СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ РАБОТЕ НА ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНОМ СТАНКЕ

Изобретение относится к технологиям обработки материалов и предназначено для обучения специалистов основным технологическим операциям при механической обработке конструкционных материалов на различных металлообрабатывающих или деревообрабатывающих станках.

Обучение молодежи работе на токарном станке имеет важное значение для развития общекультурных и профессиональных компетенций: развивает технологическую культуру, содействует эстетическому и творческому развитию личности, наиболее удачной самореализации, социализации в среде ровесников, профессиональному самоопределению.

Формирование новых знаний и навыков работы на токарно-винторезных станках достаточно подробно представлено в доступной литературе [1]. Известно также обучение с применением видеофильмов [2].

Недостатком данных традиционных способов является их низкая эффективность.

Из уровня техники известны нашлемные системы целеуказания и индикации (НСЦИ) - обязательная принадлежность современных боевых самолетов и вертолетов [3]. НСЦИ проецирует изображение на прозрачный экран, находящийся перед глазами пилота и закрепленный на его шлеме. Так как экран прозрачен, пилот может одновременно наблюдать и внешнюю обстановку, и индицируемую информацию. Пилоту индицируются основные пилотажные параметры, тактическая и навигационная информация.

Для профессионального обучения механической обработке конструкционных материалов более перспективны компактные устройства отображения дополненной реальности. Среди известных устройств: легкие очки дополненной реальности компании Epson Moverio ВТ-200 или Google Project Glass [4] и миниатюрные контактные линзы дополненной реальности компании Innovega (система iOptik). Инновационная система iOptik может работать в паре со специализированными очками. Ее пользователь фокусируется одновременно на нескольких объектах разной удаленности, причем одна цель не мешает другой [5].

В способе спортивной тренировки по патенту [6] известно применение средств дополненной реальности, при помощи которых формируют плоские и объемные фигуры специального назначения, а также запрещенные и разрешенные светодинамические зоны. Изменение положения, формы и площади разрешенных зон и режимов тренировки задают вручную или программно-аппаратным комплексом (ПАК).

Однако такие способы и ПАК, включающий системы отображения дополненной реальности, не предназначены для обучения специалистов технологическим операциям при механической обработке конструкционных материалов на токарно-винторезных станках.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности обучения работе на токарно-винторезном станке путем применения средств дополненной реальности для многовариантной визуализации требуемых данных и подсказок в режиме реального времени.

Технический результат достигается тем, что обучение ученика проводится при помощи программно-аппаратного комплекса, в состав которого входит компьютер, аудио система, видеокамеры контроля и устройства, формирующие дополненную реальность, предъявляемую ученику в виде дополненных изображений плоских и объемных фигур или запрещенных световых зон в заданном объеме рабочего пространства. Причем новым является то, что программно-аппаратный комплекс содержит заданное количество видеокамер, которые закреплены на голове ученика и/или на заданной высоте над станком. При этом изображение с видеокамер передается в компьютер программно-аппаратного комплекса для программной обработки и/или на монитор обучающего для контроля над действиями ученика и работы станка в режиме реального времени. Компьютер связан с видеокамерами и средствами дополненной реальности по радиоканалу или при помощи проводной связи. Из библиотеки программ программно-аппаратного комплекса обучающим задается программа выбранного этапа обучения. На средствах дополненной реальности ученика проецируются плоские, или объемные изображение промежуточного, или окончательного чертежа изготовляемой детали, или требуемого в данный момент операции типа резца, или изображения вспомогательного инструмента. Программно-аппаратный комплекс показывает ученику опасные зоны для его частей тела, фиксирует в заданном объеме рабочей зоны станка посторонние предметы и подает предупреждающие световые и/или звуковые сигналы и/или блокирует работу станка. Программно-аппаратный комплекс или обучающий фиксирует режимы резания обрабатываемого материала и при необходимости комментирует звуковыми или световыми подсказками процесс обработки материала.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизны".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию " изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники и имеет значительный изобретательский шаг. Следовательно, заявленный способ соответствует условию " изобретательский уровень".

Технический характер решения подтверждается наличием технического результата, получаемого при осуществлении данного изобретения. Предложенный способ впервые указывает путь и комплекс технических, программных средств,! при помощи которых поставленная задача может быть решена.

Предлагаемый способ обучения работе на токарно-винторезном станке осуществляется следующим образом. На ученике размещают устройство, формирующее дополненную реальность. Обучающий педагог из библиотеки программ программно-аппаратного комплекса выбирает программу обучения работе на токарно-винторезном станке, выбирает чертеж и объясняет ученику его задачу. Ученик, получив изображение чертежа и необходимого инструмента на очках дополненной реальности, изучает его, знакомится с последовательностью выполнения работ, подбирает соответствующий режущий, вспомогательный инструмент и приспособления, а также средства контроля размеров выполняемой детали. Затем ученик устанавливает режущий инструмент, заготовку детали в станок, фиксирует ее и запускает станок, приступая к выполнению задания.

При этом ПАК или обучающий педагог через средства дополненной реальности информирует ученика о правильности выполнения последовательности работ, качестве необходимых операций. Перед глазами ученика ПАК удерживает заданные программой обучения плоские или объемные изображения чертежа требуемой детали или промежуточные чертежи заготовок. Вместе с тем, в процессе работы ПАК контролирует расположение рук и головы ученика и предупреждает его световым и/или звуковым сигналом, если тот нарушает условия техники безопасности работы на станке.

Предлагаемый способ обучения работе на токарно-винторезном станке со средствами дополненной реальности направлен на эффективное закрепление знаний и формирование умений:

- использовать специальный инструмент и технологическую оснастку;

- рационально выбирать и контролировать режимы резания;

- оптимально обрабатывать изделия с меньшим количеством установок;

- выполнять обработку цилиндрических, торцовых, конических и фасонных поверхностей, отверстий, нарезания резьбы, накатывания.

Пример. Ученик выполнял учебное задание на токарно-винторезном станке с применением очков дополненной реальности, которые отображали чертеж выполняемой детали. В процессе выполнения работ начинающий токарь принял решение проконтролировать диаметр заготовки штангенциркулем на вращающейся детали, не останавливая станок. Данный прием является грубым нарушением техники безопасности. Как только рука ученика со штангенциркулем вошла в установленную нормативами работы на станке опасную зону, система видеоконтроля ПАК зафиксировала нештатную ситуацию и в автоматическом режиме без задержки подала визуальный сигнал тревоги на экран очков дополненной реальности и на монитор ответственного за обучение.

При осуществлении заявляемого способа могут использоваться известные технические решения и средства. Для компьютерной обработки информации может быть использовано известное или оригинальное программное обеспечение.

Материалы данного изобретения раскрывают способ обучения работе на токарно-винторезном станке, вместе с тем возможно применение данной технологии и для обучения специалистов на других станках и оборудовании.

Изобретение позволяет создавать условия, которые имеют педагогическое и методическое преимущество по сравнению с известными способами обучения специалистов механической обработке конструкционных материалов. Отдельно следует выделить рациональность применения средств дополненной реальности при дистанционном обучении и контроле, когда обучающий педагог не может присутствовать рядом с учеником.

Заявляемый способ позволяет на качественно новом уровне организовать обучение работе на токарно-винторезном станке, интерактивно контролировать процесс, давать подсказки в режиме реального времени, а также индивидуализировать программы обучения с различными целями и уровнем сложности задания. Многовариантное применение средств дополненной реальности, представленное данным сочетанием 2D и 3D изображений и звуковым сопровождением, обеспечивает синергетический эффект. Обучение максимально вариабельно, вписано в процесс выполнения конкретных трудовых заданий, обладает эффектом присутствия учителя, что способствует значительному повышению эффективности подготовки токаря.

Таким образом, заявляемый способ обучения работе на токарно-винторезном станке обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта. Способ позволяет сформировать эффективные педагогические условия с комплексным применением инновационных средств дополненной реальности для решения актуальной задачи.

Источники информации

1. Бергер И.И. Токарное дело. - М.: Высш. шк.., 1990. - 314 с.

2. https://www.youtube.corn/watch?v=s_rZndptQeo

3. Журнал «Электроника НТБ», 5/2003, стр. 66

4. https://plus.google.com/+projectelass/posts

5. http://innovega-inc.com/

6. Патент Евразийский 027931, МПК А63В 69/00. Способ тактико-технической подготовки спортсменов / Афоньшин В.Е., Роженцов В.В., Рыбаков А.Е. заявл. 17.02.2014, опубл. 29.09.2017. Бюл. №9.