Статья посвящена рассмотрению путей повышения качества освоения профессиональных компетенций студентами технических специальностей.

Ключевые слова: качество образования, профессиональные компетенции, надежность, измерения, статистическая обработка информации.

Подготовка студентов по направлению 27.04.01 «Стандартизация и метрология» подразумевает получение навыков по производственной технологической деятельности, связанной с [1]:

                    автоматизацией процессов измерений, контроля и испытаний в производстве и при научных исследованиях;

                    внедрением новой измерительной техники, математическим моделированием процессов, оборудования и производственных объектов с использованием современных информационных технологий проведения исследований;

                    разработкой методики и технологии проведения экспериментов и испытаний, обработка и анализ результатов, принятие решений, связанных с обеспечением качества продукции, процессов и услуг;

                    использованием современных информационных технологий при проектировании средств и технологий управления метрологическим обеспечением и стандартизацией.

В рамках изучения дисциплин связанных с надежностью технических средств или технических систем, очень часто возникают ситуации, в которых студенты теряют к ним интерес. Это происходит из-за чрезмерной «теоретизации» курса, без подтверждения на практике полученных знаний. В общем случае, получение практических навыков сводится только к решению абстрактных задач с применением формул.

Целью статьи является описание практической работы, проводимой на кафедре «Техническая экспертиза и управления качеством» Севастопольского государственного университета, направленной на использование методов получения информации о надежности с применением электронных компонентов и повышение интереса к таким дисциплинам, изучающим надежность технических систем.

Работа состоит из двух этапов: подготовка к проведению эксперимента и непосредственно проведение эксперимента.

При проведении эксперимента используется следующее оборудование: резисторы определенных номиналов — подбираются вручную, резисторы обозначенные на рисунке 1 как R3 и R4, гальваническая развязка (опторазвязка) модели 4N35 производства фирмы «Vishay Semiconductors» [2], микроконтроллер модели ATmega 328P фирмы «Atmel» [3] и источник питания.

На этапе подготовки необходимо подобрать пару резисторов R1 и R2, так, чтобы они образовали делитель напряжения и напряжение с его выхода, поступающее на микроконтроллер, было не более 5 вольт. Мощность, выделяемая на сгораемом сопротивлении, превышает номинальную не менее чем в 10 раз. Еще одним обязательным условием является то, что все разрушаемые резисторы должны быть одного номинала по сопротивлению и мощности, чтобы обеспечить репрезентативность выборки. Номиналы резисторов R1 и R2, и напряжение от источника питания выбираются на основании теоретических расчетов с соблюдением ограничений по мощности и напряжению.

Второй этап — проведение эксперимента.

Целью эксперимента является исследование надежности электрических компонентов в экстремальных условиях. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

                    провести многократные измерения времени работы резисторов в экстремальных условиях;

                    построить на основании статистических данных закон распределения времени работы резисторов в экстремальных условиях.

Принципиальная схема испытания резисторов представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Электрическая схема эксперимента

Суть эксперимента заключается в следующем. Источник питания В1 подает на делитель напряжения R1-R2 100 В. С помощью микроконтроллера U2 происходит регистрация изменения напряжения в цепи. Применение гальванической развязки обеспечивает безопасную работу микроконтроллера.

Резистор R3 используется для понижения тока на опторазвязке. При отсутствии питающего напряжения, ключ опторазвязки находится в разомкнутом состоянии. В таком состоянии АЦП, входящий в состав микроконтроллера, фиксирует значение напряжения 5 В. При замкнутом состоянии ключа, АЦП фиксирует сигнал соответствующий напряжению 0 В.

Для регистрации и обработки данных, полученных в ходе эксперимента, создана программа в среде NILabVIEW [4]. С помощью данной программы происходит запись результатов каждого из экспериментов в отдельный текстовый файл. Данные из файлов обрабатываются другой программой, созданной в той же среде программирования, используемой для представления результатов в графическом виде. Пример обработки результатов представлен на рисунке 2. На данном графике представлена длительность времени разрушения резистора.

Рис. 2. Графическое представление обработанных данных

Время t1 — время начала разрушения резистора, t2 — время окончания разрушения. Время разрушения резистора Δt = t2-t1.

На рисунке 3 представлены результаты 70 экспериментов. По вертикали откладывается время работы каждого резистора в экстремальных условиях, по горизонтальной оси — номер эксперимента.

Рис. 3. Диаграмма рассеяния результатов экспериментов

Далее, строится гистограмма распределения времени — рисунок 4.

Рис. 4. Гистограмма результатов экспериментов

Построенная гистограмма имеет форму близкую к нормальному закону распределения [5], с параметрами среднеквадратичного отклонения σ = 0,61, дисперсией D = 0,37 и итоговым результатом измерений t = (27,13 ± 0,32) с,

Р = 0,99 %.

ВЫВОДЫ

В настоящее время согласно ФГОС обучение предполагает получение студентами общекультурных и профессиональных компетенций. Представленная статья демонстрирует один из возможных путей повышения качества освоения профессиональных компетенций на примере обучения по специальности 27.04.01 Стандартизация и метрология. В статье, на примере дисциплин, связанных с надежностью и статистической обработкой информации, показана как на практике, используя реальные электронные компоненты можно получить массив экспериментальных данных о надежности и использовать их для проверки теоретических положений. Представленная практическая работа не требует больших материальных затрат и сложного оборудования, поэтому её не сложно внедрить в учебный процесс в достаточном количестве на группу обучающихся.

Выполняя подобные работы, студенты осваивают следующие профессиональные компетенции согласно [1]:

                    способность автоматизации процессов измерений, контроля и испытаний в производстве и при научных исследованиях;

                    готовность к руководству разработкой и внедрению новой измерительной техники;

                    внедрение современных методов и средств измерений;

                    владение методами математического моделирования процессов, оборудования и производственных объектов с использованием современных информационных технологий проведения исследований, разработкой методики и технологии проведения экспериментов и испытаний, обработкой и анализом результатов, принятием решений, связанных с обеспечением качества продукции, процессов и услуг;

                    готовность использовать современные информационные технологии при проектировании средств и технологий управления метрологическим обеспечением и стандартизацией.

Литература:

1.                Приказ Минобрнауки России от 30.10.2014 N 1412 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 27.04.01 Стандартизация и метрология (уровень магистратуры)" (Зарегистрировано в Минюсте России 26.11.2014 N 34923).
2.                Optocoupler, Phototransistor Output, with Base Connection 4N35 Document Number: 81181 Rev. 1.2, 07-Jan-10.
3.                8-bit Atmel Microcontroller Mega 328P Rev. 8161D–AVR–10/09.
4.                LabVIEWTM Getting Started with LabVIEW June 2010 373427G-01 National Instruments.
5.                Маловик К. Н., Юдин А. В.: Учеб.-метод. пособие по выполнению практических задач Севастополь: СНУЯЭиП, 2006. — 86 с.