-
Постановка проблемы. Обзор
- Автомобилестроение
Современное профессиональное образование должно, в первую очередь, отвечать на запросы рынка труда.
В то же время потребности работодателей определяются не только конкретными проблемами сегодняшнего дня, но и общемировыми тенденциями в той или иной сфере деятельности.
В обслуживании автомобильного транспорта такими тенденциями, определяющими потребности рынка труда, являются как выпуск все большего количества автомобилей, использующих в большей или меньшей степени альтернативные виды топлива — газомоторные автомобили, автомобили, использующие электрическую энергию, гибридные формы, использующие как традиционные двигатели внутреннего сгорания, так и электрическую энергию, так и активно развивающаяся тенденция, ведущая к автономности транспортных средств.
Стремление к автономности автомобиля, его способности передвигаться, реагируя на дорожную ситуацию, продиктовано, в первую очередь, стремлением снизить потенциальную опасность автомобиля, управляемого человеком, опасность, которая может возникнуть именно по вине водителя, отвлекшегося или неправильно оценившего дорожную ситуацию.
По данным ГИБДД РФ за 2017 год на дорогах Росси погибло 19 088 чел., ранения различной степени тяжести получили 215 374 чел., общее количество дорожно-транспортных происшествий составило 169 432. За первое полугодие 2018 года число погибших составило 8 912 чел., пострадавших — 109 901 чел., количество аварий — 85 841. Несмотря на отмечаемое снижение количества дорожно-транспортных происшествий, а также количества погибших и пострадавших, проблема безопасности транспортных средств продолжает оставаться крайне острой.
Таким образом, применение технологий, автоматизирующих поведение транспортного средства как в транспортном потоке, так и вне его, например, при парковке, с целью минимизации или полного исключения человеческого фактора, является одной из первоочередных задач, стоящих перед автомобилестроителями.
В этой связи следует сказать, что к настоящему времени подавляющим большинством автопроизводителей реализованы нулевой и первый уровни автоматизации по классификации Сообщества автомобильных инженеров (SAE):
– 0-й уровень: отсутствие контроля над машиной, но может присутствовать система уведомлений;
– 1-й уровень: водитель должен быть готов в любой момент взять управление на себя. Могут присутствовать следующие автоматизированные системы: круиз-контроль, автоматическая парковочная система и система предупреждения о сходе с полосы 2-го типа.
Некоторые модели автопроизводителей, наиболее интенсивно работающих в области автоматизации поведения транспортных средств, могут быть классифицированы на уровнях 2 и 3:
– 2-й уровень: система управляет ускорением, торможением и рулением, однако водитель должен реагировать, если система не смогла справиться самостоятельно.
– 3-й уровень: водитель может не контролировать машину на дорогах с «предсказуемым» движением (например автобаны), но должен быть готовым взять управление транспортным средством.
Существуют и единичные экспериментальные образцы автомобилей, способных передвигаться самостоятельно по трассам с «предсказуемым движением» (уровень 4), или полностью автономно (уровень 5).
Очевидно, что с возрастанием мощности компьютеров, применения «быстрого интернета» и «интернета вещей», когда необходимые вычисления производятся в «облаках», обладающих значительно большей вычислительной мощностью, нежели бортовые автомобильные системы, развитие беспилотного транспорта будет все более ускоряться.
Как видно из беглого обзора развития беспилотных транспортных средств, продолжающегося всего лишь с начала XXI века, в самое ближайшее время эти транспортные средства будут составлять все большую долю рынка, привлекая потребителей своей безопасностью и возможностью использовать время поездки для других целей, помимо слежения за дорогой, что неизбежно создаст потребность в диагностировании и устранении неполадок, возникающих в этих амортизированных системах.
1.2.Образование, профессиональная подготовка
Как видно из вышесказанного, подготовка специалистов для транспортной отрасли, которые могли бы проводить диагностику и техническое обслуживание различных компонентов интеллектуальных систем, используемых в транспортной отрасли, является насущной задачей, требующей скорейшего решения.
Необходимо учитывать, что наиболее востребованы на рынке труда будут как специалисты с высшим профессиональным образованием, которые обеспечат развитие отрасли, продуцирование и разработку новых технологических решений, их конструирование и внедрение в производство, так и специалисты со средним профессиональным образованием (квалифицированные рабочие и специалисты среднего звена), обладающие практическими навыками и умеющие решать конкретные производственные задачи.
В настоящее время существует несколько федеральных государственных образовательных стандартов высшего и среднего профессионального образования, подготовка по которым в той или иной мере затрагивает рассматриваемые вопросы:
–в высшем профессиональном образовании (программы бакалавриата, специалитета и магистратуры):
23.03.02 — Наземные транспортно-технологические комплексы;
23.03.03 — Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов;
23.04.01 — Технология транспортных процессов;
23.04.02 — Наземные транспортно-технологические комплексы;
23.04.03 — Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов;
23.05.01 — Наземные транспортно-технологические средства;
09.03.01 — Компьютерные системы и комплексы;
09.03.03 — Прикладная информатика;
09.04.01 — Компьютерные системы и комплексы;
09.04.03 — Прикладная информатика;
–в среднем профессиональном образовании (подготовка специалистов среднего звена):
– 23.02.01 Организация перевозок и управление на транспорте (по видам);
– 23.02.02 Автомобиле- и тракторостроение;
– 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта;
– 23.02.05 Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики (по видам транспорта, за исключением водного);
– 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы;
– 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям);
– 15.02.10 Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям.)
Тем не менее, анализ содержания этих стандартов показывает, что ни один из них не удовлетворяет в полной мере требованиям, которые будут предъявлены работодателями к специалистам по разработке, конструированию, внедрению и техническому обслуживанию интеллектуальных транспортных систем.
Необходимо отметить в дополнение, что как подготовка специалиста высшего образования, так и среднего профессионального образования, будь то руководитель среднего звена, мастер или квалифицированный рабочий требует довольно продолжительного времени — от двух до пяти-шести лет, тогда как технологии, используемые в автомобильном транспорте, быстро развиваются, а специалисты требуются уже сейчас.
Очевидно, что интенсивное внедрение цифровых технологий в транспортную сферу требует разработки нового подхода к подготовке специалистов среднего звена и квалифицированных рабочих, которые могли бы уже «завтра» выйти на рынок труда и, обладая необходимыми компетенциями, оказывать услуги по диагностике и ремонту цифровых транспортных средств.
Одним из возможных решений проблемы подготовки кадров являются дополнительные профессиональные образовательные программы, позволяющие гибко реагировать на запросы работодателей и обеспечивать их кадрами, подготовленными по приоритетным для отрасли направлениям.
- Формирование иструктура программы. Модульная структура. Сетевые возможности взаимодействия
Как указывалось выше, дополнительные профессиональные образовательные программы позволяют с наибольшей полнотой реагировать на изменения запросов работодателей в отношении квалифицированных рабочих и специалистов среднего звена.
В связи с этим, учитывая ближайшие перспективы развития автомобильной отрасли, в Санкт-Петербургском государственном бюджетном профессиональном образовательном учреждении «Академия транспортных технологий» было принято решение о создании инновационной площадки для подготовки кадров именно в области транспортных средств, использующих как экологически чистые виды топлива, так и информационные технологии, результатом чего стало создание и апробация Программы дополнительного профессионального образования, направленной на совершенствование и (или) получение новой компетенции по наладке, техническому обслуживанию и ремонту беспилотных транспортных средств, включающей помимо теоретической части два лабораторных практикума: по моделированию и программированию и автоматизированным системам управления автомобилем.
Основными принципами, на которые опирались сотрудники Академии при разработке программы, были следующие:
- Ориентация на требования рынка труда, что диктовало необходимость проведения анализа парка автотранспортных средств с точки зрения их автоматизации, выявления проблемных областей и создания соответствующих учебных материалов;
- Масштабируемость. Этим продиктована модульная структура программы, которая позволяет обеспечить ее гибкость и ориентированность на конкретный уровень подготовки обучающихся;
- Практикоориентированность. Этим условием диктовалось включение в состав программы подготовки лабораторных практикумов, в ходе которых обучающиеся могли самостоятельно осваивать программирование различных типов контроллеров, реально использующихся при производстве транспортных средств, а также создавать как прикладные программы, так и непосредственно транспортные средства, использующие эти программы и движущиеся в соответствии с заранее определенными условиями.
Особое внимание при разработке программы уделялось формированию входного оценивания уровня обученности граждан, желающих обучаться. Такой контроль дает возможность сформировать однородную по уровню подготовленности группу, и проводить занятия, опираясь на ранее полученные знания слушателей, избегая повторения уже изученного учебного и практического материала.
Цель реализации Программы: сформировать у слушателей Программы профессиональные компетенции, обеспечивающие выполнение профессиональной деятельности в области наладки, технического обслуживания и ремонта беспилотных наземных транспортных средств.
К освоению дополнительной профессиональной программы допускаются лица:
– имеющие среднее профессиональное и (или) высшее образование по укрупненной группе специальностей 23.00.00 Техника и технологии наземного транспорта.
– получающие среднее профессиональное и (или) высшее образование по укрупненной группе специальностей 23.00.00 Техника и технологии наземного транспорта.
Необходимый начальный уровень подготовки: знание устройства автомобиля, основ технического обслуживания автомобиля.
Срок освоения дополнительной профессиональной программы обеспечивает возможность достижения планируемых результатов и получение новой компетенции (квалификации), заявленных в программе.
Объём программы: 350 учебных часов
Лицам, успешно освоившим дополнительную профессиональную программу и прошедшим итоговую аттестацию, выдается документ о квалификации: диплом о профессиональной переподготовке.
Программа направлена на овладение следующими компетенциями
– Проведение диагностики мехатронных систем беспилотных наземных транспортных средств;
– Устранение неисправностей в мехатронных системах беспилотных наземных транспортных средств;
Обучение по дополнительной профессиональной программе осуществлялось поэтапно посредством освоения отдельных учебных модулей, в порядке, установленным образовательной программой и(или) договором об образовании.
Учебный материал курса разбит на отдельные, завершенные содержательные элементы — модули, которые при успешном прохождении всего курса дают слушателям необходимое теоретическое и практическое представление по тематике дополнительной профессиональной программы.
Каждый отдельный модуль создает целостное представление об определенной предметной области деятельности с помощью современных образовательных технологий и их учебно-методического сопровождения.
Модули объединяют учебное содержание и технологию овладения им.
Достоинствами модульного построения реализуемой дополнительной профессиональной программы является то, что модуль рассматривается как целостный фрагмент содержания обучения по программе; модуль можно соединять и сопоставлять с другими модулями, что нацеливает слушателей на изучение дополнительных модулей, входящих в программу обучения.
Таким образом, реализуется продуктивность обучения, усиливается вариативная составляющая, способствующая более полному удовлетворению запросов и потребностей слушателей, интегрируются знания, формируются практические умения и навыки по применению изученного теоретического материала при прохождении лабораторных практикумов, а впоследствии — непосредственно в трудовой деятельности.
Дополнительная профессиональная программа реализуется в очной форме обучения, предусмотренной Федеральным Законом от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации».
При реализации данной программы возможно использование сетевой формы, т. е. образовательные организации, обладающие соответствующей учебно-материальной базой и педагогическими кадрами, могут самостоятельно, используя методические указания, разработанные в ходе реализации программы, изучить теоретическую часть программы, а также провести некоторые из лабораторно-практических работ. Текущий контроль и итоговая аттестация по программе, тем не менее, должна проводиться в головной (базовой) организации, которая возьмёт на себя реализацию программы во всей полноте.
Программа состоит из следующих модулей:
Модуль 1 Электротехника и электроника.
В процессе изучения этого модуля слушатели должны получить основное представление об основах электротехники (элементы электрических цепей — резисторы, конденсаторы, индуктивности, трансформаторы), цепях переменного и постоянного тока, а также об основах электроники (полупроводниковые элементы, твердотельная электроника, чтение электронных схем, виды и принципы работы датчиков, виды и принципы работы исполнительных элементов — электродвигатели, исполнительные электромагниты).
На освоение слушателями этого модуля Программой предусмотрено 20 академических часов, в т. ч. 2 ч лабораторных и 6 часов практических работ.
Модуль 2 Силовой электрический привод.
Изучение материалов, представленных, в этом модуле, предполагает ознакомление и изучение таких тем, как электроника и схемотехника силового привода, особенности устройства тяговых электродвигателей, характеристики двигателей сервоприводов, изучение датчиков силового привода, а также систем автоматизированного управления сервоприводами.
На освоение слушателями этого модуля Программой предусмотрено 34 академических часа, в т. ч. 14ч лабораторных и 10 часов практических работ.
Модуль 3 Средства роботизации автомобиля представляет собой развёрнуый практикум на базе технологии ARDUINO. На освоение слушателями этого модуля Программой предусмотрено 30 академических часов лабораторных работ.
Модуль 4 Основы алгоритмизации и программирования роботизированных транспортных средств. Этот модуль, один из важнейших в Программе, разбит на два раздела, в первом из которых слушатели изучают основы алгоритмизации, введение в программирование, операторы языка программирования, массивы и указатели, макросы, функции, библиотеки подпрограмм.
Во втором разделе изучается среда моделирования V-REP — интерфейс управления объектами, сценой, траекторией движения, датчиками, чтение и оптимизация программного кода. На освоение этого модуля Программой предусмотрено 70 академических часов, в т. ч. 16ч теоретических и 54ч практических занятий.
Модуль 5 Автоматизация проектирования информационных систем.
Изучение этого модуля направлено на освоение и получение слушателями практических навыков по разработке технического задания на проектирование изделия, организации работы с базами данных, 3D-моделированию, работе в САПР ТП Вертикаль.
Модуль 6 — центральный модуль Программы, интегрирующий ранее полученные знания и демонстрирующий возможность их применения в автомобильной области.
Этот модуль включает в себя два раздела, в первом из которых «Автоматизированные системы транспортных средств» изучаются арифметические основы теории цифровых устройств: арифметические основы работы микропроцессорной техники, логические основы работы компьютера, комбинационные устройства, специализированные бортовые системы автомобиля (системы бортовой самодиагностики, бортовой компьютер, устройство сетей и программное обеспечение гибридных автомобилей, устройство сетей и программное обеспечение электромобилей). Информация и практические и лабораторные занятия по этому модулю дают слушателям представление о том, как функционируют информационные системы внутри автотранспортного средства.
Второй раздел модуля «Системы передачи данных в транспортных системах» посвящен изучению того, как информационные системы работают вне автомобиля, т. е. в тех случаях, когда автомобили взаимодействуют между собой, с дорожной инфраструктурой, системами ГЛОНАСС/JPS.
В этом модуле изучаются основы локальных сетей, глобальные сети, протоколы сетей, физические основы передачи данных, радиочастотная передача данных, Wi-Fi и Bluetooth сети автомобилей, автомобильные системы передачи данных (шинные системы, использование CAN-шин, контроллеры и электронные блоки управления, сетевые структуры современных автомобилей).
На освоение этого модуля Программой предусмотрено 150 академических часов, в т. ч. 100ч теоретических и 50ч практических занятий.
Модуль 7 Охрана окружающей среды — завершающий модуль Программы, в ходе которого слушателям даются сведения о влиянии автомобильного транспорта на окружающую среду, слушатели также знакомятся с Государственными стандартами по снижению загрязнений атмосферного воздуха основными токсичными веществами отработавших газов автомобилей.
На освоение этого модуля Программой предусмотрено 6ч академических часов.
Программой предусматривается проведение как промежуточного (по итогам изучения каждого модуля), так и итогового контроля. Для проведения каждого вида контроля разработаны соответствующие комплекты оценочных средств. Вместе с тем, формы контроля могут быть разнообразны. В качестве оценочных средств используются:
– различные виды устного и письменного контроля (выступление с докладом, опрос на занятиях, выполнение практических и лабораторных работ, контрольные и самостоятельные работы, и т. д.);
– компьютерное и бланочное тестирование;
– индивидуальные домашние задания, презентации и т. д.
При оценке выполнения заданий учитывается полнота, правильность полученных результатов, качество оформления, сроки представления работы и т. д.
- Апробация Программы
Сформированная таким образом программа, построенная по модульному принципу и ориентированная как на потребности работодателей, так и на возможности слушателей, была апробирована в Академии в течение мая-ноября 2018 года.
В ходе реализации программы было обучено более 30 студентов (2 учебные группы). Занятия проводились 2–3 раза в неделю. Основное число слушателей, участвовавших в апробации Программы и получивших соответствующие свидетельства, составили студенты выпускных курсов Академии, однако в числе слушателей были и граждане, ранее получившие среднее профессиональное образование по техническим специальностям.
Основное внимание при формировании групп уделялось входному контролю, для чего было отведено 4 академических часа. Входной контроль проводился путем тестирования и был направлен на определение уровня ранее полученных абитуриентами знаний и возможности их использования при обучении по Программе.
Тщательное проведение входного контроля позволило скорректировать конкретную тематику проводимых занятий, не изменяя основной структуры Программы в целом. Анализ тестовых ответов, показал, что наибольшие пробелы слушатели имеют в областях программирования, устройства и использования микроконтроллеров и сервоприводов, и, вместе с тем, обладают хорошими знаниями по электротехнике и силовому приводу, в результате чего количество аудиторных занятий по этим предметам было несколько уменьшено, что позволило расширить количество часов по модулям 3–5.
Основной интерес у слушателей вызвали практические занятия, на которых они осваивали прикладные возможности использования полученных знаний.
Благодаря наличию в академии нескольких систем программирования и робототехники, обучающимися в ходе практических занятий были собраны, запрограммированы и прошли испытания три модели беспилотных транспортных средств — на базе контроллеров Arduino, контроллеров LEGO и контроллеров ТРИК. Все три модели продемонстрировали способность приема и обработки входящих сигналов, а также реакцию на них в соответствии с заранее разработанными слушателями курсов и загруженными программами. Наибольший интерес в этом плане представила программа, в соответствии с которой транспортное средство выполняло упражнения, которые требуется выполнить водителю при сдаче экзамена в ГИБДД.
Итоги
Создание и апробация Программы дополнительного профессионального образования в Академии транспортных технологий Санкт-Петербурга позволило подтвердить тезис, выдвигавшийся ранее, о том, что именно создание инновационных площадок и дополнительных профессиональных программ позволит в кратчайшие сроки обеспечить рынок труда необходимыми кадрами.
