Эл Н ФС 77 - 30569. Государственная регистрация N0420800025. ISSN 1994-0408

Особенности подготовки специалистов в области резания металлов и инструмента в МГТУ им.Н.Э.Баумана

Немного истории

В 1909 г. в московском императорском высшем техническом училище была создана Лаборатория резания металлов, которая в 1929 г. была преобразована в кафедру "Резания металлов". За свою 70-летнюю историю кафедра претерпела множество реорганизаций, объединений, разъединений и смен названий. И, наконец, в 1998 г. кафедра получила свое нынешнее название "Инструментальная техника и технологии". Кафедрой в разные годы руководили такие видные ученые в области резания металлов как профессора. И.М. Беспрозван-ный, Г.И. Грановский, В.Н. Подураев. К достижениям кафедры следует отнести подготовку без малого двух тысяч инженеров и более ста докторов и кандидатов наук, большое количество научных, учебных и методических работ, а также Государственную премию СССР, которой были удостоены И.М. Беспрозван-ный, М.Н. Ларин, Л.А. Рождественский и С.А. Каменкович в 1943 г. В настоящее время в преподавательский состав кафедры входят 4 доктора и 12 кандидатов технических наук.

Большую часть своей истории кафедра вела подготовку инженеров по специальности "Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты" (0501) совместно с кафедрами "Технологии машиностроения" и "Металлорежущих станков". Обучение силами трех смежных кафедр позволяло обеспечить подготовку высококвалифицированных специалистов, имеющих глубокие знания и широкую эрудицию в области обработки материалов. К сожалению, события недавних лет разрушили единую специальность, и на месте 0501-ой возникли специальности 12.01, 12.02 и 12.13. В настоящее время кафедра готовит инженеров по недавно введенной специальности 12.13.00 – "Инструментальные системы машиностроительного производства" (следует отметить, что учебно-методическое обеспечение  (УМО) новой специальности возложено на МГТУ им.Н.Э.Баумана (кафедру МТ-2) и на МГТУ "Станкин"). При этом, кафедра старается поддерживать университетский уровень и широту подготовки бывшей 0501-ой специальности в рамках новой специальности. Этому способствуют и конструктивное сотрудничество со смежными кафедрами, и преемственность учебных программ, и тесная связь с промышленными предприятиями, и особенности режущих инструментов, как объекта изучения.

Инструмент как объекта изучения

В современных условиях перед высшей школой стоит задача не только научить определенной профессии, но и создать выпускнику возможность более широкого выбора места приложения полученных знаний, чтобы, придя на любое предприятие (где производят хоть что-то), молодой инженер смог бы работать по специальности, если не "de jure", то хотя бы – "de facto". Добиться этого можно только при условии изучения студентами такого объекта, который имел бы максимально широкое распространение в современной российской действительности. Одним из таких объектов и является инструмент. Поясним свою мысль.

Процесс материального производства основан на воздействии на предмет труда орудиями труда, которыми, в большинстве случаев, являются инструменты. Наличие большого количества инструментов на предприятиях машиностроительного комплекса, в станко-, авиа-, автомобиле- и других "строениях" не вызывает сомнения. Но с инструментом так или иначе связаны и предприятия, казалось бы, далекие от него – предприятия легкой, нефтедобывающей, медицинской, компьютерной промышленности. Присутствие инструментов на таких предприятиях не очевидно только с первого взгляда. При детальном рассмотрении видно, что без инструментов не обходится и здесь. Изготовление ни одного компьютера, ни одного ботинка, ни одного чайника, кофеварки или другой бытовой техники не обходится без применения специальных штампов, прессформ, сверл, ножей, резцов и других режущих инструментов. А если вспомнить, что практически на каждом промышленном предприятии что-то ломается и это что-то надо ремонтировать, то всепроникающая способность инструментов станет окончательно очевидной.

Использование инструментов в качестве объекта изучения позволяет использовать это "всепроникновение" для подготовки специалистов, имеющих широчайшую "область применения". Выпускник кафедры может работать на большинстве предприятий России и, что особенно важно, – работать по специальности, лишь немного подкорректировав свою подготовку в направлении деятельности конкретного предприятия.

Преимущества инструмента как объекта изучения проявляются не только в трудоустройстве выпускников, но и в глубине и широте их инженерных знаний и умений, а также в их умении решать крупные народохозяйственные задачи. Это обусловлено местом инструмента в структуре современного производства. Очень укрупненно такая структура может быть представлена схемой, приведенной на рис. 1.

С одной стороны, технология изготовления изделий подразумевает использование инструментов, которые органически входят в технологический процесс в качестве необходимых компонентов. С другой стороны, инструмент сам является изделием, изготавливаемым по передовой и сложной технологии, имеющей множество нюансов и "подводных камней". Поэтому использование инструментов в качестве объекта изучения ведет к освоению лучших технологий, применяемых как инструментальными, так и машиностроительными предприятиями и к всесторонней технологической подготовке студентов.

Вторым "китом" современного специалиста по обработке материалов является конструкторская подготовка. Изучение инструментов, их конструкции и применения, а также технологии изготовления приводит к изучению применяемого оборудования (станков) и приспособлений (патронов, державок, станочных приспособлений), в которые устанавливается инструмент и деталь. В то же время, современный режущий инструмент является квинтэссенцией конструкторской мысли, сочетая в себе такие часто несочетаемые качества как: компактность конструкции, прочность, жесткость, простоту сборки и обслуживания, надежность, низкую стоимость, точность и другие качества.

Современный специалист не мыслим без организационно-экономической подготовки, позволяющей сформировать у инженеров умение выполнить подготовку производства, умение эффективно использовать имеющееся технологическое оборудование и оснастку, умение планировать потребности производства, то есть те умения, которые позволяют сделать производство более эффективным и производительным. Инструмент как объекта изучения и здесь проявляет свою "особенность". Дело в том, что инструмент является тем элементом технологического процесса. который позволяет без больших предварительных затрат сильно повысить эффективность производства. И хотя на долю инструмента приходится около 2,5% от себестоимости продукции, за счет изменений, связанных с инструментом, можно добиться ее снижения на десятки процентов, а то и в разы за счет сокращения внецикловых простоев, связанных с отказом и обслуживанием инструментов. Это происходит как в результате увеличения стойкости, надежности, точности инструментов, так и за счет изменений в инструментальном хозяйстве, улучшения использования инструментов, планирования, учета и других организационных мероприятий.

Обобщая вышесказанное, можно сказать, что инструмент является концентрированным выражением современных технологических, конструкторских и организационно-экономических идей.

Система подготовки специалистов

Обобщенная схема подготовки студентов по специальности "Инструментальные системы машиностроительного производства" (12.13.00) представлена на рис.2. Следует отметить, что эта подготовка является продолжением и развитием подготовки на младших курсах, где закладывается как естественнонаучный, так и общетехнический фундамент знаний студентов.

При разработке системы подготовки специалистов кафедра опирается на небезызвестный метод обучения, разработанный еще в Императорском Техническом Училище и получивший название "русского". Смысл метода, изложенный в одном предложении, заключается в тесном сочетании теоретической и практической подготовки студентов.

Теоретическая подготовка, проводимая на кафедре, включает в себя три направления, которые органически связаны с особенностями используемого объекта изучения (инструмента) и охватывают все этапы "жизни" инструмента: проектирование, производство и эксплуатация инструментов. Этими направлениями являются конструкторская, технологическая и "эксплуатационная" подготовка специалистов. Особо подчеркнем, что направления подготовки взаимосвязаны и тесно сплетены между собой и разделение учебных предметов по направлениям в некоторых случаях является условным. В качестве примера можно привести курс "Проектирование режущих инструментов", в котором конструкции режущих инструментов рассматриваются во взаимосвязи как с особенностями эксплуатации инструментов, так и с технологией их изготовления.

Практической стороне подготовки инженеров уделяется повышенное внимание. Следует отметить непрерывность и системность в получении практических занятий. Практические занятия сопровождают все учебные курсы в той или иной форме, причем эти занятия являются продолжением и развитием занятий, проводившихся на младших курсах общеинженерными кафедрами. Заканчивается практическая подготовка преддипломной практикой, где моделируется деятельность инженера на конкретном предприятии.

В систему практических занятий входят:

-        лабораторные работы, проводящиеся как в лабораториях МГТУ им.Н.Э.Баумана, так и на базовых предприятиях. Надо подчеркнуть, что многие лабораторные работы предусматривают работу студентов на станках, что позволяет студентам "ощутить на своей шкуре" работу станочника, сложность работ и требуемый для ее выполнения уровень квалификации;

-        система экскурсий и выездных занятий на современных предприятиях, таких как РКК "Энергия", МКТС-Sandvik, НПО "Салют", АМО ЗИЛ а также посещений выставок, расширяющих кругозор студентов по специальности (например, "Машиностроение", "InterTool" и др.);

-        производственные практики, поддерживающие конструкторскую, технологическую и эксплуатационную подготовки студентов. На этих практиках студенты выполняют работу, характерную для инженерно-технических работников данного предприятия и, по возможности, выполняют конкретные производственные задания;

-        преддипломная практика, во время которой многие выпускники работают на предприятиях, куда они планируют прийти после окончания учебы. Здесь будущий молодой специалист знакомится с предприятием, с его спецификой и особенностями организации производства, что облегчает ему дальнейшую интеграцию в производственный коллектив.

Применение "русского метода" при подготовке инженеров позволяет сформулировать три основных принципа подготовки: глубокое фундаментальное образование, всесторонняя инженерная подготовка и обширные практические занятия по специальности. Эти принципы нашли свое отражение в учебных планах и программах, разработанных и применяемых в МГТУ им.Н.Э Баумана. Так, фундаментальность образования обеспечивается как глубокими теоретическими курсам по естественным ("Математика", "Физика", "Теоретическая механика" и др.) и общеинженерным дисциплинам ("Сопротивление материалов", "Гидравлика", "Теория механизмов и машин"), так и теоретическими курсами читаемым на кафедре ("Теория резания", "Проектирование режущих инструментов", "Технология изготовления режущих инструментов", "Эксплуатация инструментальных систем" и др.). Всесторонняя подготовка инженеров достигается за счет введения в учебные планы дисциплин из различных смежных (с основной) инженерных специальностей, таких как "Проектирование станков и станочных модулей", "Кинематика станков", "Технология машиностроения", "Проектирование станочных приспособлений", "Организация и планирование производства" и др.

Фундаментальная теоретическая подготовка обеспечивается циклом теоретических дисциплин «Теоретические основы механических и физико-химических процессов изготовления деталей», в который входят следующие курсы:

-        теория резания;

-        теория физико-химических методов обработки;

-        проектирование технологических операций механической обработки;

-        физические основы формирования качества поверхности;

-        теоретические основы новых методов обработки;

-        основы научных исследований.

Среди перечисленных курсов основополагающим является курс "Теории резания", впервые прочитанный еще в 30-е годы XX века. Курс знакомит студентов с физическими процессами, протекающими в зоне резания, с основными закономерностями резания и основами проектирования операций металлообработки – токарных, фрезерных, строгальных и др.

Перечисленные теоретические курсы закладывает фундамент высококлассного специалиста по обработке материалов резанием, глубоко понимающего физическую природу процессов, используемых при обработке, и способного на этой базе разрабатывать новые технологические процессы.

Все теоретические курсы кафедры предусматривают непременное использование различных форм практических занятий, что позволяет закрепить теоретические знания и ознакомить студентов с современным положением дел на машиностроительных предприятиях. Следует подчеркнуть такую особенность теоретических курсов, как интегральность – лекции по курсу сочетаются и дополняются лабораторными работами, домашними заданиями и самостоятельной работой студентов.

Важной особенностью организации обучения на кафедре является использование системы "тьюторов" – на четвертом курсе каждому студенту кафедры назначается преподаватель, который курирует студента до диплома. Преподаватель руководит выполнением всех курсовых работ и проектов по кафедре, вместе со студентом определяет специализацию студента на дипломном курсе, а также руководит выполнением студенческой научной работой и дипломным проектирование. Тесное взаимодействие "тьютора" со студентом позволяет выявить его сильные и слабые стороны и индивидуальные особенности, определить особенности и специфику обучения. В системе "тьюторов" проявляется индивидуализация образования.

Большую помощь в подготовке студентов кафедры оказывают наши "соседи" по факультету "Машиностроительные технологии". Так кафедра "Металлорежущие станки" проводит подготовку студентов курсам, связанным со станками и станочными модулями, кафедры "Технология машиностроения" и "Технологии обработки металлов" – по технологическим  дисциплинам, кафедра "Метрология и взаимозаменяемость" – в области метрологического обеспечения технологических процессов", кафедра "Материаловедение" – в области металловедения и термической обработки материалов. Разработка учебных планов и программ по курсам, читаемым этими кафедрами, происходит при тесном контакте с преподавателями нашей кафедры, что позволяет согласовать содержание занятий и их формы.

Конструкторская подготовка

Конструкторская подготовка студентов направлена на формирование навыков и умений проектирования технических объектов, применяемых на машиностроительном производстве таких, как режущие инструменты, технологические приспособления и устройства, а также различные механизмы.

Учебные программы, поддерживающие это направление обучения, базируются на знаниях и умениях, полученных студентами кафедры как на младших курсах в ходе изучения фундаментальных курсов "Инженерной графики и начертательной геометрии", "Деталей машин", "Теории механизмов и машин", "Сопротивления материалов", так и при изучении спецкурсов, таких как "Расчет и конструирование станков", "Расчет и конструирование станочных приспособлений" и др.

Конструкторская подготовка студентов в основном осуществляется в рамках цикла дисциплин под общим названием «Методы проектирования и автоматизированного расчета элементов инструментальной оснастки»:

-        основы проектирования инструментальных систем;

-        надежность инструментальных систем;

-        автоматизация проектирования инструментальных систем;

-        диагностика и мониторинг инструментальных систем;

Можно выделить три уровня конструкторской подготовки студентов в зависимости от личных качеств студента и его способностей. Первый, самый простой, уровень предполагает изучение существующих конструкций устройств и механизмов, их анализ и умение проектировать аналогичные конструкции и адаптировать существующие устройства к конкретным производственным условиям. На втором уровне студенту предлагается внести в конструкцию изменения, направленные на ее улучшение. Это может быть как заимствование из других конструкций, так и разработка самого студента. Третий уровень, самый высокий, подразумевает проведение студентов изучение и анализ существующих конструкторских решений и самостоятельную разработке на его основе оригинальной конструкции устройства. Важно отметить, что большинство студентов кафедры проходят все три уровня, постепенно, из семестра в семестр, повышая его. И при дипломном проектировании студенты уже самостоятельно решают конструкторские задачи.

Технологическая подготовка

Важно отметить, что технологическое образование студентов состоит как бы из двух частей: знаний общемашиностроительных технологий и знаний специальных технологий инструментального производства. Обучение по первой части ведут кафедры, специализирующие на общемашиностроительных технологиях – "Технология машиностроения" и "Технологии обработки металлов". Вторая часть технологической подготовки проводится целиком силами кафедры "Инструментальная техника и технологии".

Специальная технологическая подготовка студентов направлена на развитие знаний общемашиностроительной технологии посредством изучения специальных технологий изготовления различных режущих инструментов, штампов и пресс-форм, технологии отделочных и художественных методов обработки. Для достижения этой цели в учебный план введены следующие дисциплины, объединенные в цикл «Специальные инструментальные технологии, оборудование и оснастка»:

-        технология изготовления инструментальных систем;

-        технология изготовления штампов и пресс-форм;

-        автоматизация инструментального производства;

-        методы и инструмент формирования поверхностей деталей;

-        технология художественной обработки материалов.

При изучении этих учебных курсов студенты знакомятся с передовыми технологическими процессами изготовления различных инструментов и деталей не только машиностроения, но и других отраслей промышленности. Как результат – значительно расширяется технологический кругозор выпускников, их приспособляемость к различным условиям производства. Кроме того, знакомство с технологиями, применяемыми не в машиностроении, дает молодому инженеру возможность решать возникающие перед ним производственные проблемы как бы "на стыке наук". Что греха таить, многие проблемы конкретной отрасли могут быть решены средствами других отраслей, а некоторые –  уже решены, только мало кто об этом догадывается.

При выполнении домашних заданий, лабораторных и практических работ  и курсовых проектов студенты сначала учатся правильно использовать известные, апробованные технологии и технологические процессы. В дальнейшем в обучение вводятся элементы разработки новых технологических решений, диктуемых развитием науки и техники. Венчает технологическую подготовку дипломный проект, в котором студенты самостоятельно разрабатывают технологический процесс изготовления конкретного инструмента или детали и проводят технологическую подготовку производства – выбор оборудования и приспособлений, назначение параметров режима резания, расчет основного времени обработки и т.д.

Эксплуатационная подготовка

Цикл дисциплин по эксплуатации инструментов «Системы инструментального обеспечения машиностроительных производств и оптимизация их технико-экономических характеристик» расширяет и углубляет знания, полученные учащимися на кафедрах экономической направленности. Однако, это расширение и углубление базируется на знаниях особенностей машиностроительного и инструментального производств, на знаниях, полученных в во вр&