От «Инжиниринга 3.0» к «Индустрии 4.0»: в Политехническом институте ЮУрГУ готовят инженеров будущего

«Сегодня кибернетика — повсюду, вчерашняя фантастика — пустяк!» Эти строки известного поэта и прозаика Эдуарда Асадова можно отнести и к современной промышленности: передовые предприятия автоматизируют все сферы своей деятельности, переходят на технологии «Индустрии 4.0». Поэтому и от сотрудников требуют самых передовых знаний, новых компетенций и подходов к работе. Отвечая запросам времени, инженеров нового поколения готовит Политехнический институт ЮУрГУ. Как сегодня строится обучение на технических направлениях подготовки вуза и какие перспективы у выпускников, рассказал директор Политехнического института Сергей Ваулин.

— ПИ всегда славился высококлассными техническими специалистами. Казалось бы, зачем что-то менять. Как новые индустриальные тренды влияют на подготовку будущих инженеров?

— В мире каждое десятилетие меняется карта локомотивов, которые двигают вперед мировую экономику. Сейчас это IT-технологии, которые проникают во все индустриальные сферы и требуют полной их перестройки. Если участвуешь в этом процессе, ты на волне, а если живешь в параллельной реальности, где все это не интересно, то строить глобальный бизнес и зарабатывать деньги будут другие. Поэтому перед мировой промышленностью встала новая глобальная задача — переход к четвёртой промышленной революции. Появился термин «Индустрия 4.0» и связанные с ним понятия: «интернет вещей», «большие данные», «виртуальная и дополненная реальности». Современное производство обязательно должно иметь своего «цифрового двойника», который позволяет прогнозировать и оценивать результаты, определять оптимальные сценарии развития. Для этого предприятия оснащают современнейшими датчиками, которые передают информацию в облако данных, а из него, после обработки этой информации, формируются рекомендации и определяются возможные сценарии действий. Автоматизированная обработка запросов интернета вещей, повышение масштабов уникальных заказов, сокращение сроков их выполнения – все это требует коренного изменения технологий и технологических систем предприятий. В краткосрочной перспективе производство должно сильно измениться, а значит, и мы должны готовить новых инженеров — с целым комплексом новых знаний и умений. Конечно, мы учитываем и текущие потребности предприятий, но и смотрим вперед, чтобы готовить инженеров будущего. Поэтому стратегию общего развития работ Политехнического института мы связали с цифровизацией промышленности и сформулировали эту стратегию как переход от «Инжиниринга 3.0» к «Индустрии 4.0».

— ПИ — один из самых крупных институтов ЮУрГУ. Расскажите подробнее про его структуру. 

— Примерно к середине этого десятилетия Южно-Уральский государственный университет вырос до масштабов большой корпорации. Однако его организационная структура сохранилась с тех времен, когда в вузе существовали больше двух десятков факультетов. Было принято решение перейти к новой структуре вуза и для большей эффективности сконцентрировать родственные направления научно-технической деятельности, объединив их в институты и высшие школы. Так, все что было связано с базовыми отраслями промышленности — от металлургии до аэрокосмической отрасли — объединили в Политехническом институте. Это материаловедение и металлургия, машиностроение, энергетика, автотранспорт и аэрокосмическое направление. Все они были охвачены пятью  факультетами: Материаловедения и металлургических технологий, Механико-технологическим, Энергетическим, Автотракторным и Аэрокосмическим. Заочная форма обучения реализуется шестым факультетом – Заочным. Как известно, часть наших факультетов существует с самого рождения вуза, другие возникли позднее в связи с требованиями промышленности страны. Таким образом, мы имеем богатейшую и славную историю, огромный опыт и авторитет, при этом динамично развиваемся и оперативно реагируем на все изменения в мире.

— В каких направлениях развивается каждый из факультетов?

— Все помнят 2013 год, когда в Челябинске внезапно появился астероид из космоса и наделал немало бед. ЮУрГУ тогда серьезно пострадал от падения этого космического тела. Астероидная безопасность для нас — не пустой звук. Мы взяли это направление, которое является стратегическим для всего вуза, за основу развития Аэрокосмического факультета.

— Что понимается под астероидной безопасностью?

— Масштабы современной урбанизации повышают вероятность того, что трагедия может повториться. Чтобы этого не допустить, нужно издалека распознать космический объект, который летит за многие миллионы километров от нас, и направить к нему аппарат, исследовать его поверхность и решить, что же с ним делать: разрушить или отклонить его траекторию, просчитать, куда он может упасть. Над работой в таких глобальных проектах мы привлекаем студентов всех курсов. Для этого у нас создано Молодежное конструкторское бюро «Астероид», где молодые специалисты и студенты собираются несколько раз в неделю и под руководством более опытных старших наставников занимаются решением масштабных задач. Научные сотрудники и студенты Аэрокосмического факультета работают в КБ над созданием перспективных космических аппаратов по доставке оборудования на космическое тело с малым гравитационным полем. Подразумевается, что такой транспортно-энергетический модуль подлетит к астероиду и с расстояния 100 км направит к нему зонд с оборудованием. В рамках этого проекта ведутся разработки ракетных двигателей малой тяги, «умных материалов» и «умных конструкций». Например, энергетические установки мы хотим разрабатывать с помощью аддитивных технологий, с кольцевыми камерами сгорания и соплами.  

Кроме астероидной безопасности, существует проблема очистки околоземного пространства от космического мусора, который каждый день угрожает космическим кораблям. Скорость движения на орбите — 8 км/сек: так быстро не летит ни один снаряд на Земле. А если он попадает в корабль на встречном курсе, скорость удваивается! Даже небольшой элемент может пробить обшивку корабля насквозь. Обломки на орбите неуправляемы, и чтобы с ними бороться, нужно также распознать их, подлететь, собрать и направить на поверхность Земли для безопасного сгорания в атмосфере. На них могут отрабатываться технологии борьбы с небольшими объектами. Все это мы попытались объединить в одну программу под названием Clean Space.

— Какие задачи «Индустрии 4.0» решаются на других факультетах Политехнического института?

— На  Автотракторном факультете основной вектор научно-технического развития — умный транспорт для умного города. Он включает разработку беспилотных автомобилей и общественного транспорта, а также создание энергоэффективных двигателей.

Создание мощных моторов для тяжелых внедорожных машин тоже остается в поле работ факультета. Кроме того, студенческое конструкторское бюро зинмается созданием болидов формулы «Студент».

Основное направление развития Механико-технологического факультета — цифровые технологии и роботизированные системы в машиностроении. Это не только промышленная робототехника, а любое металлорежущее оборудование с компьютерными системами управления. Мы работаем и с аддитивными технологиями, к которым относится, например, 3D-печать. Сейчас мы пытаемся их объединить с новыми принципами механической обработки деталей со сложными поверхностями. Это позволит не только экономично создавать изделия, но и одновременно обеспечивать их высокое качество.

На факультете Материаловедения и металлургических технологий ключевое направление — новые материалы и цифровые технологии металлургического производства, в частности трубо- и листопрокатного. Цифровизация всех технологических процессов: пирометаллургических, процессов сварки и обработки металлов давлением во взаимосвязи с формированием характеристик самих материалов – все это предметная область данного факультета.

Энергетический факультет идет в направлении цифровой распределенной энергетики и интеллектуального электропривода. Здесь также прорабатываются возможности использования аддитивных технологий для получения роторов и части статоров электрических машин. Обычно их мотают из проволоки, но уже получены объекты с помощью 3D-печати.

— А как сегодня строится система подготовки «специалистов будущего»?

—Время бросает нам вызов и требует нового подхода к обучению инженеров — проектного обучения. Как уже было отмечено, наши факультеты связали свои научно-технические исследования с самыми передовыми и перспективными направлениями развития в мире. Они в основном идут от известных предприятий – наших стратегических партнеров. Соответственно, и наши студенты участвуют в реальных проектах таких компаний. Выполняя эту работу, они приобретают дополнительные знания, умения и реальный практический опыт. В результате мы получаем выпускников совершенно другого уровня, а предприятие — готовых специалистов и даже команды под свои задачи.

Еще одна важная составляющая — элитная подготовка для высокоодаренных ребят, которые хорошо учатся, участвуют в олимпиадах, получают высокие баллы на ЕГЭ и хотят успешно реализовать свой потенциал и дальше. Начиная с первого курса, у них идет углубленное изучение математики, английского языка и ряда других дисциплин, им предлагается участие в научно-исследовательских работах, такие студенты также задействованы в серьезных проектах. Мы стараемся подойти к ним индивидуально, охватить все аспекты их желаний и умений, чтобы, с одной стороны, они максимально раскрыли свой потенциал, с другой, научились работать в команде и далее уверенно двигались в профессиональной сфере.

— Проектное обучение касается всех студентов?

— В проектном обучении Политехнического института участвуют студенты магистратуры с первого курса и специалитета, начиная с 3 курса, которые имеют такое желание, а главное — способности к проектной работе. Безусловно, традиционное образование в вузе тоже сохраняется. У всех студентов разные способности, и мы стараемся это учитывать и приспосабливаемся так, чтобы каждый смог получить предписанные стандартами компетенции и нашел оптимальное для него место в профессиональной деятельности.

— Работа над проектами — это командный труд, а значит, объединяет разные дисциплины и знания?

—Задача ПИ —воспитать инженера не с одним только фундаментальным знанием своего направления, но и с другими. И это тоже цель проектного обучения. Например, проект «Электроболид» объединил студентов Автотракторного и Энергетического факультетов. Перед ними поставили задачу самостоятельно спроектировать и изготовить динамичный, экономичный, бесшумный и экологически безопасный болид. Используя суперкомпьютер с необходимыми лицензионными программами и центры коллективного пользования для изготовления сложных узлов и деталей, ребятам удалось разработать модель уникального электродвигателя, который удовлетворяет всем указанным требованиям. Объединив усилия всех специалистов, студенты изготовили реальный опытный образец. Проект электроболида представят в конце 2019 года на всероссийском научно-техническом соревновании в Москве, которое является подготовительным этапом Formula Student в Европе.

— А объединяются ли в работе над проектами специалисты Политехнического института и других институтов вуза?

— Есть и такие научные коллаборации. Например, Политех и Архитектурно-строительный институт. Команда приступила к разработке проекта Smart-city. Предполагается, что эта инновационная система управления найдет применение в г. Сатка, который включен в реестр «умных городов» России. Проект, действительно, является мультидисциплинарным по своей сути, так как для каждого изделия необходимо рассчитать экономические характеристики, технические параметры, технологические барьеры, безопасность, управление и многое другое.

Также мы сотрудничаем с Высшей школой электроники и компьютерных наук в выполнении проекта по астероидной безопасности и с Высшей школой экономики и управления – в плане продвижения инновационных продуктов на рынок.

— В проектное обучение закладывается много практики. Где студенты исследуют, творят, экспериментируют?

— Вся эта работа опирается на наш образовательный и научно-технический опыт как национального исследовательского университета. Чтобы обеспечить надлежащую подготовку инженера, нам нужна была серьезная материальная база, и ее удалось воссоздать за последние десять лет. Это такие уникальные и зачастую единственные среди вузовского сообщества научно-образовательные центры (НОЦы), как: «Учебный центр ракетно-космической техники им. Академика В.П. Макеева», НОЦ «Энерго- и ресурсоэффективных технологий в дизелестроении для бронетанковой техники и инженерных машин», «Лаборатория композиционных материалов и конструкций», «Лаборатория машиностроения», «Лаборатория физического моделирования термомеханических процессов», «Лаборатория экспериментальной механики», «Ресурсный центр специальной металлургии», «Центр компьютерного инжиниринга» и т.д. Конечно, мы используем возможности и НОЦ «Нанотехнологий», «Лаборатории суперкомпьютерного моделирования» и других лабораторий вуза.

Материальная база продолжает совершенствоваться. Например, в Политехническом институте разрабатываются учебные лабораторные стенды с дополненной реальностью и внедряются в образовательный процесс. Проект с таким стендом стал призером конкурса «IT-ПРОРЫВ» в 2017 году и победил в инженерном конкурсе, который проводился на базе Самарского национального исследовательского университета им.С.П. Королева.

— Можете ли Вы привести примеры крупных проектов последнего времени, над которыми работал Политехнический институт и принимали участие студенты?

— Последние восемь лет мы выполняли крупные проекты для наших стратегических партнеров. Например, с СКБ «Турбина» мы разработали перспективный опытный образец газотурбинной установки, которая обеспечивает 100 кВт электроэнергии, и испытали его. Эта установка может размещаться на базе автомобиля «КАМАЗ», перевозиться и устанавливаться там, где есть газ, но нет ЛЭП — в отдаленных районах страны или в Арктике.

Для завода «Прибор» мы разработали интеллектуальный автоматизированный комплекс управления энергосистемой зданий. Еще одна работа: для «КАМАЗа» мы разработали энергоэффективные трансмиссии для грузовиков и автобусов.

В этих проектах участвовало от 50 до 100 человек: преподавателей, сотрудников, инженеров, аспирантов и студентов. Мы получили бесценный опыт сотрудничества с предприятиями. А они увидели в нас не только тех, кто может учить, но и умеет профессионально разрабатывать конструкторскую, технологическую документацию, создавать и испытывать опытные образцы.

— Проектное обучение открывает новые перспективы для студентов, но это дополнительный труд. Как удается их вовлечь в этот процесс и «заразить» наукой?

— Мы работаем с ребятами еще со школы. Ученикам, которые готовы серьезно заниматься научно-исследовательской деятельностью, из школ, лицеев, гимназий мы предлагаем небольшие проекты, которые входят в стратегические направления развития каждого факультета и ПИ в целом. Так мы завлекаем ребят в эту сферу, и они пробуют себя как исследователи, изобретатели, инженеры. Если они уже в таком возрасте находят себя на этом пути — приходят к нам учиться. Планируем, чтобы команды школьников с докладами по своей проектной работе выступали на нашей ежегодной конференции преподавателей, сотрудников и студентов и послушали выступления других участников. То есть мы соединяем разные поколения и обеспечиваем творческое развитие каждой личности. Это непрерывный процесс вовлечения молодежи в важнейшее стратегическое развитие страны —  создание цифровой индустрии.

Научно-техническая работа школьников организуется и челябинским «Кванториумом», который территориально находится в ЮУрГУ и возглавляется нашим выпускником и преподавателем. Здесь школьники 7-11 классов могут работать над проектами не только теоретически, но и воплощают свои идеи в реальных изделиях. У нас создана и работает Инженерная школа для учащихся. Мы продолжаем это развитие молодежи в элитной подготовке и проектном обучении. И, конечно, сохраняем связи с нашими выпускниками: поддерживаем их квалификацию в институте дополнительного образования, привлекаем их в качестве субподрядчиков в наши проекты, помогаем в профессиональной деятельности, поставляем новые команды выпускников. Такими образом, молодой человек, придя в науку, остается с нами на длительный период. И это дает людям дополнительные преимущества.

— А есть опыт совместных проектов со школьниками?

Вместе с «Кванториумом» у нас возникла идея провести этим летом международную научную школу по аэрокосмическому направлению для студентов и школьников. Чтобы у ребят была возможность обсудить астероидную безопасность на той территории, где люди реально столкнулись с этим явлением. Хотим, чтобы учащиеся школ познакомились со студентами, поближе узнали о новейших технологиях в аэрокосмической области, послушали лекции ведущих ученых, выполнили небольшие проекты и посоревновались командами. В этих командах примут участие и иностранцы, что подтверждает высокий и масштабный уровень данного мероприятия. Перед ребятами будет стоять необычная задача — за 10-12 дней сконструировать и сделать макет летательного аппарата, который бы мог подлететь к астероиду и сесть на его поверхность без отскока и повреждений. 

— Проектное образование коснулось не только студентов. Преподаватели тоже шагнули на новый уровень?

— Выполняя наши проекты для предприятий, мы создали научные коллективы нового формата, которые могут заниматься такими передовыми работами и делиться со студентами своим опытом. В проектах было охвачено более сотни работников вуза. Но этого мало, ведь сто человек — далеко не весь преподавательский состав Политеха. Поэтому мы разработали программу повышения квалификации по выполнению такого рода работ. Преподаватели, получившие подобный опыт, делятся им со своими коллегами. Эта программа сейчас довольно востребована. Как я уже сказал, у нас есть Молодежные конструкторские бюро, где работают не только опытные преподаватели, участвовавшие в разработке проектов, но и молодые специалисты. Они видят, что старшие коллеги могут многому научить, и работают рука об руку. Это дорогОго стоит!

— Проектное обучение меняет отношения вуза с предприятиями-партнерами?

— В Политехническом институте мы определили не только стратегические направления развития и расписали все наши задачи по факультетам, но и создали комплексную систему, которая будет обеспечивать непрерывность проектного обучения: начиная со школьников, через программы элитного обучения бакалавров и проектное обучение магистров и специалистов, через Молодежные конструкторские бюро и заканчивая аспирантурой и профпереподготовкой. Так мы становимся более интересны работодателям не только нашими выпускниками, но и подготовленными командами специалистов. Если учесть, что в основе такого процесса лежат работы над реальными перспективными задачами от стратегических партнеров, мы получаем совершенно новый эффект. Мы готовим кадры, но являемся и разработчиками новой техники и технологий. Эти разработки полезны предприятиям, являются дополнительными драйверами их устойчивого развития и конкурентоспособности на рынке высокотехнологичной продукции.

Наши ученые не ограничены кругом научно-технических проблем отдельного производства. Мы часто бываем за границей, у нас широкий круг общения с лидерами научно-технических направлений в мире, с нашими коллегами других отечественных и зарубежных университетов. У нас широкие и смелые взгляды по перспективным направлениям развития. Взаимодействуя с нами, предприятия зачастую открывают для себя новые горизонты возможностей. Таким образом, имеется постоянная обратная многосторонняя связь. Без такой тесной связи, основанной на реальных проектах предприятий-партнеров, настоящее проектное обучение становится просто невозможным.

— Хорошие специалисты всегда нарасхват. На каких предприятиях строят карьеру ваши выпускники?

— Безусловно, получение качественного базового образование дает мощный фундамент в жизни. В дальнейшем выпускники ПИ получают необходимые навыки работы на ведущих предприятиях страны: Роскосмос, Росатом, РАО ЕЭС, Россети, Метран, Камаз, Мечел, Конар, ЧТПЗ и многих других. Углубленное изучение иностранных языков дает возможность трудоустраиваться и в иностранные корпорации, такие как Эмерсон, SMS групп.

Кроме того, уже в процессе обучения многие студенты всерьез задумываются о создании своего стартапа.  И мы это только приветствуем: идея создать что-то новое, будь то продукт или технология, нас только радует. Если раньше говорили, что студенты в свободное время играют в КВН, сейчас они занимаются еще и разработкой стартапов.