Фабрики обучения представляют собой реалистичную производственную среду для образования , обучения и исследований . За последние десятилетия в академических кругах и промышленности было построено множество фабрик обучения. [1]
Термин обучающая фабрика состоит из двух слов. Слово « обучение » указывает на развитие компетенций , в то время как слово « фабрика » определяет реалистичную производственную среду. [2] Общепринятое определение было согласовано в рамках CIRP CWG и опубликовано в энциклопедии CIRP: [3] Согласно Международной академии производственной инженерии (CIRP), обучающая фабрика определяется следующим образом:
В зависимости от цели учебной фабрики обучение происходит посредством преподавания , обучения и/или исследования . Следовательно, результатами обучения могут быть развитие компетенций и/или инновации. Желательна операционная модель , обеспечивающая устойчивую работу учебной фабрики. [4]
Разница между фабриками обучения и модельными фабриками заключается в том, что фабрики обучения предоставляют дидактическую концепцию и действующую модель для обучения.
Термин «фабрика обучения» впервые появился в США в 1994 году, когда Национальный научный фонд (NSF) наградил консорциум Университета штата Пенсильвания. Проекты по дизайну, связанные с промышленностью, были поддержаны на объекте площадью 2000 м2 с машинами, инструментами и материалами. Реальные проблемы отрасли могли быть решены в реалистичной среде. В 2006 году программа получила премию Гордона Национальной инженерной академии за инновации в инженерном образовании. В Европе за последнее десятилетие было спроектировано все больше и больше фабрик обучения. Одной из первых фабрик обучения в этой волне является «Центр промышленной производительности», основанный Институтом управления производством, технологий и станков (Технический университет Дармштадта), созданный в 2007 году (см. раздел 3). [1] В 2011 году была учреждена Инициатива «Европейские фабрики обучения» на 1-й конференции по фабрикам обучения в Дармштадте (Германия). [5] Инициатива привела к европейскому сотрудничеству по теме обучающих фабрик. В 2017 году инициатива решила включить обучающие фабрики со всех континентов и переименовала себя в «Международную ассоциацию обучающих фабрик».
В фабрике обучения процессам CiP Технического университета Дармштадта основное внимание уделяется развитию компетенций для бережливого производства и Industrie 4.0 . Она была основана в 2007 году. Поставка сырья, обработка, контроль качества, сборка, упаковка и косвенные процессы моделируются аналогично малому и среднему предприятию . Помимо восьми вариантов пневматического цилиндра , индивидуальные требования клиентов различных измерений реализуются в зоне бережливой обработки. Примерно на 500 м2 учащиеся применяют бережливые методы и решают проблемы на собственном опыте. Фабрика обучения может отображать различные сценарии от расточительной и несбалансированной производственной среды до бережливого и цифрового бережливого состояния. 15 различных учебных модулей структурированы в бережливых основах, бережливых основных элементах и бережливом мышлении. В рамках учебного модуля практический опыт чередуется с теоретическим обучением. Фабрика обучения процессам CiP является частью центра компетенции МСП для региона Рейн-Майн, финансируемого Федеральным министерством экономики и энергетики Германии. С новыми внедренными технологиями Industrie 4.0 расширяется концепция бережливости. Внедряются различные технологии, например, прослеживаемость продукции, помощь работникам, цифровое управление цехом, предиктивное обслуживание, milk run 4.0 и AGV. С каждой внедренной технологией интегрируются новые темы для учебных модулей. Кроме того, действующий институт создал множество учебных фабрик для академических кругов и промышленности по всему миру. [5] [6] [7]
В TU Wien Pilot Factory фокусируется на Industrie 4.0. Это реалистичная испытательная среда с реальными машинами, реальными производственными цепочками и реальным продуктом. На 900 м2 производится 3D-принтер, который использует принцип моделирования методом послойного наплавления. Размеры принтера могут быть настроены в соответствии с требованиями заказчика. Интегрированы различные концепции Industrie 4.0, например, адаптивность процесса и компоновки, высокая степень взаимодействия человека и машины и использование аналитики данных для прозрачности и оптимизации. Транспортировка AGV соединяет производство с зоной сборки. Материал пополняется автоматически. Кроме того, операторам помогают коллаборативные роботы, вспомогательные системы, сенсорная технология и обработка изображений. [5] [6] [8]
Фабрика обучения Стелленбоша при Университете Стелленбоша проводит тренинги по бережливым операциям, эргономике и является исследовательской платформой для Industrie 4.0. Целевыми группами являются отраслевые партнеры и студенты, изучающие промышленную инженерию. Новые разработки включают в себя программу магистратуры с двойной степенью с Университетом Ройтлингена . Немецкие студенты имеют возможность посетить летнюю школу. На фабрике обучения интегрированы система отслеживания RFID и визуализация KPI в реальном времени. Продукт Университета Стелленбоша — набор поездов в масштабе O. [5]
iFactory Университета Виндзора имеет основные темы интегрированного продукта – системное обучение и Industrie 4.0. Письменные столы и натяжители автомобильных ремней собираются на 200 кв. м. Отслеживание процессов и планирование производственных операций и составление графиков возможно с помощью RFID-меток. Вся система является модульной и перенастраиваемой с помощью оборудования от FESTO Didactic. Основная цель учебной фабрики – исследования, обучение и демонстрация для студентов и промышленности. Учебная фабрика была создана в 2011 году и является первой в своем роде в Северной Америке. [5] [6]
Лаборатория операционного совершенства Люксембургского университета — это место, где промышленные партнеры могут получить практический опыт использования инструментов бережливого производства и продемонстрировать новые технологии, связанные с Industrie 4.0. Примерами новых технологий являются интеграция RFID, дополненной реальности и цифровых руководств. Кроме того, здесь обучаются студенты-магистры инженерных специальностей. Фабрика обучения — это платформа для модернизации новых технологических функций с целью разработки, анализа и проверки их применимости на сборочных или демонтажных линиях. Продуктом фабрики обучения является дырокол. [5]
Основное внимание на Учебной фабрике по бережливому производству (LSP) в TU München уделяется бережливому производству. Изготовленный продукт представляет собой настоящую коробку передач с 24 вариантами. Объект состоит из сборочного участка, зоны мастерской кайдзен и теоретической учебной зоны. Процессы логистики, сборки, контроля качества и упаковки отображены на карте. В ходе курса воссоздается типичный путь бережливого производства: от неудовлетворительной ситуации до бережливого состояния. Теория преподается в слотах теоретических занятий. Ежегодно предлагается от четырех до шести тренингов. Мобильное оборудование можно перевозить в любое место. [5] [6]
Основными темами LPS Learning Factory являются бережливое производство, Industrie 4.0 и эффективность ресурсов. Она была основана в 2009 году Рурским университетом в Бохуме . Крышки для бутылок, держатели для крышек для бутылок и различные изделия на заказ производятся на 1800 м2 . Производственная среда включает в себя различные станки, грузовые транспортеры, станции ручной сборки и различных промышленных роботов. Основными темами являются бережливое производство, Industrie 4.0 и эффективность ресурсов. Каждый год 900 студентов отрабатывают упражнения. Производятся реальные продукты, которые закупаются для промышленности. Кроме того, на учебной фабрике реализуются многочисленные исследовательские проекты, например, модель зрелости Industrie 4.0, системы помощи и обучения, киберфизические производственные системы и промышленная робототехника. С 2018 года учебная фабрика является частью центра компетенции SME 4.0 в Зигене. [5] [6] [9]
Werk150 (ранее ESB Logistics Learning Factory) в ESB Business School — это подлинная среда обучения, разработки и исследований. Объект, который был запущен в 2014 году, предоставляет передовую инфраструктуру для обучения и повышения квалификации студентов. Кроме того, также рассматриваются актуальные вопросы прикладных исследований, разрабатываются и тестируются новые методы, инструменты и будущие технологии, а также методы управления для адаптивных рабочих и логистических систем. Результаты прикладных исследований постоянно интегрируются в деятельность курса. Werk150 представляет собой модель производственной компании со всей ее промышленной цепочкой создания стоимости и меняющимся портфелем продуктов и услуг. В частности, процессы в областях проектирования систем продуктов и работ, входящих товаров, хранения, комплектации заказов, производства, сборки и аддитивного производства, а также дистрибуции воспроизводятся и рассматриваются в полном объеме.
В Werk150 требования и влияния Industry 4.0 исследуются и передаются в учебных и дополнительных учебных курсах. Он имеет цифрового двойника или изображение, которое связано с реальным заводом с использованием информационных и коммуникационных технологий. Таким образом, как продукты, так и производство могут планироваться и моделироваться виртуально, производство может контролироваться в цифровом виде, а статус и локализация заказов, деталей и ресурсов могут контролироваться в реальном времени.
P2O-Lab — это учебная фабрика площадью 110 м2 на территории Дрезденского технического университета . [10] Основываясь на подходах к решению задач из областей модуляризации , оцифровки и искусственного интеллекта , P2O-Lab исследует следующие шаги для обслуживания крайне изменчивых рынков с почти бинарными жизненными циклами продуктов . [11] P2O Lab задается вопросом, какие требования, модели, методы и инструменты должны быть выполнены для этого. В качестве сопровождающей UserStory цель состоит в том, чтобы вывести, оценить и внедрить подходящий процесс из существующих модулей завода непосредственно из заказа на продукт. Результаты текущего исследования впоследствии перетекают в преподавание на факультете электротехники в Техническом университете Дрездена . Кроме того, студенты, а также внешние лица имеют возможность получить практический опыт в P2O-Lab в контексте семинаров и стажировок.
С 2011 года MPS Lernplattform концерна Daimler AG производит различные продукты на площади 3000 м2 , основной темой которой является бережливое производство. Используются оригинальные компоненты производства, а также модели 1:10 с несколькими симуляциями. Моделируются прессовый цех, кузовной цех, покрасочный цех, сборка и логистика как части автомобильной промышленности. Собранные изделия могут быть повторно использованы после обучения: например, блоки управления крышей, солнцезащитные козырьки, чехлы, напольные коврики или разрывы в комнатах. Обучение проводят квалифицированные внутренние сотрудники, имеющие дидактические знания, а также многолетний опыт работы в производственной сфере. Обучение состоит из 20% теории и 80% практики. Для участников, которые используют важные знания в своей повседневной работе, предлагается более десяти различных учебных модулей. MPS Lernplattform все больше полагается на сотрудничество с внешними партнерами, такими как Технический университет Дармштадта. [6]
Учебная фабрика Festo в Шарнхаузене управляется компанией Festo AG с 2014 года по четырем различным темам: механическая обработка (1), сборка клапанов и пневмоостровов (2), автоматизация и совершенствование процессов (4), администрирование учебной фабрики (4). Пневматические клапаны и пневмоострова производятся на площади 220 м² в четырех помещениях. Более сорока учебных модулей предлагаются на четырнадцати различных рабочих местах. Участники — исключительно из Festo, особенно для обучения новых операторов и повышения квалификации действующих работников. Каждый руководитель группы или квалифицированный специалист группы обучает операторов самостоятельно. Поэтому были разработаны модули «Обучение тренеров». Обучение постоянно развивается. Интегрируются новые продукты, новые процессы, новое производственное оборудование. [6]
Концепция обучающих фабрик предлагает потенциал для прежних дидактических и технических подходов. Благодаря реалистичной среде обучающиеся более мотивированы, а развитие компетенций облегчается. Возможно проблемно-ориентированное , проектно-ориентированное или исследовательское обучение. Обучение, ориентированное на действия, приводит к значительным преимуществам по сравнению с традиционными методами обучения. [12] Методы, инновации и технологии могут быть легче перенесены в промышленность. Благодаря обучающим фабрикам обучающиеся могут применять методы в реалистичной производственной среде без негативного эффекта остановки производственных линий на своем собственном предприятии. [13]
Фабрики обучения проектируются на трех уровнях: [6]
Более подробную информацию о процессе проектирования обучающихся фабрик можно увидеть в диссертации Михаэля Тиша под названием «Modellbasierte Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung von Lernfabriken für die schlanke Produktion». [14]
Концепция обучающей фабрики также ограничена. Планирование, разработка, строительство и эксплуатация обучающих фабрик требуют финансовых и кадровых ресурсов. Физическим обучающим фабрикам необходимо пространство на объекте. Необходимо закупать и обслуживать машины, рабочие места и другие элементы фабрики. Партнеры и персонал должны быть готовы и способны участвовать в обучающей фабрике. Устойчивость должна быть обеспечена посредством операционной модели. Кроме того, обучающие фабрики отображают ограниченные разделы производственной среды. Одна обучающая фабрика не может обеспечить подходящую общую среду для всех задач в академической среде и промышленности. Рассматриваются конкретные промышленные сектора, рассматриваемые темы, отдельные производственные процессы, отделы компании и целевые группы. Возможности картирования обучающих фабрик ограничены. [13]