Сайт кафедры Э10 МГТУ им. Н.Э. Баумана - О кафедре

о кафедре

Кафедра гидромеханики, гидромашин и гидропневмоавтоматики - одна из старейших кафедр МГТУ им. Н.Э. Баумана. В 2014 году ей исполнилось 100 лет. Основателем кафедры мы считаем профессора Ивана Ивановича Куколевского, получившего кафедру гидромашин Императорского московского технического училища (так тогда назывался наш университет) в 1914 г. и руководившего ей до 1958 г.

 

Kukolevskiy
Профессор Иван Иванович Куколевский


Свое столетие наша кафедра встретила будучи мощным научно-учебным подразделением Университета. На кафедре работает 29 преподавателей, 10 инженеров, учебно-вспомогательный персонал. В числе сотрудников 6 профессоров и 18 доцентов. На кафедре обучается по две профильные учебные группы на 6-ти курсах. Подготовка младших четырех курсов ведется в рамках направления «Энергомашиностроение» по программе бакалавриата, профиль «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика», остальные продолжают обучение по одноименной специальности и получат квалификацию «инженер». План приема на первый курс – 40 человек (плюс к тому - платные места). С 2015 г. года начнется прием в магистратуру, где сможет продолжить обучение значительная часть выпускников-бакалавров. Ежегодно осуществляется прием в аспирантуру. Сейчас на кафедре работает над диссертациями 6 аспирантов. Практически каждый год проходят успешные защиты кандидатских диссертаций. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы кафедра ведет организационно в рамках отдела 3.4 НИИ энергетического машиностроения, входящего, как и наш факультет, в научно-учебный комплекс «Энергомашиностроение». 
Лаборатория кафедры располагается в главном учебном корпусе Университета и занимает более чем 1500 м2. Здесь установлено более 40 различных учебных стендов, наглядные пособия, средства мультимедиа. К наиболее сложному, качественному и дорогостоящему оборудованию кафедры организован коллективный доступ студентов и преподавателей 6-ти кафедр Университета. Помимо подготовки своих студентов кафедра обеспечивает проведение теоретических и лабораторно-практических занятий в рамках общего курса гидравлики и механики жидкости и газа еще на 4-х факультетах для более чем 2000 студентов в год.

 В настоящее время учебный процесс на кафедре организован по двум учебным планам – подготовки инженеров и бакалавров. Это связано с переходом к "болонской" системе, и началу работы по ФГОС третьего поколения. Учебный план подготовки инженеров в основном соответствует ФГОС-2, но за счет увеличенного до 5 лет 10 месяцев срока обучения (такое право есть у МГТУ им. Н.Э. Баумана) предполагает более объемную подготовку по специальности за счет увеличения как количества специальных дисциплин, так и их объемов. Практически все специальные дисциплины предполагают лабораторные или лабораторно-практические занятия, домашние задания. Также студенты выполняют по специальным дисциплинам три курсовых проекта и две курсовые работы. Дипломный проект предполагает выполнение большого объема графических работ, включающих сборочные чертежи и деталировки разрабатываемого изделия (не менее 12 листов формата А1). В дипломный проект, кроме конструкторской, обязательно входят технологическая, исследовательская, экономическая и экологическая части. Подготовка инженеров ведется таким образом, чтобы наши выпускники сразу могли приступить к работе по специальности, адаптируясь к специфике конкретного предприятия в ходе работы. Высокое качество подготовки инженеров работодатели подтверждают не только на словах. Пригласив наших выпускников хотя бы раз, принимают их на постоянную работу в дальнейшем. 

С 2003 г. Россия стала активным участником болонского процесса, целью которого объявлено формирование общеевропейского пространства высшего образования. В результате в 2016 году кафедра в последний раз выпустит инженеров, подготовленных по традиционной, фактически еще советской схеме. В 2011 году впервые на кафедру были набраны две группы будущих бакалавров. Пользуясь правом, предоставленным научно-исследовательским университетам (НИУ), коим является МГТУ им. Н.Э.Баумана, для подготовки бакалавров и магистров в рамках направления "Энергетическое машиностроение" мы открыли профиль "Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика" и разработали соответствующий образовательный стандарт университета. Учебный план для бакалавров-гидравликов удалось сделать таким, что несмотря на укороченный до 4-х лет срок обучения, студенты получают базовое образование по профессии и вполне могут пойти работать по специальности на большинство профильных предприятий. Почти половина выпускников-бакалавров сможет продолжить бесплатное обучение в магистратуре, которое считается второй ступенью высшего образования. Обучение в магистрауре продолжается еще два года и позволяет получить подготовку не хуже, чем у инженера. После магистратуры возможно поступление в аспирантуру.
Несмотря на известные минусы, в двухуровневой подготовке есть и свои преимущества. Далеко не все наши студенты успешно справляются с учебной нагрузкой, многих приходится отчислять. При двухуровневой системе часть из них можно выпустить с дипломом бакалавра. Некоторые не собираются работать конструкторами и исследователями, и для них инженерная подготовка оказывается излишней, тем не менее при моноподготовке им приходится тратить лишних два года, чтобы только получить диплом. 
В настоящее время кафедра проводит занятия более чем по 25 дисциплинам. Точно их количество назвать затруднительно из-за перехода к подготовке бакалавров, у которых есть курсы, аналогичные инженерным, но с немного измененным названием, а также объединенные курсы.

С учетом вышесказанного, перечень специальных курсов, читаемых на кафедре, можно представить в следующем виде:

  • Механика жидкости и газа
  • Управление техническими системами
  • Оптимальное управление техническими системами
  • Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем
  • Автоматизированное моделирование гидроприводов стационарных и мобильных объектов
  • Объемные гидромашины и гидропередачи
  • Лопастные машины и гидродинамические передачи
  • Динамические насосы
  • Технологические и энергетические установки
  • Гидравлический привод и средства автоматики
  • Пневматический привод и средства автоматики
  • Гидропривод стационарных и мобильных объектов
  • Основы инженерного и научного эксперимента
  • Автоматизированные системы научного исследования
  • Средства электроавтоматики в гидро- и пневмосистемах
  • Основы мехатроники гидро- и пневмосистем,
  • Системы управления гидроприводов стационарных и мобильных объектов,
  • Микропроцессорные системы гидромашин,
  • Курсовая научно-исследовательская работа студентов (КНИРС)
  • САПР гидро- и пневмосистем
  • Автоматизированное проектирование гидромашин
  • Современные проблемы проектирования и исследования гидромашин, гидроприводов стацинарных и мобильных объектов
  • Надежность и диагностика гидромашин, гидроприводов стационарных и мобильных объектов
  • Рабочие жидкости и уплотнения гидроприводов

Независимо от формы, названия и количества уровней образования, хорошая подготовка инженера невозможна без работы в лаборатории, причем формы этой работы должны быть разными: лабораторные работы, различные демонстрации в ходе лабораторно-практических занятий, курсовые научно-исследовательские работы, научная и инженерная работа студентов над собственными проектами или их участие в научно-исследовательских (НИР) и опытно-конструкторских (ОКР) работах, выполняемых кафедрой. В лаборатории нашей кафедры имеется самое разнообразное оборудование, позволяющее проводить лабораторные работы почти по всем специальным курсам. За редким исключением, когда работы проводятся на оборудовании филиала кафедры в НПО «ГИДРОМАШ», используются наши собственные стенды и наглядные пособия. Также имеется несколько специализированных аудиторий. 

 


Pnevmatic
Пневматическое оборудование

 

Лабораторным работам с проведением физического эксперимента отводится важнейшая роль в учебном процессе. Мы не заменяем без необходимости эксперимент, реальные испытания гидромашин компьютерным моделированием. Роль компьютеров, компьютерного моделирования, которые мы тоже активно используем в учебном процессе, состоит в дополнении эксперимента, расширении возможностей по управлению его ходом, сбору данных, их обработке и представлении в наглядном и удобном для студентов виде. Кроме того, компьютерное моделирование различных устройств и процессов само по себе является сложнейшей и важнейшей областью знания, и ему уделяется большое внимание в учебном процессе. Наши студенты изучают компьютерную графику, в том числе 3D-моделирование, компьютерные расчеты на прочность, моделирование гидродинамических процессов (CFD), моделирование систем автоматического управления. Эти занятия проводятся в компьютерном классе нашей лаборатории с использованием современного программного обеспечения.

Качественно готовить молодых инженеров могут только высококвалифицированные, опытные преподаватели. А опыт приобретается только в практической работе. Притоку новых знаний из промышленности способствует привлечение к работе по совместительству опытных специалистов с ведущих предприятий отрасли. Они, как правило, преподают специальные дисциплины и работают не на полную ставку. Большинство наших штатных преподавателей участвует в проводимых на кафедре научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах (НИР и ОКР). Это дает возможность преподавателям творчески самовыражаться, повышать квалификацию, копить опыт и расширять кругозор, позволяет пополнять лабораторию современным оборудованием, обеспечивает достойную заработную плату, а также снабжает актуальными научными темами аспирантов. В сфере наших научных интересов и возможностей - гидромашины, гидроприводы и другое гидрооборудование, гидравлические системы транспортных средств, вычислительная гидромеханика, электрогидравлические исполнительные системы роботов, электронная аппаратура управления гидрооборудованием, мехатронные системы, соответствующее программное обеспечение, вопросы динамики и регулирования гидро- и пневмосистем. На кафедре также проводятся и инициативные НИР, в основном в области создания систем гидроприводов средств экстремальной робототехники.

Среди выполненных за последние несколько лет НИР и ОКР можно выделить следующие:

НИР по созданию высокоточного электрогидравлического привода полноповоротного вращательного движения выполнена по заказу Центра конверсионных технологий. Предполагалось исследовать возможность использования схемы Русина. Были разработаны теоретические основы создания такого привода и алгоритмы управления, создан экспериментальный стенд, на котором продемонстрирована эффективность предложенных принципов проектирования и разработанных алгоритмов управления. Получены очень малые скорости равномерного движения и достаточно широкий диапазон скоростей. Максимальная скорость равномерного движения может превышать минимальную более чем в 5000 раз. 

Стенд для исследования высокоточного привода вращательного движения
Сначала в инициативном порядке, а затем в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы» в течение ряда лет проводилась НИР по разработке научных основ создания электрогидравлических исполнительных систем шагающих роботов. Был создан лабораторный образец двуногого шагающего робота, программное обеспечение его системы управления, разработаны соответствующие математические модели и алгоритмы управления, реализована его динамическая ходьба. Данная работа не имела аналогов в России. В ней приняло участие много студентов и аспирантов. По материалам этой НИР было защищено три кандидатские диссертации.

Лабораторный образец шагающего робота
По заказу Специального проектно-конструкторского бюро прикладной робототехники была проведена НИР по разработке концепции системы электрогидравлических приводов шестиколесного шасси мобильного робота среднего класса грузоподъемности. С самого начала в число основных исполнителей входили студенты, которые впоследствии защитили по результатам разработки дипломные проекты. Далее они поступили в аспирантуру, либо стали работать на кафедре инженерами и изготовили разработанное шасси, включая систему гидроприводов с насосной станцией, алгоритмы управления, электронную систему управления с соответствующим программным обеспечением.

 

3D-model
3D-модель шестиколёсного робота

 

Проект магистральных нефтяных насосов типа НМ

В 2010 г. кафедра подключилась к работе над проектом магистральных нефтяных насосов типа НМ. Были разработаны оригинальные проточные части насосов. Для их оптимизации разработаны компьютерные программы автоматизированного построения 3D-моделей проточных частей, что позволило путем численного моделирования проанализировать множество вариантов геометрии и выбрать оптимальные по нескольким критериям. Также был разработан и собран в лаборатории кафедры испытательный стенд для исследования проливочных моделей насосов, разработана и с успехом использована технология изготовления этих проливочных моделей с использованием 3D-принтера. Создана компьютерная система сбора данных в процессе испытаний, позволяющая эффективно верифицировать математические модели течений в проточных частях разрабатываемых насосов. По полученным результатам защищена кандидатская диссертация.


Стенд для испытания лопастных насосов

В соответствии с контрактом, заключенным с Минпромторгом по результатам конкурса, в 2013-2014 г. выполнен ОКР по разработке линейки насосов для горячего органического теплоносителя. Разработано оригинальное шнекоцентробежное рабочее колесо с хорошими кавитационными свойствами, спроектирован, изготовлен и испытан опытный образец насоса. 

 

3D-model nas

Компьютерная 3D-модель консольного лопастного насоса


Также выполнялись и другие работы, в их числе разработка испытательных стендов для лопастных насосов, научное сопровождение разработки гидравлических систем многоколесных транспортных платформ. Продолжается разработка методов создания гидроприводов с водой в качестве рабочего тела, усовершенствованию грунтовых насосов. Проводятся инициативные работы в области экстремальной робототехники, проектируются и изготавливаются новые учебные стенды.

Следует отметить, что ключевую роль в выполнении наиболее важных работ сыграли молодые люди – инженеры, аспиранты и студенты. Подготовка и привлечение к работе молодежи - это комплексная задача, предполагающая подготовку и преподавателей, и инженеров, и научных сотрудников, включающая защиту диссертаций, непрерывный поиск и выполнение ряда хорошо оплачиваемых НИР и ОКР. В нынешних условиях именно НИР и ОКР позволяют с одной стороны обеспечивать молодежи достойную зарплату, с другой - нарабатывать квалификацию, опыт и связи в профессиональной среде, без которых хороший преподаватель МГТУ просто немыслим. Рост объема НИР и ОКР, их усложнение и увеличение количества молодых сотрудников происходит синхронно. Благодаря такому подходу сегодня средний возраст преподавателей на кафедре составляет 53 года, а инженеров - не превышает 30. 
Мы постоянно стараемся привлекать к работе студентов, выявлять энтузиастов. Начинаем агитировать с первого курса, хотя студентам-младщекурсникам довольно сложно выделить достаточно времени для дополнительной работы. Тем не менее, важно, чтобы они привыкали бывать в лаборатории, знали, что там происходит, постепенно выбирали себе тему и налаживали контакт с научным руководителем. Направления и формы работы могут быть самыми разными: лопастные гидромашины, системы приводов и гидропневмоавтоматика, мехатроника, робототехника; разнообразные обзоры, теоретические проработки, математическое моделирование, конструирование, изготовление и наладка оборудования, эксперименты. Студенты должны проявить себя, показать заинтересованность в деле, наработать необходимый минимум квалификации, который позволит им принять участие в реальных проектах. И тогда заработанные деньги становятся дополнительным стимулом к научной и инженерной работе на кафедре. Именно студенты, прошедшие школу научной работы на кафедре, участвовавшие в работе над реальными проектами, становятся потом хорошими аспирантами, сотрудниками кафедры. Такая работа фактически стала непременным условием качественной подготовки молодого перспективного специалиста.


stend3

Студенты, научная работа на стенде для изучения гидроприводов и гидроавтоматики

На кафедре ежегодно проводятся молодежные научные конференции. В апреле в рамках общеуниверситетской конференции «Студенческая весна» проводится секция «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика», в декабре попеременно в МЭИ и МГТУ им Н.Э.Баумана - международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, организованная учебно-методической комиссией (УМК) по нашей специальности. На нее мы приглашаем молодых людей не только из разных регионов нашей страны, но и из стран СНГ. Сейчас она становится полноценной профессиональной научно-технической конференцией, которую мы хотим превратить в платформу для научного общения специалистов-гидравликов со всей нашей страны и из-за рубежа. Проводимые конференции позволяют молодым специалистам и зрелым профессионалам лично общаться по интересующим их научным и техническим проблемам. Они имеют возможность объективно оценить научный уровень своих работ. На молодежных конференциях обязательно присутствуют ведущие преподаватели нашей кафедры. Также мы стараемся пригласить заинтересованных преподавателей с родственных кафедр и других вузов. Конструктивной критикой и добрым советом они помогают молодым людям правильно оценить свои работы, осознать и в дальнейшем исправить ошибки. К 2014 г. проведено уже 17 конференций в рамках УМК, а в конце ноября 2014 г. прошла юбилейная профессиональная конференция, посвященная столетию нашей кафедры.
Активная научная работа студентов, аспирантов и молодых ученых также поощряется различными специальными стипендиями и грантами. Главным критерием при выборе кандидатов на стипендии является, как правило, наличие публикаций в периодических изданиях.
Зарубежное сотрудничество кафедры идет по нескольким основным направлениям: обучение иностранцев, чтение лекций нашими преподавателями за границей, стажировки наших студентов и сотрудников за рубежом, использование иностранного оборудования при технической поддержке производителя, выполнение заказов зарубежных фирм. Как правило, каждый год на кафедре обучаются один-два иностранных студента. Иногда бывают стажеры и аспиранты. К нам приезжали из Мьянмы, Вьетнама, Китая, Южной Кореи, Колумбии, Сирии, Франции. Наши студенты и сотрудники тоже имеют возможность стажироваться за рубежом. Огромную роль и в учебной, и в научной работе кафедры играет оборудование производства самых разных иностранных фирм, но среди них есть такие, которые поставляли целые комплексы, определившие на десятилетия развитие учебного процесса. Великолепно зарекомендовало себя оборудование фирм Festo и Rexroth. Причем новое поколение оборудования Festo хорошо технически поддерживается изготовителем. На фирме Bosh-Rexroth работают многие наши выпускники, некоторые наши преподаватели вели занятия в учебном центре фирмы. Контакты с этой компанией приносят ощутимую пользу кафедре.

 

Rexroth

Учебные стенды фирмы Rexroth


Учебные стенды фирм Festo и Rexroth с успехом используется на нашей кафедре уже более четверти века, в значительной степени определив облик гидравлической лаборатории. В свое время они позволили качественно перестроить преподавание курсов «Гидроприводы и гидроавтоматика» и «Пневмоавтоматика». Благодаря отличному техническому обслуживанию и грамотной эксплуатации, а также превосходному качеству самих стендов, они до сих пор в строю и ими оснащены три учебных класса в лаборатории кафедры. В 2013 г. Университет закупил на кафедру три новых стенда Festo с большим набором разнообразных гидравлических и электронных элементов, современным программным обеспечением. Кроме традиционных средств гидроавтоматики они содержат богатый набор средств измерения и компьютерного управления, пропорциональные и сервораспределители, современное программное обеспечение. На кафедре есть преподаватели, имеющие богатый опыт работы с подобной техникой, благодаря чему стенды были доработаны (в основном в части средств сопряжения с компьютером и программного обеспечения), адаптированы к нашим условиям и сразу же внедрены в учебный процесс.

 

stend2

Учебные стенды фирмы Festo, закупленные на кафедру в 2013 г.

 

В учебном процессе, проектной и научной работе активно используются CFD – программные комплексы численного моделирования потоков жидкости. В современных условиях без использования таких средств не возможно проектирование новых гидромашин, агрегатов и систем. Закуплены мощные многоядерные компьютеры, из которых сформирован вычислительный кластер, закуплено необходимое программное обеспечение. Имеется возможность с высокой точностью моделировать и оптимизировать проточные части гидравлических машин, что вывело на новый качественный уровень возможности кафедры по выполнению различных НИР и ОКР.

 

Model

Результат компьютерного моделирования течения жидкости в проточной части лопастного насоса

 

Неотъемлемой частью современных электрогидравлических устройств и систем стала электроника. Фактически гидроаппараты превращаются в мехатронные модули, а гидросистемы – в мехатронные системы. В учебном процессе был существенно увеличен и переработан курс «Основы мехатроники гидро- и пневмосистем». Его цель - показать, каким образом строить современные системы управления и контроля в гидроситемах, познакомить с элементной базой, а также показать преимущества мехатронного подхода к проектированию гидро- и пневмосистем. Также студенты знакомятся с подходами к программированию систем управления ГПС, некоторыми аспектами теории цифровых систем и методами их использования на практике. 

 

Плата системы управления приводом, разработанная на кафедре

 

Наши студенты востребованы в научных институтах, в промышленности, торговле и других областях экономики. Большинство наших студентов находят работу по специальности еще до окончания обучения в университете. Это работа и в больших известных НИИ, КБ и промышленных предприятиях, и в частных производственных фирмах, и в торговле и сервисе. Представители самых разных предприятий регулярно обращаются к нам на кафедру с просьбой подобрать им на работу выпускников либо студентов-старшекурсников. 

 

Зав.кафедрой Э10

С.Е. Семенов

Semenov