Beispielkursablauf

Überblick

Das Ziel der Beispielkurssequenz besteht darin, einen Rahmen mit den Themen in einer vorgeschlagenen Reihenfolge zu schaffen, um einen Lehrplan aufzubauen oder Elemente bestehender Lehrpläne zu integrieren. Dies geschieht durch die Nutzung des Fachwissens der Schulen und Lehrer für Lehrpläne, Einrichtungen und Materialien. Weitere Einzelheiten zu spezifischen Themen zur Entwicklung oder Auswahl von Lehrplänen finden Sie im Artikel „Pre-Engineering and Robotics Certifications“ der REC Foundation Knowledge and Occupational Skills List. Diese Artikel sind so konzipiert, dass sie mit vorhandenen Lehrplanmaterialien funktionieren. Sie können auch bei der Erstellung eines Lehrplans verwendet werden, sie sind jedoch kein eigenständiger Lehrplan.

Der Beispielkursablauf ist in zwei Teile gegliedert:

• Teil Eins: Die Grundlagen des Ingenieurwesens: Behandelt die Themen und Fähigkeiten im Modul „Grundlagen des Ingenieurwesens“.
• Teil Zwei: Pre-Engineering-Bereichsmodule: Behandelt alle acht einzelnen Themen und Fertigkeiten des „Pre-Engineering-Bereichsmoduls“ für die Pre-Engineering- und/oder Robotik-Zertifizierungen.

Sowohl die Pre-Engineering-Zertifizierung als auch die Robotik-Zertifizierung erfordern das Bestehen der Grundlagen des Ingenieurwesens als Voraussetzung für die Teilnahme an einem der acht Module. Zwei der acht Module sind erforderlich, um die Pre-Engineering-Zertifizierung zu erhalten. Diese werden vom Ausbilder auf der Grundlage der gemeinschaftlichen Bedürfnisse, der verfügbaren Einrichtungen, Lehrpläne, Ausrüstung und Materialien sowie des Fachwissens des Ausbilders ausgewählt.

Pre-Engineering-Module

• Maschinenbau
• Raumfahrttechnik
• Elektrotechnik
• Chemieingenieurwesen
• Informatik & Ingenieurwesen (Programmierung)
• Bauingenieurwesen
• Ingenieurwissenschaften
• Herstellungstechnologie

Erster Teil: Die Grundlagen des Ingenieurwesens

ICH. Einführung in das Ingenieurwesen

• Was ist Technik und Technologie? Was ist Wissenschaft?
• Arten von Ingenieurbereichen: Elektrotechnik, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt, Robotik, Bauwesen, Informatik, CAD, Fertigung. Für die berufliche Zertifizierung zum BS erforderliche Ausbildung, Gehälter, typische Arbeitswochen.
• Geschichte des Ingenieurwesens, einschließlich Zeitleisten von der Frühgeschichte bis heute. Weltraumgeschichte, insbesondere frühe Raumfahrtprogramme und die daraus resultierenden Technologien, die wir heute genießen. Enthält außerdem die Miniaturisierung von Komponenten und einen Überblick über die Geschichte amerikanischer und sowjetischer Raketen und Astronauten. Die Industrielle Revolution als Zeitperiode der Ingenieurgesellschaften und der Entwicklung von Standards. Die Entwicklung von Montagelinien und die Massenproduktion von Produkten.

Il. Materialien und Prozesse

• Allgemeine Laborsicherheit
• Grundlegende Sicherheit und Anwendungen von Hand- und Elektrowerkzeugen
  • Bandsäge
  • Bohrmaschine
  • Tischschleifer
  • Sicherheit für tragbare Elektrowerkzeuge
  • Band- und Tellerschleifer
  • CNC-Fräse
• Arten von Metallen, Eigenschaften und häufige Anwendungen
• Holzarten, Eigenschaften und häufige Verwendung
• Arten von Kunststoffen, Eigenschaften und häufige Anwendungen
• Arten von Epoxidharzen, Eigenschaften und häufige Anwendungen

III. Technischer Designprozess

Dokumentieren Sie den Designprozess in einem Engineering-Notizbuch mithilfe des 10-Schritte-Prozesses:

1. Identifizieren Sie das Problem
2. Design-Briefing
3. Forschungsproblem
4. Brainstorming-Lösungen
5. Wählen Sie eine Lösung aus
6. Design
7. Bauen
8. Prüfen
9. Neugestaltung
10. Lösung/Produkt implementieren

Die Industrie verwendet viele Variationen oder Abkürzungen der 10 Schritte; in der Lage sein, den technischen Entwurfsablauf in jeder Form zu verstehen.

IV. Technische Zeichnungen und computergestütztes Zeichnen (2D und 3D)

• Führen Sie technische Zeichentechniken für orthografische und perspektivische Ansichten ein und üben Sie diese.
• Führen Sie computergestütztes Zeichnen mit verfügbarer Software ein. Hinweis: Für den Bildungsbereich stehen mehrere CAD-Softwareoptionen kostenlos oder kostengünstig zur Verfügung. Dazu gehören Google Sketch Up, TinkerCad, Autodesk Fusion 360 und Solidworks. Erkundigen Sie sich bei den Produktanbietern nach der genauen Verfügbarkeit und den Nutzungsbedingungen.
• Stellen Sie eine Teile-/Materialliste mit Teamaufgaben zum Bau eines Projekts/Roboters vor.
• Einführung von Geräten, die CAD für ihre Abläufe integrieren: computergesteuerte numerisch gesteuerte Geräte; Fräsen, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Holzfräsen, Hochdruckwasserstrahl oder 3D-Druck.

Nach Einführung der Fähigkeiten/Wissen in I-IV

Anregungen und Eckpunkte für unterstützende Tätigkeiten in einzelnen oder mehreren
Ingenieurbereichen nach Abschluss der Tätigkeiten in den Bereichen I-IV. Für die übrigen Bereiche können Sie ursprüngliche oder bestehende Lehrpläne in den Bereichen Ingenieurwesen in beliebiger Reihenfolge aufbauen, die zu Ihrem Programm passt, um alle Themen im Modul „Grundlagen des Ingenieurwesens“ und dann Ihre ausgewählten Pre-Engineering-Module für 150 Unterrichtsstunden abzudecken Lehrpläne.

Integrieren Sie praktische Aktivitäten unter Nutzung Ihrer verfügbaren Lehrpläne, Labore, Geräte und Materialien für jeden der folgenden technischen Bereiche. Die Aktivitäten sollten die in diesem technischen Bereich behandelten Themen umfassen und in einem technischen Notizbuch dokumentiert werden. Erwägen Sie, jedem Team oder jeder Einzelperson eine PowerPoint-Präsentation zuzuweisen, die den technischen Entwurfsprozess dokumentiert. Eine einzelne Aktivität kann problemlos mehrere technische Konzepte und Bereiche umfassen und gleichzeitig die zuvor eingeführten Themen und Fähigkeiten stärken.

Zum Beispiel:

• Entwerfen Sie mit den verfügbaren Materialien einen Roboter, der einen Tennisball aufnimmt, ihn autonom in einen 5-Gallonen-Eimer legt und den Tennisball dann fahrergesteuert herausnimmt. Um diese Aufgabe zu erfüllen, müssen der Entwurfsprozess, technische Zeichnungen sowie Materialien und Prozesse eingesetzt werden. plus Kenntnisse der Grundlagen mechanischer, elektrischer und robotischer Systeme sowie Informatik/Programmierung.
• Entwerfen Sie eine Eisstielbrücke, die 50 Pfund tragen kann, und verwenden Sie dabei nicht mehr als 100 Stöcke. Dies beinhaltet die Nutzung des Designprozesses, technischer Zeichnungen sowie Materialien und Prozesse; und Kenntnisse der Grundlagen des Bauingenieurwesens und der Fertigung.
• Entwerfen und bauen Sie unter Verwendung der verfügbaren Materialien Balsa, Gummibänder, Propeller und Modellräder ein Flugzeug (geben Sie die maximale Größe an), das aus eigener Kraft startet und landet und 10 Sekunden lang in der Luft bleibt, ohne abzustürzen. Dies beinhaltet die Nutzung des Designprozesses, technischer Zeichnungen sowie Materialien und Prozesse; und Kenntnisse der Grundlagen der Luft- und Raumfahrttechnik.

V. Grundlagen des Maschinenbaus

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Stellen Sie Arten von Zahnrädern, Ketten und Riemenscheiben vor
• Berechnungen des Übersetzungsverhältnisses
• Kinetische und potentielle Energie
• Anwendungen für thermische Systeme: Heizen und Kühlen
• Robotiksysteme

VI. Grundlagen der Elektrotechnik

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Berechnungen des Ohmschen Gesetzes: Stromstärke, Spannung, Widerstand

VII. Grundlagen der Informatik/Programmierung

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Verständnis für binäre und hexadezimale Systeme
• Grundlegende Computersysteme: RAM, ROM, FIFO
• Gängige Programmiersprachen: Python, C++, Java, HTML, Scratch
• Bewertung von Pseudocode, Schleifen und gängigen Programmierstrukturen

VIII. Grundlagen der Luft- und Raumfahrttechnik

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Bernoullis Prinzip: Auftrieb, Schub, Widerstand, Schwerkraft
• Frühe Raketengeschichte und Typen der Raketensysteme der USA und der ehemaligen UdSSR
• In der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig verwendete Materialien: Kohlenstofffasern, Aluminium

XI. Grundlagen des Bauingenieurwesens

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Transportmittel: Schiene, Flugzeug, Hafen, Brücken, Flüsse/Staudämme
• Effizienzberechnungen

XI. Grundlagen der Fertigung

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Herstellungstechniken einführen: CNC-Fräsen (Wasserstrahl, Plasma, Laser), Drehen, Fräsen
• Üben Sie kartesische Koordinatenberechnungen

XII. Grundlagen der Robotik

• Erforderliche Ausbildung, Gehälter, Arbeitswochen, berufliche Pflichten
• Anwendungen (in der Industrie, im Weltraum, zu Hause)
• Kartesische Koordinaten für die Automatisierung von Roboterarmen (X, Y, Z)

Teil 2: Module des Pre-Engineering-Bereichs

Die Pre-Engineering-Module sind nach dem Bestehen des Fundamentals of Engineering
Moduls erforderlich. Wählen Sie zwei beliebige Pre-Engineering-Module aus erforderlich für die Pre-Engineering-Industrie-Zertifizierung
mit spezieller Mechanik, Informatik und Elektrotechnik für die Robotik-Industrie-Zertifizierung.

ICH. Mechanisches Pre-Engineering-Modul

• Mechanischer Vorteil
• Zahnstange und Ritzel
• Einfache Maschinen
• Berechnungen des Übersetzungsverhältnisses
• Newtons Gesetze
• Kette und Kettenrad
• Gesetze der Thermodynamik
• Geschwindigkeit und Drehmoment
• Zu lösende Anwendungsprobleme in: Geschwindigkeit, Beschleunigung

II. Informatik (Programmierung) Pre-Engineering-Modul

• Gängige Programmiersprachen und verwandte Terminologien
• Teile und Funktionsweise eines Computers
• Gängige Programmiersprachen: C++, Python, Java, Scratch
• Gängige Datenbanken: SQL, Oracle, DB2
• Bewertung von Pseudocode, Schleifen und gängigen Programmierstrukturen
• Vernetzung und Kommunikation zwischen Computern
• Binäre und hexadezimale Darstellungen von Zahlen
• Verständnis der Malware-Terminologie: Virus, Wurm, Denial-of-Service, Spam, Firewall
• Bestimmung der Roboterbewegung aus Pseudocode

III. Elektrisches Pre-Engineering-Modul

• AM- und FM-Radiofrequenzen
• Mechanische Energie und Effizienz
• Funktion der Motorwicklungen
• Berechnungen zum Ohmschen Gesetz
• Grundlegende Computer-Hardwarekomponenten
• Digitale und analoge Sensoren und ihre Anwendungen
• Zu den Anwendungen gehören die Berechnung potenzieller und kinetischer Energie, Frequenzen und Kilowattstunden

IV. Chemisches Pre-Engineering-Modul

• Chemische Reaktionen und verwandte Terminologie
• Sicherheit beim Umgang mit Chemikalien
• Machen Sie sich mit dem Periodensystem vertraut
• Zu den Anwendungen gehören Lösungsberechnungen und Gasgesetzberechnungen

V. Pre-Engineering-Modul für Luft- und Raumfahrt

• Grundlegende aerodynamische Prinzipien
• Grundlegendes Raketendesign
• Arten von Wolken
• Zu den Anwendungen gehören Newtons Widerstandsberechnungen, Windseitenverhältnisse, PS-zu-Watt-Berechnungen sowie Fluggeschwindigkeits- und Geschwindigkeitsberechnungen

VI. Voringenieurmodul für Bauingenieurwesen

• Gängige Brückentypen
• Gängige Brückenmaterialien
• Verschiedene Transportmittel
• Vermessung
• Flüsse, Dämme und Kanäle
• Zu den Anwendungen gehören Entwurfsberechnungen für Bootsrümpfe, Vermessungstechniken und Berechnungen der Brückeneffizienz

VII. Pre-Engineering-Modul für Ingenieurtechnologie

• Konstruktionsprozess/-schleife
• Üben und kennen Sie Soft Skills
• Gängige Herstellungsverfahren
• Grundlagen der Luft- und Raumfahrt
• Grundlagen des Bauingenieurwesens
• Mechanische Systeme
• Programmiergrundlagen
• Gängige Fertigungsmaterialien und deren Verarbeitung
• Ingenieurszeichnungen
• Zu den Anwendungen gehören der Konstruktionsprozess in mehreren Konfigurationen, die Auswahl geeigneter Werkzeuge für Aufgaben, die Auswahl geeigneter Labor- und Werkzeugsicherheitssituationen sowie die Identifizierung fehlender Ansichten von Konstruktionszeichnungen

VIII. Pre-Engineering-Modul für Fertigungstechnologie

• Verschiedene Herstellungsmethoden
• Technische Zeichnungen mit computergestützten 2D- und 3D-Zeichensystemen
• Methoden zur Qualitätssicherung
• Zu den Anwendungen gehören Zugfestigkeitsanwendungen, Härteprüftechniken sowie Spannungs- und Dehnungskurven