники  все  чаще  требуются  специалисты  широко  профиля,  способные  ориентироваться  в  смежных  вопросах  на  стыке  различных  областей  знания  и  способные  самостоятельно  мыслить.  Особое  значение  приобретают  теперь  вопросы  методологии.  Методология  —  это  наука  о  деятельности,  наука,  выделяющая  в  любом  виде  деятельности,  будь  то  мышление,  проектирование  или  производство,  общие  принципы,  овладение  которыми  позволяет  успешно  осваивать  любую  сферу  деятельности.  Основной  принцип  методологии  состоит  в  том,  что  для  осуществления  любой  деятельности  нужны  прежде  всего  средства,  поэтому  любая  деятельность  должна  начинаться  с  созданий  адекватных  средств  или  овладения  ими  [1].

Рассмотрим  решение  этой  задачи  на  примере  выполнения  сквозного  курсового  проектирования  по  дисциплинам  «Электроника»,  «Теория  автоматического  управления»  и  «Технические  измерения  и  приборы»  студентами  Ямальского  нефтегазового  института  филиала  ТюмГНГУ  в  городе  Новый  Уренгой,  обучающихся  по  направлению  подготовки  220700.62  «Автоматизация  технологических  процессов  и  производств»  по  профилю  «Автоматизация  технологических  процессов  и  производств  в  нефтяной  и  газовой  промышленности»,  квалификация  —  бакалавр. 

Курсовое  проектирование  как  организационная  форма  обучения  применяется  на  заключительном  этапе  изучения  учебной  дисциплины.  Она  позволяет  осуществить  обучение  применению  полученных  знаний  при  решении  комплексных  производственно-технических  или  других  задач,  связанных  со  сферой  действия  будущих  специалистов.  Курсовые  проекты  выполняются  по  предметам  электротехнического  и  специального  цикла.  В  процессе  их  подготовки  студенты  решают  технические  задачи.

Курсовое  проектирование  выполняется  по  индивидуальным  заданиям  для  решения  комплексной  задачи,  которая  состоит  из  трех  частей.

Первая  часть  (курсовая  работа  по  дисциплине  «  Электроника»)  имеет  цели:  практически  закрепить  изучаемые  теоретические  разделы  одноименного  курса;  освоить  методы,  приемы  расчета  и  конструкторской  разработки  специальных  устройств  автоматики  на  основе  оптимальных  критериев  качества;  научиться  пользоваться  справочниками,  пособиями,  реферативными  журналами  и  другими  библиографическими  изданиями,  выбирать  необходимые  материалы  из  накопленных  в  технической  литературе  [2]. 

Проектирование  начинается  с  изучения  технического  задания.  Техническое  задание  формирует  требования  к  функциональным  возможностям  проектируемого  устройства  и  условиям,  в  которых  оно  должно  действовать;  эти  требования  должны  быть  корректны. 

Обычно  имеется  несколько  путей  построения  общей  функциональной  схемы,  значительно  большее  число  вариантов  может  быть  предложено  для  отдельных  функциональных  узлов.  Проектируемые  электронные  устройства  являются  частью  более  общей  системы  автоматики.  Очень  важно  четкое  представление  функциональной  схемы  всей  системы,  назначение  и  место  проектируемого  электронного  устройства  в  общей  структуре,  предусмотреть  схемные  и  конструктивные  способы  взаимного  сопряжения  входа  и  выхода  с  предыдущими  и  последующими  элементами  системы,  разработать  приемы  настройки  и  регулировки.  Необходимо  самостоятельно  по  исходным  данным  уметь  составлять  общую  функциональную  схему,  указав  в  ней  назначение  и  место  проектируемого  электронного  устройства.

Содержание  курсовой  работы:  1.  Введение;  2.  Цель  работы;  3.  Постановка  задачи;  4.  Обзор  литературы;  5.  Структурная  электрическая  схема  электронного  блока  и  описание  принципов  его  работы;  6.  Функциональная  электрическая  схема  электронного  блока  и  расчеты  основных  элементов,  например,  выходного  импульсного  каскада,  гальванической  развязки,  элементов  задержки,  операционного  усилителя,  схемы  защиты  от  перегрузок  и  коротких  замыканий,  источников  питания,  выводы  о  качественных  показателях  САУ;  7.  Заключение;  8.  Литература.

Вторая  часть  (курсовая  работа  по  дисциплине  «Теория  автоматического  управления  »)  включает  решение  задач  [1]: 

·     расчет  передаточных  функций  звеньев  системы  автоматического  управления  (САУ),  заданных  в  виде  четырехполюсника;

·     построение  передаточных  функций  разомкнутой  и  замкнутой  САУ  по  управляющему  и  возмущаемому  воздействию;

·     анализ  устойчивости  системы  по  заданному  критерию  и  выбор  коэффициента  передачи  САУ;

·     построение  частотных  характеристик  разомкнутой  и  замкнутой  САУ  для  определения  показателей  качества;

·     расчет  настройки  дискретных  ПИД  регуляторов,  обеспечивающих  заданные  показатели  качества  и  устойчивости.

Третья  часть  (курсовой  проект  по  дисциплине  «  Технические  измерения  и  приборы»)  завершает  электротехнический  цикл  подготовки  студента.  Во  время  выполнения  этого  проекта  студент  должен  освоить  методику  конструирования  и  монтажа  измерительных  приборов  и  средств  автоматизации.  С  нашей  точки  зрения,  для  него  важно  умение  сопоставления  —  по  определенным  критериям  —  конкурирующих  вариантов  и  выбора  одного  из  них  —  оптимального  для  заданных  условий. 

Основными  вопросами  курсового  проектирования  по  дисциплине  «  Технические  измерения  и  приборы»  являются  [3],  [5]:

·     анализ  принципов  действия,  конструкции  и  характеристик  технологического  объекта  управления;

·     разработка  функциональной  схемы  автоматизации  технологического  процесса  и  выбор  технических  средств  автоматизации;

·     разработка  системы  измерения  температуры,  давления,  уровня,  расхода  или  концентрации  проектируемой  САУ;

·     выбор  метода  и  средств  измерения,  расчет  первичного  преобразователя;

·     расчет  погрешностей  измерения  и  выбор  метода  их  снижения;

·     монтаж  средств  измерения:  первичного  преобразователя  и  вторичного  прибора;

·     обеспечение  правил  техники  безопасности  при  эксплуатации  средств  автоматизации,  телемеханизации  и  вычислительной  техники.

Курсовое  проектирование  завершается  публичной  защитой  курсовых  работ  или  проектов,  анализ  которых  позволяет  внести  коррективы  в  последующий  учебный  процесс  изучения  специальных  дисциплин.

Традиционная  система  обучения  в  высшей  школе  использует  такие  формы  учебных  занятий  как  лекция,  лабораторные  и  практические  занятия,  консультации,  самостоятельную  работу  и,  как  отмечалось  ранее,  курсовое  проектирование.  Результаты  анализа  организационных  форм,  принципов  и  активных  методов  обучения  свидетельствуют  о  необходимости  применения  междисциплинарных  исследований  как  метода  новой  технологии  высшего  профессионального  образования.  В  настоящее  время  актуализируется  проблема  технологий  профессионального  образования.  Основными  причинами  этого  процесса  являются:

·     возрастание  объема  информации,  приводящее  к  затруднениям  усвоения  знаний  «впрок»  и  к  необходимости  реального  непрерывного  образования;

·     техногенное  направление  развития  современной  цивилизации,  заставляющее  общество  задуматься  о  том,  насколько  могут  быть  велики  издержки  некачественной  профессиональной  подготовки. 

Образовательные  технологии  имеют  целью  освоение  совокупности  знаний  и  умений,  которыми  должен  специалист  овладеть  в  процессе  обучения  в  вузе,  т.  е.  в  основу  квалификационной  характеристики  специалиста  положена  модель  его  профессиональной  деятельности  и  рассматриваются  как  один  из  видов  человековедческих  технологий  и  основываются  на  теоретических  положениях  социальной  психологии,  психодидактики,  наук  управления  и  менеджмента.  Новые  технологии  открывают  возможности  для  обновления  содержания  обучения  и  методов  преподавания,  а  также  для  расширения  доступа  к  высшему  образованию.

К  наиболее  распространенным  формулировкам  понятия  «технология  образования»  можно  отнести  следующие:

·     область  знания,  связанная  с  определением  системы  предписаний,  обеспечивающих  оптимизацию  процесса  обучения;

·     область  научного  знания,  направленную  на  практическое  изучение  возможностей  достижения  максимальной  эффективности  в  обучении  на  основе  правильного  учета  и  подбора  всевозможных  факторов,  влияющих  на  процесс  обучения;

·     комплексный,  интегративный  процесс  планирования,  обеспечивающий  управление  и  оценку  результата  обучения,  охватывающий  все  аспекты  усвоения  дисциплины;

·     совокупность  средств  и  методов  воспроизведения  теоретически  обоснованных  процессов  обучения  и  воспитания,  позволяющих  успешно  реализовывать  поставленные  образовательные  цели,  предполагающие  научное  проектирование,  при  котором  задаются  эти  цели  и  сохраняется  возможность  объективных  измерений  достигаемых  результатов.

Общим  в  приведенных  определениях  является  представление  о  том,  что  педагогическая  технология,  как  часть  междисциплинарных  исследований,  это  строго  научное  проектирование  и  точное  воспроизведение  педагогических  действий,  гарантирующих  успех.  Более  точно,  по  нашему  мнению,  понятие  «педагогическая  технология»  определили  авторы  В.А.  Сластенин  и  И.Ф.  Исаков,  которые  рассматривают  ее  как  последовательную  взаимосвязанную  систему  действий  преподавателя  высшей  школы,  направленную  на  решение  педагогических  задач,  или  как  планомерное  и  последовательное  воплощение  на  практике  заранее  спроектированного  педагогического  процесса  [7].

Основными  критериями  технологичности  учебного  процесса  можно  считать  следующие:

·     закономерность  (опора  на  определенную  научную  концепцию,  лежащую  в  основе  проектирования  данной  технологии);

·     целесообразность  (логическая  взаимосвязь  структурных  частей  педагогической  системы,  придающая  ей  заданные  качества);

·     управляемость  (диагностическое  целеполагание,  осуществление  мониторинга  учебного  процесса,  его  необходимая  коррекция);

·     эффективность  (соответствие  образовательным  стандартам,  возможность  достижения  поставленных  целей  обучения,  минимальные  временные  и  экономические  затраты);

·     воспроизводимость  (возможность  применения  другими  преподавателями).

В  качестве  примеров  наиболее  известных  на  сегодняшний  день  образовательных  технологий  можно  назвать  следующие  :

·     развивающее  обучение  [4];

·     проблемное  обучение  [7],  [4];

·     программированное  обучение  [7],  [8];

·     адаптивная  система  обучения  [4],  [8];

·     технология  полного  усвоения  [9]. 

В  качестве  функций  образования  выделяются  человекообразующая,  технологическая  и  гуманистическая.  При  обучении  в  техническом  вузе,  на  наш  взгляд,  наибольшее  внимание  уделяется  технологической  функции  образования.  Технологическая  функция  образования  —  это  обеспечение  «базы  жизни»;  формирование  навыков  и  умений  трудовой,  общественной,  хозяйственной,  профессиональной  деятельности;  развитие  коммутативности  в  разных  сферах  жизнедеятельности  и  т.  д.  Реализация  технологической  функции  образования  осуществляется  в  различных  организационных  формах  обучения,  которые  призваны  упорядочить  учебный  процесс  и  привить  студенту  навыки  инженерной  деятельности.

Выводы:

В  результате  использования  различных  организационных  форм,  принципов  и  активных  методов  обучения  при  закреплении  знаний  и  формировании  профессиональных  умений  и  навыков  у  студентов  накапливается  первоначальный  опыт  их  будущей  профессиональной  деятельности  в  различных  отраслях.  Знакомство  с  существующими  технологиями  междисциплинарных  исследований  позволит  использовать  методологические  приемы  для  достижения  необходимых  практических  результатов.

Список  литературы.

1. Бесекерский  В.А.,  Попов  Е.П.  Теория  автоматического  управления.  СПб.:  Профессия,  2004.  —  747  с.
2. Быстров  Ю.А.  Электронные  цепи  и  микросхемотехника.  учеб.  для  вузов.  М.:ОНИКС,  2012.  —  384  с.
3. Исакович  Р.Я.,  Логинов  В.И.,  Попадько  В.Е.  Автоматизация  технологических  процессов  в  нефтяной  и  газовой  промышленности.  М.:  Энергоатомиздат,  1996.  —  376  с. 
4. Климов  Е.А.  Психология  профессионала.  М.  Высшая  школа,  1996.  —  583  с. 
5. Латышев  В.А.  Моделирование  элементов  процессорных  систем  управления  технологическим  оборудованием  //  Технологические  системы  и  техника.  Первая  электронная  международная  научно-техническая  конференция.  сб.  тр.  Тула,  2002.  —  372  с.
6. Лернер  И.Я.  Процесс  обучения  и  его  закономерности.  М.  Мир  ,  1980.  —  265  с.
7. Сластенин  В.А.,  Исаев  И.Ф.,  Шиянов  Е.Н.  Педагогика.  М.  Высшая  школа  ,  2002.  —  324  с.
8. Талызина  Н.Ф.,  Печенюк  Н.Г.,  Хохловский  П.Б.  Пути  разработки  профиля  специалиста.  Саратов,  1987.  —  256  с. 
9. Торндайк  Е.  Психология  обучения  взрослых.  М.  Мир  ,  1993.  —  396  с.