Инновационные программные технологии тренировок по мехатронике

Мехатроника – это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями [1].

Цель мехатроники как области науки и техники заключается в создании качественно новых модулей движения, а на их основе – движущихся интеллектуальных машин и систем.

Предметом мехатроники являются процессы проектирования и производства модулей, машин и систем для реализации заданных функциональных движений.

Функциональное движение мехатронной системы предусматривает ее целенаправленное механическое перемещение, которое координируется с параллельно управляемыми технологическими и информационными процессами. Таким образом, понятие «движение» трактуется в данном определении мехатроники расширительно.

Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественно-научных и инженерных направлений, как точная механика, микроэлектроника, электроника, компьютерное управление и информатика. Основой метода мехатроники является синергетическая интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и информационных процессов на всех этапах жизненного цикла изделия, начиная со стадии его концептуального проектирования и заканчивая производством и эксплуатацией [3].

Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:

• машиностроение (автоматизированное машиностроение, станкостроение, электронное и энергетическое машиностроение и др.);
• транспортное машиностроение (авиакосмическая техника, автотракторное машиностроение, железнодорожный транспорт, нетрадиционные транспортные средства и др.);
• робототехника различного назначения;
• приборостроение (контрольно-измерительные устройства и машины, офисная техника, навигационные приборы, вычислительная техника);
• микроэлектромеханические системы (микромашины, микророботы и др.);
• нанотехнологии (микроскопы, зонды, машины микромеханической обработки поверхностей деталей и др.);
• бытовая техника (автономные пылесосы, швейные, стиральные, посудомоечные машины, холодильные установки);
• медицинское и спортивное оборудование (биоэлектрические и экзоскелетные протезы для инвалидов, тренажеры, массажеры и вибраторы и др.);
• фото- и видеотехника (устройства фокусировки видеокамер, проигрыватели видеодисков и др.);
• полиграфические машины;
• интеллектуальные аттракционы для шоу-индустрии [2].

Также компетенция «Мехатроника» представлена среди множества различных профессий в движении WorldSkills.

На основании опыта, полученного нами на соревнованиях WorldSkills, разработана программа тренировок, которая позволила вывести на новый уровень специалистов страны в области мехатроники. Если сравнивать данную программу с предыдущей методикой, то можно отметить следующее, что до этого в России не было достаточного опыта и навыка в данной компетенции. Данное обстоятельство, а также отсутствие целостной структуры и понимания не позволяло правильно разработать программу.

В ходе внедрения методики были получены следующие результаты:

1. Разработанная методика тренировок, позволяющая многократно повысить уровень специалистов перед международными чемпионатами.
2. Разработан план действий на площадке во время соревнований.
3. Разработан план действий и построено окружение на чемпионате.

Рассмотрим их более подробно.

Методика тренировок. Главная задача методики заключается в подготовке к чемпионату. Реализации задачи позволяет подойти к чемпионату в оптимальных кондициях. Для этого составляются краткосрочные циклы (месяц) и долгосрочный цикл (до начала самого соревнования).

Рассмотрим более детально мероприятия краткосрочного цикла:

1. В первую неделю цикла даются задания на развитие скоростной выносливости. Используются задания на моторику рук – сборка и разборка отдельных элементов производственных линий. Ведется работа по написанию коротких, простых программ на скорость.
2. На второй неделе производится сборка станции, разбитая на части. Для этого берётся полная производственная линия, одно задание с различного конкурса и разбивается на 3 части. Изначально производят сборку и пишут программу только для первой части, на этом команда останавливается и фиксирует время, потраченное на данный блок. Учитываются все недостатки, анализируются случаи, где можно улучшить результат. После этого производится демонтаж собранной линии и повторяется тот же самый первый блок повторно с учетом ошибок. Данный цикл необходимо произвести 3 раза, после чего фиксируется результат и переходят ко 2 блоку задания, также с повторением цикла. После третьего повторения 3 блока задание считается законченным, производится демонтаж всей станции и последующее выполнение этого же задания, только уже целиком, без определенных этапов, но уже с выработанными действиями и исключенными ошибками. Данное испытание рассчитывается на один тренировочный день. Поэтому на второй неделе выполняется данное задание несколько раз, только уже с другими производственными линиями.
3. На третьей неделе цикла команда производит сборку сложных станций с международных соревнований, ищет пути и различные способы оптимизировать циклы программы. Производит ее техническое обслуживание.
4. На заключительной неделе производится моделирование международного конкурса, которое предполагает выполнение всех заданий с предыдущих международных соревнований в той же последовательности и теми же требованиями. Зачастую требования к качеству выполнения заданий предъявляются строже, чем на чемпионатах, тем самым, вырабатывается мотивация к росту.

После каждого краткосрочного цикла необходимо делать перерыв для отдыха.

В долгосрочном цикле подразумевается выстраивание интенсивности и сложности тренировок, а также определение времени отдыха, что позволяет к началу чемпионата быть на пике своих возможностей. Последний цикл на дистанции должен максимально соответствовать тому уровню заданий, которые будут ожидаться на предстоящем чемпионате.

Необходимо иметь в виду, что задания на международных соревнованиях длятся до 18 часов конкурсного времени (3-4 конкурсных дня), и за все это время силы могут быть исчерпаны. Поэтому в тренировочный процесс включены также физические тренировки на выносливость. Это добивается путём утренних пробежек и упражнений в спортивном зале.

План действий на площадке во время соревнований состоит в том, чтобы максимально оптимизировать собственную работу и увеличить качество итогового результата. Так как задания на всех соревнованиях разные и секретные, то подготовка к ним является затруднительной. Однако можно подготовить эффективную модель, которая будет подходить к большинству вариантов действий.

Если сравнить эту модель с предыдущей, то главное отличие этой модели заключаться в максимальном разграничении обязанностей среди известных операций, которые мы уже знаем и которые могут появиться во время чемпионата. Каждый участник имеет свою роль и свой порядок действий. Следовательно, отсутствует проблема последовательности. В предыдущей модели не было четких разграничений, от чего зачастую была путаница в действиях и большая трата времени из-за неорганизованности.

В данной методике разграничения следующие, так как время на выполнение задания ограничено, изначально согласовывается порядок элементов или частей станции, которые нужно собрать для отладки программы. Не всегда нужно начинать собирать по ходу производственной линии, начальный этап может быть очень прост с точки зрения программы, но занимать много времени и сил на сборку. Поэтому в самом начале определяются критические точки, которые нужно проработать, с чего начинать собирать станцию для последующей отладки программы. После приступают непосредственно к самому выполнению конкурсного задания.

Один человек садится за написание программы, второй начинает собирать производственную линию по заранее обговорённой последовательности. К моменту написания программы первый участник переходит к электрическому подключению всех элементов, которые на тот момент собрал второй человек. После сборки всей станции и подключении элементов, происходит отладка программы обоими участниками. Также важно отметить, что необходимо проверять действия друг друга по заданному чек-листу. Проверка должна быть экспертной.

В типовой checklist входят следующие задачи:

1. Проверка программы полного цикла по листу задания;
2. Повторная проверка программы в критических точках;
3. Проверка электрического подключения элементов;
4. Проверка качества сборки;
5. Наведение порядка на рабочем месте;
6. Окончательная проверка программы.

Последним действием также необходимо выстроить правильное окружение на время всего чемпионата, а также максимально сконцентрироваться. Ключевым решением в данной ситуации является возможность отключиться от внешних источников информации, которые могут потенциально помешать думать.

Результатом предлагаемой методики является выход на новый уровень в компетенции мехатроники WorldSkills.