Лабораторная физическая установка. Курсач. Курсовой проект тема Лабораторная физическая установка Учебная дисциплина Проектирование и моделирование физических установок

• Название: Курсовой проект тема Лабораторная физическая установка Учебная дисциплина Проектирование и моделирование физических установок
• Анкор: Лабораторная физическая установка
• Дата: 10.11.2022
• Размер: 6.9 Mb.
• Имя файла: Курсач.docx
• Тип: Курсовой проект; #782014
• страница: 6 из 6

3.2 Предложения по использованию лабораторных физических установок в учебно-научном процессе

Для улучшения качества подготовки инженеров и научных сотрудников за счет оборудования научно-исследовательских институтов, учебно-научных центров и других учебных заведений лабораторными физическими установками, отвечающими как вопросам обеспечения лазерной безопасности, так и вопросам качества проводимых работ и актуальности получаемых результатов, разработаны предложения по использованию лабораторных ФУ:

1. 
   предложение по использованию разработанного программного продукта и 3D-модели лабораторной ФУ на этапе подготовки и проведения исследовательских и учебных работ научных сотрудников;
   
2. 
   предложение по использованию разработанного программного продукта и 3D-модели лабораторной ФУ на этапе подготовки и проведения лабораторных работ по лазерно-физическим дисциплинам студентов (курсантов).
   

Данные предложения основаны на проведенном анализе образовательной обстановки и необходимости качественного повышения уровня подготовленности кадров [2 – 5], а также на результатах сравнительного анализа типовых планов проведения лабораторных без использования и с использованием разработанных электронных моделей и программного продукта.

Основные мероприятия, проводимые в рамках типовых планов лабораторных работ курсантов без использования и с использованием разработанных электронных моделей и программного продукта, приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

В качестве конкретного примера в работе использована лабораторная работа №1 по учебной дисциплине «Теоретические основы устройства физических установок» согласно тематическому плану [16].

Таблица 3.1 – Мероприятия типового плана проведения лабораторной работы, проводимой без использования разработанных электронных моделей

№ п/п	Мероприятие	Отводимое время, минут	Применение ЭМ и СПО
1	Вводная часть: Проверка наличия личного состава. Проверка подготовленности личного состава к занятию: знание требований безопасности при работе с лабораторными ФУ; наличие конспектов, письменных принадлежностей; опрятность внешнего вида. Опрос обучающихся в письменной или устной форме по ранее пройденному материалу (проверка остаточных знаний). Обоснование актуальности темы, доведение целей занятия и учебных вопросов, литературы.	10	ЭМ и СПО не применяются
2	Отработка учебных вопросов занятия: проведение эксперимента, сбор и обработка опытных данных, оформление отчетов о ЛР.	90	ЭМ и СПО не применяются
3	Защита отчета о лабораторной работе личным составом.	75	ЭМ и СПО не применяются
4	Заключительная часть занятия: формулирование выводов по учебным вопросам, доведение оценок; оценивание степени достижения учебных целей занятия; доведение задания на самостоятельную подготовку; объявление вида и тематики очередного занятия. Принятие доклада дежурного, прощание с личным составом.	5	ЭМ и СПО не применяются

Из данных таблицы 3.1 видно, что среди используемых информационных технологий отсутствуют как 3D-модели, позволяющие визуализировать лабораторное оборудование на этапе подготовки к сборке оптической схемы и при ее корректировки (при необходимости), так и программный продукт, позволяющий заранее рассчитать энергетические характеристики собираемой оптической схемы и обосновать ее конструкцию, а также автоматизировать обработку получаемых опытных данных. Вследствие чего большое количество времени затрачивается не на проведение эксперимента и исследование полученных результатов, а на их сбор, обработку и проектирование оптической схемы (при необходимости).

Таблица 3.2 – Мероприятия типового плана проведения лабораторной работы, проводимой с использованием разработанных электронных моделей

№ п/п	Мероприятие	Отводимое время, минут	Применение ЭМ и СПО
	Вводная часть: Проверка наличия личного состава. Проверка подготовленности личного состава к занятию: знание требований безопасности при работе с лабораторными ФУ; наличие конспектов, письменных принадлежностей; опрятность внешнего вида. Опрос обучающихся в письменной или устной форме по ранее пройденному материалу (проверка остаточных знаний). Обоснование актуальности темы, доведение целей занятия и учебных вопросов, литературы.	10	ЭМ и СПО не применяются
	Отработка учебных вопросов занятия: проведение эксперимента, сбор и обработка опытных данных, оформление отчетов о ЛР.	90	ЭМ и СПО применяются
	Защита отчета о лабораторной работе личным составом.	75	ЭМ и СПО не применяются
	Заключительная часть занятия: формулирование выводов по учебным вопросам, доведение оценок; оценивание степени достижения учебных целей занятия; доведение задания на самостоятельную подготовку; объявление вида и тематики очередного занятия. Принятие доклада дежурного, прощание с личным составом.	5	ЭМ и СПО не применяются

Из данных таблицы 3.2 видно, что среди используемых информационных технологий на основном этапе проводимой работы (отработка учебных вопросов, проведение эксперимента, сбор и обработка опытных данных) присутствуют как 3D-модели, позволяющие визуализировать лабораторное оборудование на этапе подготовки к сборке оптической схемы и при ее корректировки (при необходимости), так и программный продукт, позволяющий рассчитать энергетические характеристики собираемой оптической схемы, а также автоматизировать обработку получаемых опытных данных. Благодаря этому значительно сокращается время на отработку "организационных" вопросов (проектирование оптической схемы, сбор и обработка результатов), что позволяет увеличить время, отводимое непосредственно на использование ЛФУ и исследование полученных результатов.

Данные примеры также отражают качественную картину проведения исследовательских работ. Проанализировав примеры видно, что разработанные предложения позволяют повысить качество проведения предложенных занятий и работ, тем самым улучшив подготовку кадров.

Таким образом, результаты разработки предложений по использованию разработанных лабораторных ФУ на базе СО₂-лазера показывают, что:

1. 
   разработанная 3D-модель лабораторной ФУ обеспечивает наглядную демонстрацию размещения оптических элементов с учетом требований лазерной безопасности и со степенью детализации, соответствующей техническому проекту;
   
2. 
   разработанная 3D-модель лабораторной ФУ позволяет заранее определить размещение необходимых оптических элементов и смоделировать конструкцию предполагаемой оптической схемы;
   
3. 
   разработанный программный продукт позволяет заранее рассчитать энергетические характеристики оптической схемы и автоматизировать обработку опытных данных.
   

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведен анализ условий функционирования лабораторных ФУ на базе СО₂-лазера согласно требованиям действующих нормативных документов [6]; проведены теоретические исследования энергетических характеристик лабораторных ФУ и разработаны предложения по практической реализации результатов, полученных при проектировании.

Результаты анализа условий функционирования лабораторных ФУ показали, что:

1. 
   нарушения требований безопасности при эксплуатации ФУ могут повлечь многие патологии, которые для ФУ дальнего ИК-диапазона в основном заключаются в ожогах кожи и роговицы глаза;
   
2. 
   ФУ с требуемыми значениями параметров (CO₂-лазер, энергия пучка – 7,7 Дж) для проведения испытаний на плавление и разрушение будет иметь 4-й класс опасности, следовательно, при проектировании необходимо уделить особое внимание на создание безопасных условий труда;
   
3. 
   все усилия, направленные на обеспечение безопасности персонала, окажутся бессмысленными при незнании или невыполнении требований безопасности персоналом.
   

Результаты теоретических исследований характеристик лабораторных ФУ показали, что:

1. 
   разработанная математическая модель функционирования лабораторных ФУ дальнего ИК-диапазона (на базе СО₂-лазера) обеспечивает возможность проведения количественной и качественной оценки энергетических характеристик ФУ и их оптических схем при использовании их по назначению и получение корректных результатов;
   
2. 
   заданные значения параметров лабораторной ФУ позволяют достичь на поверхности образца плотности мощности 1,4 ГВт/м², которая обеспечивает создание условий для испарения образца;
   
3. 
   разработанная программная модель обеспечивает автоматизацию и ускорение расчетов при сохранении требуемого уровня точности;
   

Прикладной аспект настоящей работы составляют следующие предложения по практическому применению результатов проектирования:

1. 
   предложение по использованию разработанного программного продукта и 3D-модели лабораторной ФУ на этапе подготовки и проведения исследовательских и учебных работ научных сотрудников;
   
2. 
   предложение по использованию разработанного программного продукта и 3D-модели лабораторной ФУ на этапе подготовки и проведения лабораторных работ по лазерно-физическим дисциплинам студентов (курсантов).
   

Разработанные предложения позволяют повысить качество проведения предложенных занятий и работ, тем самым улучшив подготовку кадров.

В работе поставлены и успешно решены следующие частные задачи:

1. 
   разработана математическая модель функционирования лабораторной ФУ;
   
2. 
   разработана программная модель функционирования лабораторной ФУ;
   
3. 
   разработаны предложения по практическому применению результатов проектирования.
   

В работе поставлена и успешно решена основная задача по разработке 3D-модели лабораторной ФУ, позволяющей эффективно проводить как учебные занятия, так и научные исследования.

Таким образом, успешное решение основной и частных задач исследования позволяет сделать вывод о том, что цель курсового проекта, заключающаяся в улучшении качества подготовки инженеров и научных сотрудников – достигнута.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Путин В.В. Доклад Президента Российской Федерации на совещании с руководящим составом Министерства обороны, посвященном развитию Воздушно-космических сил России, 2019 г.
   
2. 
   Стратегия национальной безопасности Российской Федерации, пункт 31, 2015 г.
   
3. 
   Стратегия национальной безопасности Российской Федерации, пункт 70, 2015 г.
   
4. 
   Житкова В.А. Проблемы и перспективы развития образования в России. – Н.: Центр развития научного сотрудничества, 2012 г.
   
5. 
   Чандра М.Ю. Современные проблемы науки и образования. – П.: Издательский дом "Академия Естествознания", 2014 г.
   
6. 
   ГОСТ 31581-2012 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. Межгосударственный стандарт. – М.: Стандартинформ, 2015 г.
   
7. 
   Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad 15: Учебный курс. – СПБ.: Питер, 2011 г.
   
8. 
   Панков Ж.И. Оптические процессы в полупроводниках. – М.: Мир, 1973 г.
   
9. 
   Белецкий В.М., Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Справочник. – К.: Коминтех, 2005 г.
   
10. 
    Либенсон М.Н. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Часть 2. Лазерный нагрев и разрушение: учебное пособие. – СПБ.: ИТМО, 2014 г.
    
11. 
    Панасенко В.В. Оптические покрытия для СО₂-лазеров. Оптика лазеров. – Л.: ГОИ, 1983 г.
    
12. 
    ГОСТ 57700.10-2018 Численное моделирование физических процессов. Национальный стандарт Российской Федерации. – М.: Стандартинформ, 2018 г.
    
13. 
    Прахов А. Самоучитель Blender 2.7 – PDF, 2016 г.
    
14. 
    ГОСТ 2.103-2013 Стадии разработки. Межгосударственный стандарт. М.: Стандартинформ, 2019 г.
    
15. 
    ГОСТ 2.120-2013 Технический проект. Межгосударственный стандарт. М.: Стандартинформ, 2018 г.
    
16. 
    Тематический план изучения дисциплины «Теоретические основы устройства физических установок», инв. № 6/2/517/318 от 14.05.2020 г.