Конспект лекций вариативной части дисциплины
«Введение в инженерную деятельность»
Направление 151000 «Технологические машины и оборудование»
Л. 1 История кафедры (и кратко МСФ), имена, достижения.
Л. 2 Образовательная программа
Л. 3. Профиль подготовки "Машины и оборудование нефтяных и газовых
промыслов"
Л .4. Концепции СDIO.
Л. 5. Описание творческих проектов.
Л. 6 – Научно-техническое творчество: Методы проектирования (по П.Хиллу, К.
Джонсу)
Л.1.
Кафедра "Теоретическая и прикладная механика"
В современном состоянии кафедра являет объединение общеинженерных образовательных и
научных разделов механики, которые в течение столетия формировали соответствующие профильные
кафедры. Их структурирование и взаимодействие на разных этапах развития Томского политехнического
университета, представленное схемой с указанием всех заведующих кафедрами, отражает тенденции
прошлого времени и настоящего.
Первый набор студентов
в Томский Технологический
институт
Императора
Николая II на два отделения –
механическое и химикотехнологическое был ярким
проявлением
научных
и
технических достижений 19–
го века в этих отраслях
знаний, их использование в
промышленном
развитии
Сибири и Дальнего Востока
явилось требованием времени
и общества.
В только что возведённых
зданиях института учебное и
научно-методическое
обеспечение по программам
специальностей будущих
инженеров создавали
небольшие творческие
коллективы во главе
ординарных и
экстраординарных
профессоров. Все они были
приглашены из ВУЗов
центральной части
Российской империи. Ещё не
существовало таких строго
структурных подразделений
как кафедры и всех
преподавателей
общеобразовательных
дисциплин механического
направления только условно
можно объединить названием
кафедра "Прикладная
механика и
машиностроение".
Первую лекцию по
"теоретической
механике"
прочитал в 1900г. студентам
первого курса механического
отделения Некрасов В.Л. –
один из первых профессоров-математиков в Томске. Им же был написан первый учебник
по этой дисциплине. В осеннем семестре второго курса в 1901г. студенты уже слушали
курсы проф. Бобарыкова И.И. "сопротивление материалов" и "детали машин", который
как декан в период 1901-1906г. осуществлял формирование материальной базы и общее
управление механическим отделением. Его учебники "Сопротивление материалов" и
"Детали машин" длительное время находили спрос в среде студентов России.
При формировании института в архитектуре физического корпуса было
предусмотрено размещение "механической лаборатории". Её становление началось в
1902г. и к 1907г. она была укомплектована оборудованием ведущих зарубежных фирм.
Параллельно шло создание кабинета деталей машин. По решению правления института в
связи с 25-летием научно-педагогической деятельности Бобарыкова И.И. созданная им
"механическая лаборатория" названа его именем. В 1914г. он был избран директором
института. Ссылаясь на неважное здоровье, он просит отсрочки и вступает в должность в
1916г., но в 1918г., затем 1919г. подает прошение об освобождении от должности. После
избрания нового директора Угарова А.В (профессор по кафедре "прикладная механика и
машиностроение") он был освобожден от должности указом Верховного правителя
Сибири А.В. Колчака. Большой заслугой руководителей института и кафедр является то,
что в смутное время гражданской войны и государственного переустройства им удалось
сохранить лаборатории и кабинеты от расхищения и уничтожения.
До настоящего времени "механическая лаборатория" сохраняет приоритет среди
ВУЗов сибирского региона по обеспечению учебного процесса экспериментальной
составляющей. На её оборудовании проводились обширные исследования механических
свойств природных материалов Сибири и экспертизы разнообразных конструкционных
элементов по заказам сибирских предприятий. Здесь в развитии механики были получены
экспериментальные результаты ряда её новых теоретических положений, которые стали
основой многих кандидатских и докторских диссертаций преподавателей кафедры.
Индустриализация сибирского региона требовала увеличения выпуска инженеровмехаников и их специализацию. Всегда реально существующее внутреннее
структурирование кафедры "Прикладная механика и машиностроение", коллектив
которой был уже сформирован из лучших выпускников факультета, соответствовало
реформе высшей школы 20-х годов. В логичной последовательности изучения
общеинженерных разделов механики к 1930г. были образованы кафедры "Теоретическая
механика", "Сопротивление материалов", "Прикладная механика".
Интенсифицировалась работа по совершенствованию рабочих программ и
развитию традиций и принципов, заложенных в годы их основания. Обеспечение
качественного обучения достигалась укреплением материальной базы и повышением
квалификационного уровня преподавателей их вовлечением в научные исследования.
В работах Трапезникова Г.В., Алабужева П.М., Нечаева В.К. получают развитие
идеи Бобарыкова И.И., Малеева В.Л., Малышева А.П. Верховский А.В. открывает
явление предварительного смещения. Существенный вклад в развитие соответствующих
разделов механики внесли Коняхин И.Р., Дель Г.Д., Шубович С.И., Беляев А.Е., Селихов
Ю.С., Максак В.И., Нестеренко В.П. Седоков Л.М. организовал эффективную
методическую работу, в результате которой в 1970г. при кафедре был открыт факультет
повышения квалификации преподавателей ВУЗов страны.
В новых тенденциях развития высшей школы происходит конвергенция
направлений механики и в 1994г. кафедры "Теоретическая механика" и "Сопротивление
материалов" были объединены, а в 1999г. к ним присоединена кафедра "Прикладная
механика". Эти тенденции не следует связывать с социальными изменениями общества,
они имеют иные корни.
В 1686 г. И. Ньютон изложил сформированные к его времени механистические
представления о процессах в природе в фундаментальном труде "Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica", который в переводе А.Н. Крылова назван "Математические начала
натуральной философии". Слово "Natura" обозначает "Природа" и ничего другого из того,
что привносится смысловыми оттенками русского языка в образованиях "натуральный,
естественный, не искусственный". Уже существовало представление о бифуркации
философии на две основные ветви: социальную философию с её вопросами о
взаимоотношении человека с человеком и обществом и философию природы, на законах
которой должны строиться взаимоотношения человека с природой. Мы наблюдаем
сегодня обострение социальных вопросов и возникновение проблем взаимоотношений
человеческой деятельности с природой. Компактное слово "Экология" возможно в
дальнейшем сформирует чёткое научное направление, но сегодня это только желание
оптимального устроения этих взаимоотношений с весьма скромными результатами.
Человек в социуме воздействует на Природу своими машинами и сооружениями,
их концепции на базе новых вопросов уже объединяют научные направления механики и
придают им новый стимул. С ними смыкаются вопросы методического характера о
структуре, о содержании и дозировке учебного материала. Пока существующие и даже на
стадии разработки учебные пособия вызывают замечания, их консерватизм из-за
неопределённости и несовершенства некоторых представлений не соответствует
возможностям студентов и требованиям времени. Пожалуй, сегодня нет таких
преподавателей, которые бы имели полное удовлетворение от прочитанного им курса.
Объединённый коллектив обеспечивает курсы: теоретическая механика,
сопротивление материалов, теория механизмов и машин, детали машин, механика
материалов и конструкций, техническая механика, основы конструирования. Уже по
комбинаторике названий новых дисциплин можно заметить тенденцию сжатия
информации, которая может быть успешной только при всесторонней лексической,
понятийной и математической проработке.
Научные исследования проводятся, как по традиционным направлениям, так и по
новым вопросам: механика контактного взаимодействия элементов конструкций, эластика
деформируемых тел, автоматическая балансировка вращающихся тел, динамика
бурильных машин, приводы с промежуточными телами вращения, зубчатые передачи при
изнашивании профилей зубьев.
Кадровый состав всегда формировался в соответствии с задачами кафедры.
Сегодня он включает: 3 д.т.н, 1 д.ф-м.н., 22 к.т.н., 1 к.ф-м.н., среди которых 1 член-корр.
РАЕН, 2 почётных работника Минобразования РФ, 2 почётных работника угольной
промышленности. И всех объединяет ключевая идея философии природы – устроение
взаимоотношения с ней посредством изучения её механики и применения её законов в
устройствах и машинах преобразующих, но не вредящих ей.
Примеры основных научно-технических (конструкторских) разработок (технологий)
кафедры
Основными научными направлениями кафедры «Теоретическая и прикладная механика»
являются:
1) исследование передач зацеплением с промежуточными элементами;
2) разработка и исследование устройств с автоматической балансировкой вращающихся
роторов;
3) разработка методик упрочнения материалов.
Пример
Экспериментальная модель маятникового АБУ на РШМ
Л.2.
АННОТАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
1. Наименование образовательной программы
151000 Технологические машины и оборудование
профиль «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»
2. Факультет (Институт)
Институт физики высоких технологий
3.Кафедра
Теоретической и прикладной механики (ТПМ)
4. Заведующий кафедрой
к.т.н., доцент ФИО
5. Общие сведения
Время обучения – 4 года,
получаемая квалификация – бакалавр;
предшествующий уровень образования абитуриента – среднее (полное) общее
образование.
6. Основные цели ООП
Готовность специалистов к производственно-технологической и инжиниринговой
деятельности во всех отраслях промышленности, связанных с поиском и разведкой
нефти и газа, рациональной эксплуатацией нефтяных и газовых месторождений; к
научно-исследовательской работе; к активному участию в инновационной деятельности.
7. Задачи программы
сформировать знания и умения, направленные на решение комплексных задач,
связанных с проектированием, изготовлением, исследованием, эксплуатацией и ремонтом
бурового и нефтегазопромыслового оборудования;
изучить новейшие достижения методологии научного творчества, современных
информационных технологий в области обеспечения эксплуатационной надежности
оборудования для добычи нефти и газа, их подготовки и транспортировки на нефте- и
газоперерабатывающие предприятия;
освоить применение методов математического моделирования в нефтегазовой
отрасли;
изучить современные приборы, используемые в нефтегазовой промышленности и
освоить методы обеспечения надежности и долговечности оборудования;
ознакомиться с основными проблема и факторами эффективного развития
предприятий нефтегазовой отрасли в условиях рыночных отношений.
8. Перечень основных специальных дисциплин
техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин;
техника и технология добычи и подготовки нефти и газа;
гидромашины и компрессоры;
эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов;
расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов;
расчет и конструирование машин и оборудования для бурения;
эксплуатация, ремонт и монтаж машин и оборудования для бурения;
организация производства и менеджмент;
экономика предприятий нефтегазовой отрасли;
машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин на суше (на море).
9. Кадровое обеспечение
Образовательный процесс осуществляют 4 профессора, 27 доцентов, 3 старших
преподавателя.
10. Материально-техническая база.
Специализированные учебные аудитории и лаборатории, исследовательские
лаборатории, классы персональных компьютеров, лаборатории естественнонаучного и
общепрофессионального циклов: сопротивления материалов, теория механизмов и
машин, детали машин, гидравлики.
11. Организация самостоятельной работы студентов.
Самостоятельная учебная деятельность студентов полностью обеспечена учебнометодической литературой, включающей учебники, учебные пособия, методические
руководства и др., в том числе в виде электронных версий и презентаций в сети кафедры.
12. Конкурентные преимущества выпускников (исключительные компетенции
выпускников).
Выпускники имеют высокий уровень подготовки в области решения проблем обеспечения
эксплуатационной надежности оборудования для добычи нефти и газа, их подготовки и
транспортировки на нефте- и газоперерабатывающие предприятия; работа в команде.
13. Трудоустройство:
ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Стройтрансгаз», НК «Роснефть», НК «Сибнефть»,
ООО «Томсктрансгаз», ООО ГНБ Нефтестрой, ООО «КогалымНИПИнефть» и других
предприятиях; аспирантура ТПУ и др.
Учебный план (файл Учебный план).
Л.3.
Профиль Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов.
Основные задачи подготовки по профилю.
Область профессиональной деятельности
Область профессиональной деятельности выпускников по специальности «Машины и
оборудование нефтяных и газовых промыслов» включает в себя:
– совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на
обеспечение эксплуатационной надежности оборудования для добычи нефти и газа, их подготовки
и транспортировки на нефте- и газоперерабатывающие предприятия;
– решение проблем промышленных предприятий, включая управление проектами,
обучение персонала.
Объекты профессиональной деятельности
Объектами профессиональной деятельности выпускников по специальности «Машины и
оборудование нефтяных и газовых промыслов» являются:
обеспечение надежной работы силового привода, подъемного оборудования высокой
грузоподъемности, буровых насосов;
разработка проектной документации;
изготовление, сборка, обкатка, эксплуатация и ремонт бурового и нефтегазопромыслового
оборудования:
программное обеспечение и компьютерные технологии в нефтегазовой отрасле.
Совокупность основных профессиональных компетенций, которыми должны обладать
выпускники образовательной программы.
Выпускник по специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых
промыслов» должен обладать следующими компетенциями:
способность приобретать с большой степенью самостоятельности новые знания, используя
современные образовательные и информационные технологии;
способность выстраивать и реализовывать перспективные линии интеллектуального,
культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и
самосовершенствования;
способность и готовность использовать знания иностранного языка в профессиональной
деятельности;
способность
самостоятельно
работать
на
компьютере
(элементарные
навыки,
профессиональные программы по проектированию);
готовность
использовать
основные
законы
естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной деятельности;
готовность к использованию в практической деятельности методологии научного познания,
современного инструментария математических исследований, анализа процессов и систем;
способность к анализу поставленной проектной задачи в области совершенствования
оборудования нефтегазовой отрасли на основе подбора и изучения литературных и патентных
источников;
готовность к использованию профессиональных программ по проектированию нового
оборудования и технологий;
готовность к участию в организации работы производственных коллективов;
способность к контролю соответствия разрабатываемых проектов и технической
документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.
Отличительные особенности выпускника программы:
способность к обучению на более высоких образовательных уровнях, повышению
квалификации;
способность к быстрой адаптации к производственным условиям после окончания вуза, в
изменяющихся условиях профессиональной деятельности;
готовность к саморазвитию и самосовершенствованию, к карьерному росту;
способность и готовность к освоению, использованию новых технологий нефтегазовой
промышленности.
Список факультативных дисциплин
Творческие проекты (2-4 семестр):
Цели вовлечения студентов в проектную деятельность:
а) найти и локализовать проблему
б) выявить ограничения и возможные факторы решения
в) предложить пути решения
г) научиться работать в составе команды, объединенные общей задачей,
отвечающий каждый за свой раздел и за общее дело
д) задать вектор большей самостоятельности в поиске ответов
Примерные темы проектов:
- природа нефти и газа
- бурение на суши
- бурение на море
- методы добычи нефти и газа
- оборудование для фонтанной эксплуатации скважин
- оборудование для газлифтной эксплуатации скважин
- оборудование для насосной эксплуатации скважин:
центробежные насосы
винтовые насосы
диафрагменные насосы
скважинные штанговые насосы
штанговые винтовые насосы
- оборудование для поддержания пластового давления
- оборудование для проведения ремонтных работ
- разработка и анализ новых вариантов поперечных сечений стержневых (ферменных)
конструкций с целью повышения прочностных характеристик
- кинематический анализ рычажных механизмов с их последующей оптимизацией,
разработка новых схем
- подбор, проектирование привода различного назначения (например, для бытовой,
кухонной техники)
Предполагаемая работа студентов:
- изучение проблемы
- поиск существующих решений проблемы и их анализ
- определение исходных параметров задачи
- определение ограничений (по мощности, по кинематике, по экологичности,
безопасности…)
- предложение собственного нового решения.
Отчетность по проделанной работе:
Отчет выполняется на листах формата А4 и носит в большей степени реферативный
характер. Во многих случаях отчет дополняется аналитическими материалами,
выполненными в системе конечно-элементного анализа (например Ansys) или в системах
твердотельного моделирования (Kompas 3D, Inventor, Solid Works).
