Thursday, February 9, 2012

Инженерное ПО в 30-ке

Осенью 2011 года в Физико-математическом лицее №30 открылся спецкурс для учащихся 8-11 классов, пока не имеющий аналогов в стране. Новый спецкурс можно считать экспериментом, который начался (и идёт) удачно, демонстрируя, что в российских школах нет препятствий к развитию данного дела. Теперь обо всём по порядку.

В одном Петербурге десятки инженерных предприятий — машиностроительных, судостроительных, транспортного оборудования. В целях сохранения конкурентоспособности многие этапы технологического процесса, которые десятилетиями осуществлялись вручную, переносятся на компьютер. Бумажные эскизы и чертежи уходят в прошлое. Математические расчёты движения механизмов и прочности деталей компьютеризированы. На рынке ПО есть немалое количество программных комплексов для инженеров, и большинство предприятий теми или иными из них обзавелись. Для завершения сей идиллической картины не хватает самого главного: молодых специалистов, которые будут эффективно работать с этим ПО и тянуть страну в светлое технологическое будущее.

Старение кадрового состава — беда, не обошедшая стороной, наверное, ни одно инженерное предприятие. В последние годы ситуация выправляется, ибо выяснилось, что с одними экономистами, финансистами и веб-программистами здоровую экономику не создать. Но всё же возрастной фактор сейчас является серьёзным препятствием к внедрению передового ПО: многие сотрудники с большим стажем неохотно переориентируются с кульмана на компьютер, и неохотно меняют устаревшее ПО (например, двумерное), на новое трёхмерное. Бывают исключения — например, известно, что лучшие из опытных инженеров легко переходят на новые программы и там продолжают быть лучшими, — но статистика перевешивает. Нужны молодые специалисты, владеющие современным инженерным софтом.

Как подготовить и заполучить таких специалистов? Очень просто: нужно открывать в школах специализированные курсы, на которых дети могли бы освоить те самые программы, которые используются на предприятиях. Это убивает двух зайцев: во-первых, полученные навыки не забудутся («руки помнят»); во-вторых, модные компьютерные новинки зарождают в детях интерес и повышают шансы на то, что они после школы решат поступить в инженерный ВУЗ, а не в какой-нибудь ещё.

Теперь о том, чего удалось добиться в ФМЛ №30. Сразу скажем, что по большей части успех начинания является заслугой консалтинговой компании «Ирисофт» [2] и их заокеанских партнёров — компании PTC [3], в стенах которой создан один из наиболее популярных инженерных пакетов под названием Creo (в прошлом Pro/ENGINEER). История PTC насчитывает 25 лет, сегодня её ПО используют более 50.000 предприятий во всём мире. Идея преподавания Creo в школах также появилась не вчера, это весьма чётко составленная программа [4], действующая в 25.000 школ. В РФ эта программа запущена в ФМЛ №30 и готовится к запуску в ещё нескольких школах. Программа содержит большое количество интересных задач и вспомогательных материалов по практике инженерного проектирования, в том числе, с недавних пор, и на русском языке. PTC, действуя совместно с Ирисофт [5], готова снабжать любые учебные заведения бесплатными лицензиями на Creo и бесплатными учебными материалами в электронном виде, при условии использования ПО только в целях обучения. Тем, кто знает английский язык, доступно ещё большее количество материалов на сайте PTC Schools [6], также бесплатно. Специалисты Ирисофт оказывают консультации по учебной программе и проводят мастер-классы. Сотрудники PTC из США и Канады также проявляют большой интерес к ходу программы в ФМЛ №30 и оказывают всевозможную помощь.

Запуская Creo, ученики попадают в новый неизведанный мир. Программа, которую они видят перед собой, хоть и называется «Schools Edition», выглядит так же и имеет те же возможности, что и версии этой программы на предприятиях. Зачастую она даже новее, благо мы не связаны корпоративными обязательствами и можем использовать всегда самый свежий выпуск. При всей серьёзности и профессиональности, Creo удивительно проста для освоения. Не требуется ни специальных обучающих режимов, ни многотомников теории. Дети просто садятся и уже на втором занятии начинают моделировать вполне осмысленные вещи. К примеру, вводный курс для начинающих [7] рассчитан на один полный день.
Одна из первых моделей, сделанных на спецкурсе
Занятия в ФМЛ №30 проходят два раза в неделю, по два часа, после уроков. Послеурочные спецкурсы у нас являются обычной практикой, и спецкурс по Creo — один из многих, на которые ученики ходят свободно по собственному желанию. В данный момент число посетителей спецкурса составляет 10 человек, среди которых есть учащиеся 8-х, 9-х, 10-х и 11-х классов.
Учебный процесс
Вскоре после вводных занятий мы приступили к работе над проектом Scalextric4Schools [8]. Scalextric — марка т.н. слот-каров, игрушечных машин с электроприводом, принадлежащая британской компании Hornby. Цель проекта, который разработан PTC в партнёрстве с Hornby, состоит в том, чтобы спроектировать корпус игрушечного автомобиля (ходовая часть + кузов) от начала до конца. Физическая копия полученной модели может быть изготовлена на специальном прототипирующем оборудовании (3D-принтере), после чего к ней монтируются колёса, оси, мотор и контакт для трассы. Все эти дополнительные детали (30 комплектов), как и трасса, продаются в стандартном наборе Scalextric по цене около 3000 рублей.
Стандартная трасса Scalextric, машинки и учебники PTC. Кадр ЛЭТИ [9]
По ходу работы над проектом дети применяют знания по математике и физике, полученные ими в школе буквально вчера. Расчёт трения и инерции на компьютере позволяет получить быстроходную модель. Задача дизайна корпуса также даёт немалую тренировку геометрической грамотности в трёхмерном пространстве.

Проект разрабатывается совместно с британской школой Our Lady Queen of Peace в Ланкашире. Между двумя школами проводятся видеоконференции, ученики ФМЛ №30 обмениваются опытом моделирования со своими зарубежными сверстниками, практикуются в английском.

Внимательный читатель скажет: всё это хорошо, но где взять прототипирующее оборудование? Оно есть в британских школах, участвующих в программе Scalextric, но для школ Петербурга это, к сожалению, непозволительная роскошь. Однако, в городе есть несколько фирм, которые оказывают услуги 3D-прототипирования с использованием разных технологий, одна из которых называется FDM (fused deposition modeling [10]). Центр объёмной печати Мидгарт [11] изготовил одну из машинок по заказу лицея. Процесс изготовления полностью автоматизирован: принимается компьютерный файл с моделью, сохранённой в Creo Elements, загружается в станок, и через два дня (или один при малой загруженности) готова пластмассовая деталь. Модели принимаются любые, с единственным ограничением на толщину, которая должна составлять не менее 2мм.

Изготовленная машинка на трассе, опытный образец
Наши британские коллеги изготавливают кузовные детали из более тонкой пластмассы по технологии вакуум-прессования. Такой подход позволяет получить более тонкие (и более лёгкие) модели, но разница для езды не очень существенна, к тому же FDM, в отличие от вакуум-пресса, не требует, чтобы модели были «однослойными». Один кузов обходится в 3-4 тысячи рублей. Что касается ходовой части, то их мы изготавливаем, так же как и британцы, из оргстекла путём лазерной резки. По сравнению с FDM это гораздо более простая технология, также доступная в городских фирмах. Одна ходовая часть обходится нам в сумму порядка 100 рублей.

Для школ, которые посчитают цену 3D-печати слишком высокой, есть хорошая новость: школы-партнёры в Великобритании готовы бесплатно изготавливать модели, переданные электронной почтой из России, и посылать уже готовые детали обратно обычной почтой. Даже без собственно изготовления машинок учебный процесс является крайне интересным, т.к. программа позволяет осуществлять разного рода физические симуляции с анимацией, а также обладает высококачественным движком 3D-рендеринга.

К весне этого года ученики ФМЛ №30 пройдут программу Scalextric4Schools и, будем надеяться («fingers crossed», как говорит Марк Фишер, глава образовательной программы PTC), смогут поехать на междушкольные соревнования в Англии, где выяснится, чья модель оказалась лучше.

Суммируя сказанное: у школ есть сейчас все возможности для изучения передовых инженерных программ. Более того, если оглянуться на предыдущие 6 месяцев, становится понятно: нам колоссально помогли PTC и Ирисофт, но мы могли сделать всё самостоятельно. Это потребовало бы большего времени и усилий, но это было возможно. Почему ни ФМЛ №30, ни какая-либо другая из тысяч российских школ этого не сделала ни сейчас, ни 5 или 10 лет назад? Да, не было материалов на русском, но вся английская документация лежит в интернете, и её легко читать. Виновата инерция мышления, неприятие нового. Почему-то без мощного толчка, без ободрения и поддержки ничего не делается. Так или иначе, толчок дан, пора действовать. И пора сделать наконец 3D-печать массовым (и более доступным) развлечением.




Posted by at
Location: ulitsa 7-ya Liniya, 52, St Petersburg, Russia

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)