Stolní továrna v krabici zpřístupňuje praktické vzdělání v oblasti výroby

Již více než deset let spolupracují MIT a Tecnológico de Monterrey (Tec), jedna z největších univerzit v Latinské Americe, na inovativních akademických a výzkumných iniciativách, zejména v oblasti nanoscience a nanotechnologie, a v poslední době se zaměřují na design a inteligentní výrobu. Tato spolupráce se nyní rozšířila i na vysokoškolské vzdělávání. Sedm studentů z Tec vyvíjí metody výroby levných stolních zařízení pro 3D tisk vláken, tzv. FrEDů, společně se svými vrstevníky na MIT v rámci „laboratorní“ výukové a vzdělávací továrny, FrED Factory.

„FrED Factory slouží jako platforma pro vzdělávání v oblasti výroby, která umožňuje studentům a výzkumníkům zapojit se přímo do přechodu z vývoje prototypů do malosériové výroby,“ říká Brian Anthony, zástupce ředitele MIT.nano a hlavní výzkumný pracovník na MIT, Katedra strojírenství (MechE).

Během studia na univerzitě účastníci pozorují, analyzují a aktivně se podílejí na tomto procesu a získávají tak kritické poznatky o složitosti škálování výrobních operací. Výstupem FrED Factory jsou sady FrED – stolní výrobní sady, které samy produkují vlákna a používají se k výuce principů inteligentní výroby. „Jsme nadšeni, že máme studenty z Monterrey Tec zde na MIT, kteří přinášejí nové nápady a perspektivy a pomáhají rozvíjet tyto nové způsoby výuky výroby jak na MIT, tak na Tec,“ říká Anthony.

FrED Factory byla původně vybudována skupinou postgraduálních studentů MIT v roce 2022 jako jejich závěrečná práce v programu Master of Engineering in Advanced Manufacturing and Design. Upravili a zvětšili původní design zařízení, které postavil Anthonyho student David Kim, na něco, co lze vyrobit ve více jednotkách za podstatně nižší cenu. Výsledné soubory počítačem podporovaného designu byly sdíleny s Tec de Monterrey pro použití fakultou a studenty. Od zahájení kurikula FrED na Tec v roce 2022 MIT spolupořádal dva kurzy vedené pedagogy Tec: „Návrh mechatroniky: (Re)Design FrED“ a „Automatizace výrobních systémů: FrED Factory Challenge.“

V tomto akademickém roce se poprvé účastní studenti Tec z řad vysokoškoláků výzkumných pobytů ve FrED Factory. Studenti se zapojují do společných projektů FrED na MIT a poté se vracejí na Tec, aby uplatnili své znalosti – zejména aby pomohli replikovat a implementovat to, co se naučili, s uvedením do provozu nové FrED Factory na Tec de Monterrey na jaře tohoto roku. Konečným cílem je plně začlenit tento projekt do kurikula mechatronického inženýrství Tec, ve kterém se studenti učí o automatizaci a robotice na vlastní kůži prostřednictvím těchto zařízení.

Russel Bradley, doktorand na MechE pod vedením Anthonyho, je vedoucím projektu FrED Factory a úzce spolupracuje s vysokoškolskými studenty Tec.

„Proces navrhování a výroby FrEDů je sám o sobě vzdělávací zkušeností,“ říká Bradley. „Na rozdíl od skutečné továrny, která by studenty pravděpodobně nepustila experimentovat se stroji, FrED Factory poskytuje prostředí, kde můžete selhat a učit se.“

Studenti Tec jsou rozděleni do skupin pracujících na specifických projektech, včetně Vývoje vzdělávacího rámce 4.0 pro FrED, Ponorné technologie (AR) pro výrobní operace, Gamifikace vyspělého výrobního vzdělávání ve FrED Factory a Ponorné kognitivní tovární dvojčata.

Sergio Siller Lobo je student Tec, který pracuje na vývoji vzdělávacího rámce pro FrED. On a další studenti revidují kód, aby učinili rozhraní uživatelsky přívětivější a nejlépe umožnili studentům učit se při práci se zařízeními. Zaměřují se zejména na pomoc studentům zapojit se do témat řídicích systémů, počítačového vidění a internetu věcí (IoT) jak v digitálním kurzu, který vyvíjejí, tak v přímé práci se zařízeními. Digitální kurz může vést lektor nebo ho studenti absolvují samostatně.

„Studenti se mohou učit teorii pomocí digitálních kurzů a zároveň mít přístup k praktické zkušenosti se zařízením,“ říká Siller Lobo. „Můžete mít to nejlepší z obou způsobů učení, jak praktického, tak teoretického.“

Arik Gómez Horita, vysokoškolský student z Tec, který také pracoval na vzdělávacím rámci, říká, že technologie, která v současné době existuje, pokud jde o to, jak učit studenty o řídicích systémech, počítačovém vidění a IoT, je často velmi omezená, ať už co do svých možností nebo množství.

„Klíčovým aspektem hodnoty FrEDů je, že integrujeme všechny tyto koncepty a modul pro vzdělávání do jediného zařízení,“ říká Gómez Horita. „Přivést FrED do učebny je revoluční změna. Naším hlavním cílem je snažit se dostat FrED do rukou učitele, aby ho mohl využít pro všechny jeho vzdělávací možnosti.“

Jakmile se studenti vrátí na Tec de Monterrey s vyvinutými vzdělávacími moduly, uskuteční se workshopy s FrEDy a studenti Tec budou mít příležitost využít vlastní kreativitu a iterovat na zařízeních.

„FrED je ve skutečnosti laboratoř v krabici a jednou z nejlepších věcí, které FrEDy dělají, je vytváření dat,“ říká Siller Lobo. „Nalezení nových způsobů, jak získávat data z FrED, mu dává větší hodnotu.“

Studenti Tec Ángel Alarcón a André Mendoza se připravují na to, aby studenti MIT otestovali FrED Factory a spustili simulaci se dvěma hlavními rolemi inženýra a operátora. Role operátora spočívá ve smontování FrEDů na pracovištích, která simulují továrnu. Role inženýra analyzuje data vytvořená na straně továrny operátorem a snaží se najít způsoby, jak zlepšit výrobu.

„Toto je velmi intenzivní způsob, jak učit výrobní systémy,“ říká Alarcón. „Mnoho studentů, kteří studují výrobu, vysokoškoláci i absolventi, dokončí své vzdělání, aniž by kdy byli ve skutečné továrně. FrED Factory dává studentům cennou příležitost poznat, jak továrna vypadá, a zažít průmyslové prostředí, aniž by museli opustit areál univerzity.“

Data získaná z pracovišť – včetně doby cyklu a vad v operaci – se použijí k výuce různých témat o výrobě. FrED Factory na Tec se nakonec použije k porovnání výhod a nevýhod automatizace oproti ruční práci.

Bradley říká, že studenti Tec přinášejí silné zázemí v mechatronice, které projektu dodává mnoho důležitých poznatků, a mimo laboratoř je to také cenná multikulturní výměna.

„Nejde jen o to, co se studenti učí od nás,“ říká Bradley, „ale je to skutečně společný proces, ve kterém se všichni vzájemně doplňujeme.“