Фабрика будущего: Объединение виртуального с реальным

Производители все чаще используют новейшие технологии, и среди них промышленный Интернет вещей, робототехнику и аддитивное производство, чтобы исключить отходы и повысить продуктивность. И это ставит перед учебными заведениями серьезную задачу по подготовке новых кадров и переобучению уже имеющихся, чтобы гарантировать им успешную работу на таких фабриках будущего.

24 июля 2017
COMPASS, 2017

На фабрике будущего, которую иногда называют «умной» фабрикой или Промышленностью 4.0, люди и оборудование работают сообща в такой обстановке, которая органично сочетает в себе мир физический и виртуальный, при этом главной целью является улучшение эффективности и экологичности.

«Объединение виртуального с реальным для получения полного представления обо всей цепочке формирования ценности позволит фабрикам и заводам выпускать продукцию быстрее, эффективнее, в большем объеме, и, привлекая меньше ресурсов», говорится в отчете под названием «Factory of the Future» Международной электротехнической комиссии (IEC), расположенной в Швейцарии организации, которая отвечает за международные стандарты в области технологий.

Хотя само представление видится футуристичным, ведущие производители в мире уже пожинают плоды от внедрения передовых решений. Проведенный Американским обществом качества в 2014 году опрос среди представителей сферы производства выявил, что 82% организаций, переходящих на «умное» производство, сообщают о приросте эффективности, а 49% отметили снижение количества дефектов продукции и еще 45% заявили о росте удовлетворения заказчиков.

Тем не менее, любому производителю для получения выгоды от перехода на технологии фабрики будущего необходимы «сверхквалифицированные технические специалисты», отмечает IEC, – работники, которые умеют обращаться с виртуальными моделями в физическом пространстве и понимают, что от них требуется. Это становится своего рода вызовом для образовательных учреждений, так что некоторые ведущие мировые учебные организации с техническим уклоном перенимают новые подходы к подготовке рабочих с соответствующими навыками, востребованными на фабриках будущего.

Студенты Университета Ройтлингена в Германии изучают программную платформу, которая перенаправляет задания следующему свободному рабочему.

Студенты Университета Ройтлингена в Германии изучают программную платформу, которая перенаправляет задания следующему свободному рабочему. Студенты должны в обязательном порядке усвоить принцип работы таких систем, если они надеются автоматизировать производство и управлять фабриками будущего. (Снимок © ESB Business School Logistics Learning Factory)

ПОДГОТОВКА К ПРОМЫШЛЕННОСТИ 4.0

Идея создания умных фабрик или Промышленности 4.0 родилась в Германии в качестве концепции «Industrie 4.0» и предполагает умение по-новому осмыслить принципы производства и обучения. «Нам приходится сталкиваться с теми же сложностями при формировании учебного плана, что и промышленности при организации технологических процессов», говорит Вера Хуммель, профессор логистики и промышленного инжиниринга в бизнес-школе ESB Business School при Университете Ройтлингена, Германия.

«Промышленность 4.0 построена не только на эффективности производства. Смысл здесь еще в умении выстраивать новые модели бизнеса на основе специализированных технологий. Имея представление о потенциале цифровых преобразований и принципах интеграции физического завода с меняющейся в реальном времени цифровой моделью, которая двунаправленно отражает происходящее в виртуальном и реальном мирах, учащиеся будут готовы занять нишу будущих экспертов в нашей экономике».

Американское общество качества выяснило, что 82% организаций, переходящих на «умное» производство, сообщают о приросте эффективности, а 49% отметили снижение количества дефектов продукции.

Студентам предстоит осваивать три нетрадиционных навыка. «Первой задачей для учащихся станет понимание принципов использования гибридной рабочей системы в сочетании с техническим содействием и киберфизическими системами», говорит Хуммель.

Второй момент – бесшовная цифровая среда проектирования. В прошлом студентам приходилось иметь дело с чем-то одним: только с системами CAD, разработки технологических процессов или моделирования роботов, теперь же им предстоит работать со всеми тремя цифровыми инструментами, которые применяются на современном, первоклассном производстве в формате бесшовной среды разработки.

«Третья задача заключается в умении управлять интеллектуальным производством, исходя из предельно разнообразных требований заказчиков, принимая во внимание автономность технологических систем».

Обучение таким навыкам требует отказа от традиционных методик преподавания, когда предметы разбиты на дисциплины, чтобы студенты могли получить всеобъемлющее представление о взаимосвязях и взаимозависимостях между механическими, информационными и автоматизированными процессами, говорит Хуммель.

С учетом сказанного, будущие выпускники магистратуры дважды в неделю в течение 4 месяцев работают над проектами в специально созданной «Учебной фабрике ESB» (ESB Learning Factory), которая объединяет в себе физическую инфраструктуру для производства с облачными инструментами цифрового проектирования.

«Они учатся обращаться с большими данными, цифровыми процессами, новыми бизнес-моделями и новыми принципами сотрудничества между отделами. Мы стараемся создать ориентированную на будущие потребности учебную фабрику ESB, которая позволит студентам получить практический опыт в использовании новейших мировых технологий в контексте концепции Промышленность 4.0».

РАБОТА В ГЛОБАЛЬНОМ КОНТЕКСТЕ

Во Франции Национальная техническая школа Мец (National Engineering School of Metz (ENIM) входит в состав Национального политехнического института Лотарингии (Lorraine-INP), коллегии из 11 технических школ Университета Лотарингии. ENIM запустила программу Factory Futures (Завод будущего), совместный международный проект, построенный на применении облачных технологий управления жизненным циклом изделий (PLM), чтобы готовить студентов по всему миру к работе на «футуристических фабриках».

«Модель преподавания в технических школах Франции и за рубежом не предполагает внесения в учебный план занятия по подготовке нашей молодежи к реализации технических проектов в глобальном контексте», говорит Жюльен Занс, директор проекта PLM и координатор по Латинской Америке в ENIM. «Обязательным условием для студентов ENIM является мобильность, и у нас уже подписано более 120 соглашений с институтами в разных частях планеты».

Проект Global Factory, запущенный в 2012 году вместе с программой Factory Futures, стартовавшей в сентябре 2016 года, предоставляет учащимся возможность провести технический проект с участием 17 партнерских университетов, работая с сотнями студентов и профессоров в 10 странах. Дополнительной целью, говорит Занс, стал обмен опытом освоения цифровых 3D-решений в области PLM с ВУЗами-партнерами.

Студентка Флоридского технологического института Грейс Питерс-Шульц держит напечатанную 3D-модель космического аппарата НАСА Orion

Студентка Флоридского технологического института Грейс Питерс-Шульц держит напечатанную 3D-модель космического аппарата НАСА Orion, созданную по результатам лазерного сканирования капсулы Orion. (Снимок © Florida Institute of Technology)

«Проблемно-ориентированный, междисциплинарный подход позволяет объединить усилия международных партнеров с разносторонними навыками, включая мехатронику и управление инновациями», говорит Занс. «Например, в этом году мы привлекли две школы, входящие в коллегию Lorraine-INP Университета Лотарингии, Высшую инженерную школу науки и технологии Нанси (ESSTIN) и Национальную высшую школу разработки инновационных систем (ENSGSI), чтобы помочь нам в освоении этих двух навыков».

Учебным заведениям жизненно важно идти в ногу со временем, если они хотят обучать своих студентов тому, что им действительно необходимо. К примеру, Занс с коллегами внимательно отслеживают деятельность правительства Франции и результаты реализации национальной инициативы «Промышленность будущего», которая затрагивает компании по разработке новых технологий, профессиональные ассоциации и партнеров из научных кругов, и способствует развитию правительственной программы по цифровому преобразованию промышленности во Франции. «Если говорить об оборудовании, школы Франции могут с легкостью ответить на этот вызов, хотя преподавателям придется чаще обновлять свои курсы с учетом новых инструментов, к тому же им предстоит осваивать новейшее программное обеспечение», говорит Занс. «Крайне важно добиться надлежащей компетенции преподавателей и технического персонала при работе с актуальными решениями. К счастью, во Франции сеть AIP-PRIMECA централизует потребности в обучении преподавателей ВУЗов в освоении используемых нами 3D-решений. Они предлагают круглогодичную схему подготовки тех преподавателей, которые хотели бы заниматься обучением в специализированных областях».

ТРАНСФОРМАЦИЯ ОБУЧЕНИЯ

Появление фабрик будущего может означать увеличение количества рабочих мест на производстве для американских работников, и учебные учреждения США должны это учитывать.

«Сейчас от университетов США непрестанно требуют ввести программы обучения производству, хотя у них не так много подобного опыта», говорит Майкл Гривз, профессор и исполнительный директор, Центр современного производства и инновационного проектирования (CAMID), Флоридский технологический институт. «Это вызвано потребностью в организации рабочих мест на производстве внутри США, а также внедрением передовых технологий, которые меняют характер производственных процессов и сокращают затраты на выпуск продукции».

Если технологии и в их числе промышленный Интернет вещей, и аддитивное производство помогут американским компаниям наладить выпуск товаров по цене, которая не отличается от предлагаемой странами с более низкой оплатой труда, говорит Гривз, «отсутствие транспортных расходов сыграет свою роль, и мы сможем наладить производство рядом с прямыми потребителями».

И все же, воспитание навыков, которые понадобятся производителям в будущем, требует от учреждений в сфере образования переступить через традиционные, устоявшиеся принципы,говорит Гривз.

«В США ведущие университеты уже многие годы выпускают инженеров, не имеющих особого представления о производстве», говорит Гривз. У нас не поставлено преподавание материалов самой разной направленности, и студентам приходится восполнять пробелы после того, как они окунутся в работу в своей отрасли.

«ЖИЗНЕННО ВАЖНО СОЗДАТЬ СРЕДУ ОБУЧЕНИЯ, КОТОРАЯ ВОСПРОИЗВОДИТ ОБСТАНОВКУ НА ПРОИЗВОДСТВЕ, ЧТОБЫ СТУДЕНТЫ МОГЛИ ПРОЧУВСТВОВАТЬ СВЯЗЬ С БУДУЩИМ МЕСТОМ РАБОТЫ». АШОК ШЕТТАРРЕКТОР, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ KLE

«Следует признать, что университетам мало обучать инженеров навыкам технической проработки будущей продукции; их также нужно учить принципам производства, чтобы виртуальный проект изделия превратился в экономически выгодный и эффективно производимый товар».

В США лидерами в этом отношении, по мнению Гривза, следует считать Флоридский технологический институт, Университет Пердью и Технологический университет Джорджии, однако, с его же слов, даже им предстоит поработать над развитием междисциплинарного подхода.

«В большинстве университетов США есть колледжи, специализирующиеся на выпуске специалистов в области проетирования и разработки, но не проектирования и производства одновременно», говорит Гривз. «Речь уже не идет о том, как бы разработать продукт и оперативно передать его на производство. Для создания готового изделия требуется целостный подход к разработке и производству. Потому и возникла необходимость в глобальном изменении принципов преподавания с переходом к целостному обучению, чтобы успеть за наметившимися в промышленности тенденциями».

ОБМЕН ИДЕЯМИ

В 2014 году на долю производства в Индии приходилось всего 16% ВВП, если верить данным Всемирного банка. В том же году премьер-министр Индии Нарендра Моди запустил инициативу «Make in India» (Изготавливайте в Индии), чтобы привлечь иностранных инвесторов и превратить Индию в глобальный производственный центр.

«Нам нужны были технические специалисты, обладающие навыками сразу по нескольким дисциплинам, чтобы успешно конкурировать на глобальном уровне, а для этого необходим иной подход к обучению», говорит Ашок Шеттар, ректор Технологического университета KLE в Индии. «Мы обучаем работе со многими технологиями, составляющими суть фабрики будущего, включая большие данные, облака, аналитику, встроенные системы, робототехнику и автоматизацию, но у нас не было комплексного подхода к их преподаванию.

Фабрика будущего – это пространство для совместной работы, в котором многие процессы могут протекать одновременно в разных физических местах, и возможно появление проблем межкультурного плана. Жизненно важно создать среду обучения, которая воспроизводит обстановку на производстве, чтобы студенты могли прочувствовать связь с будущим местом работы».

В этой связи учебный график в KLE Tech составлен с упором на практическое изучение. На первых курсах преподают социальные инновации, то есть настраивают мышление будущих разработчиков на социальные потребности, а также множество технических дисциплин, чтобы стимулировать расширенное производственное мышление. В дальнейшем студентам предлагается междисциплинарный подход к реализации жизненного цикла изделия на учебной фабрике университета площадью 557 кв. метров.

«Студенты работают в междисциплинарных группах, куда попадают будущие машиностроители и инженеры-электрики, чтобы дать им представление о том, как разноплановые рабочие группы совместными усилиями движутся к общей цели», говорит Шеттар. Для обучения этим навыкам преподавательскому составу KLE Tech нужно было также расширять круг своих знаний за рамки основной специализации.

«Мы определили пробелы в текущей системе подготовки и совместно с представителями производственной отрасли старались их устранить, повышая квалификацию преподавателей на этих курсах», говорит Шеттар. «Поскольку от студентов предполагается работа в междисциплинарных группах, сначала мы должны были опробовать это на себе, так что перед началом занятий мы набрались соответствующего опыта самостоятельно».

Обучение и производство: новые горизонты сотрудничества

Для учебных учреждений во всем мире выработка у студентов необходимых навыков для фабрики будущего сопряжена с очевидной проблемой передачи междисциплинарного характера новой среды производства. Эта задача подталкивает нас к усиленному сотрудничеству между сферой образования и промышленностью, к демонстрации первостепенной нацеленности на усвоение новых принципов мышления и преподавания, а также производства.

«Мы обязаны воспитывать сильнейшее стремление к сотрудничеству, говорит Шеттар, и вырабатывать культуру совместной работы с участием промышленности и научных кругов».

Текст: Жаки Гриффитс

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях