Das Industrial and Systems Engineering Department der Oakland University bereitet Studenten für die Industrie 4.0 vor.

Ausbildung von Maschinenbaustudenten für das digitale Zeitalter

Als das Industrial and Systems Engineering (ISE) Department der Oakland University im Jahr 2005 gegründet wurde, erkannte die Fakultät die Wichtigkeit einer Themenstellung für den Fachbereich. Die Mitglieder wählten Produktlebenszyklusmanagement (PLM), da das Thema alle Aspekte ihres Ausbildungs- und Forschungsprogramms abdeckt, einschließlich Simulation, Ergonomie, Qualität, schlanker Fertigung, Projektmanagement und mehr. Im Jahr 2009 schloss sich der ISE-Fachbereich dem globalen akademischen Partner-Programm von Siemens an.

Über dieses Programm erhielt der Fachbereich Zugang zum digitalen Fertigungslösungsportfolio von Tecnomatix® (einschließlich Plant Simulation, Jack™ und Process Simulate), den Softwaretools von Teamcenter™ sowie Schulungen und Support. Diese und andere PLM-Werkzeuge wurden in verschiedene bestehende Kurse integriert, wie zum Beispiel in die Einführung in Industrial and Systems Engineering, Ergonomie und Arbeitsgestaltung sowie Computersimulation von ereignisdiskreten Systemen.

In diesen Kursen werden den Studenten Aufgaben zugewiesen, für die sie die PLM-Werkzeuge benötigen. Beispielsweise verwenden sie für einen Laborauftrag im Einführungskurs Industrial and Systems Engineering die Software Plant Simulation, um eine Produktionslinie zu simulieren und an ausgewählten Stationen Daten der Zykluszeiten zu erfassen. Sie nutzen diese Daten dann, um Wahrscheinlichkeitspunkte der Zykluszeiten zu erstellen und die Systemleistung zu analysieren. Die Studenten erhalten ein Benutzerhandbuch, in dem erklärt wird, wie Plant Simulation zum Fertigstellen der konkreten Aufgabenstellung verwendet wird.

Dr. Megan Conrad, Lehrbeauftragte für Industrie- und Systemtechnik, erläutert zur Verwendung von Jack in ihren Kursen Folgendes: „Durch die Verwendung von Jack im Unterricht können unsere Studenten ergonomische Angelegenheiten in einer anderen Dimension visualisieren. Die Studenten sehen nicht nur, wie der Arbeiter sich in die angepasste Arbeitsumgebung einfügt, sondern können gleichzeitig auch den zeitlichen Ablauf und die Durchsatzinformation vergleichen, während Risikofaktoren wie Rückenverletzungen und unsichere Gelenkpositionen verringert werden. Unsere Studenten sind durch die praktische Erfahrung, die sie durch die Verwendung der Lösungen von Siemens PLM Software gewinnen, bei vielen Unternehmen sehr gefragt. Einige unserer ISE-Studenten haben noch vor ihrem Abschluss Arbeitsplätze im Umfeld der digitalen Menschmodellierung gefunden.“

Der erste Kurs, den die Universität mit einem direkten Schwerpunkt auf PLM entwickelt hat, trägt den treffenden Namen Product Lifecycle Management. Der Kurs bietet einen vollständigen Überblick über den Mehrwert von PLM. In der Kursbeschreibung heißt es: „Die vier Phasen des Systems Engineering Managements des Lebenszyklus eines Produkts sind: Entwickeln, Fertigen, Erhalten und Entsorgen. Es geht um das zentrale Management aller Produktdaten und der Technologie, die für den Zugriff auf diese Daten verwendet wird. Zu den Themen zählen die Integration von CAD in PLM, das Anforderungs- und Konfigurationsmanagement, das Änderungs-Management technischer Spezifikationen und die Prozessplanung.“

Neue anwendungsorientierte PLM-Kurse

„Wir erhalten viel positives Feedback von Studenten und Arbeitgebern, wenn sie den Einsatz der PLM-Werkzeuge in den laufenden Kursen bewerten“, berichtet Dr. Robert Van Til, Pawley Professor für Lean Studies und Vorsitzender des Industrial and Systems Engineering Departments. „Eine Sache war klar: Während die Studenten lernten, wie sie die PLM-Werkzeuge nutzen und auf spezielle Probleme anwenden können, entstand auch das Bedürfnis, mehr über die Werkzeuge selber und ihre Verwendung in der Konstruktion und Analyse zu erfahren. Aus dem Feedback der Studenten und der Arbeitgeber ging hervor, dass sie gerne mehr über die Funktionsweise der Werkzeuge und ihre Anwendung erfahren würden.“

Diese Anregung führte zur Entwicklung verschiedener PLM-Kurse mit einem Anwendungs-Schwerpunkt. In diesen Kursen geht es darum, die Funktionsweise eines bestimmten PLM-Softwaretools zu verstehen und es anschließend bei verschiedenen Aufgaben einzusetzen. Vier dieser Kurse wurden bisher entwickelt und angeboten: PLM Applications - Produktdatenmanagement (Teamcenter); PLM Applications - Robotik (Process Simulate Robotics); PLM Applications - Ergonomie (Jack); und PLM Applications - Änderungsmanagement (Teamcenter).

Beispielsweise lautet die Kursbeschreibung des Kurses PLM Applications - Änderungsmanagement: „Methoden und Anwendung der PLM-Softwaretools (Product Lifecycle Management) zum Erfassen der Definition eines komplexen Produkts, der funktionellen und physikalischen Anforderungen für das Design, die Entwicklung und Verwaltung während des gesamten Lebenszyklus. Der Kurs konzentriert sich auf die praktische Anwendung moderner PLM-Werkzeuge.“

Für den Kurs PLM Applications werden nur zwei Leistungspunkte statt der in den meisten anderen ISE-Kursen üblichen vier Leistungspunkte vergeben. Der Kurs findet praxisnah im PLM-Labor statt und wird nicht als Vorlesung gehalten. Die ersten Bewertungen der PLM Applications-Kurse sind sowohl von Studenten als auch von Arbeitgebern positiv ausgefallen. Aufgrund dieses Feedbacks zieht der Fachbereich in Betracht, weitere PLM Applications-Kurse zu entwickeln.

Erweiterung auf K-12 MINT-Bereiche

Das Industrial and Systems Engineering Department arbeitet mit Unterstützung des Pawley Lean Instituts der Oakland University daran, die Lücke zwischen dem Bedarf der Branche an einsatzbereiten, hochqualifizierten Ingenieuren und den Studenten, die Ingenieurwesen als den Karriereweg ihrer Wahl sehen, zu schließen. Gemeinsam haben sie ein Outreach-Programm im Bereich Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik (MINT) entwickelt. Dieses bringt ISE-Studenten und die Fakultät mit K-12-Studenten und ihren Lehrern in einem erfolgreichen, interaktiven Programm zusammen, das praktisches Lernen in einer universitären Umgebung ermöglicht.

Das Ziel des Programms über die letzten drei Jahre war es, Industrial and Systems Engineering als möglichen Karriereweg für K-12-Studenten aufzuzeigen. Es besteht derzeit aus Besuchen der Einrichtungen und Labore der ISE-Abteilung auf dem Campus der Oakland University, die die Lehrer mit ihren Highschool-Klassen durchführen. Es ist angedacht, eventuell auch die Möglichkeit eines Fernstudiums einzurichten, um die Reichweite des Programms über Südost-Michigan hinaus auszuweiten.

Die Schüler der Highschool arbeiten mit den ISE-Studenten, der Fakultät und Freiwilligen von ortsansässigen Unternehmen an der Durchführung praktischer Projekte zusammen, die sich auf Bereiche der schlanken Fertigung und PLM konzentrieren. Eine Gruppe von 20 bis 25 Studenten von jeder Highschool besucht den Campus dreimal hintereinander in einem drei- bis vierwöchigen Rhythmus. Während der Zeit auf dem Campus arbeiten die Gruppen zwei bis drei Stunden an einem Projekt. Die meisten Gruppen nehmen auch am Mittagessen auf dem Campus in der Kantine der ISE-Studenten teil.

Bei ihrem ersten Besuch erhalten die Schüler einen kurzen Überblick über die Fachrichtung ISE und sehen eine physikalische Simulation einer Fabrik, die Geländefahrzeuge (ATVS) herstellt. Nachdem sie bei ihrem zweiten Besuch einen Überblick über ereignisdiskrete Simulation erhalten haben, verwenden die Schüler die zuvor erfassten Daten, um mithilfe von Plant Simulation eine digitale Simulation der ATV-Fabrik zu erstellen. Bei ihrem letzten Besuch erhalten die Schüler eine kurze Einführung zur Ergonomie, um anschließend mit der Software Jack eine Ergonomie-Simulation zu erstellen und durchzuführen.

Das K-12 MINT-Outreach-Programm ist von den teilnehmenden Schülern, ihren Lehrern und den Eltern, die an den Terminen teilgenommen haben, sehr positiv aufgenommen worden. Doug Blatz, Seaholm High School Lehrer, der 2015-2016 Stipendiat des Albert Einstein Distinguished Educator Fellowships war, erklärt: „Schüler der Seaholm High School nehmen an einem Kurs mit der Bezeichnung „STEMx Research and Design“ teil. In diesem Kurs werden Recherche- und Engineering-Methoden entwickelt, und die Schüler werden über Praktikumsplätze mit Experten aus der Region in Kontakt gebracht. Einer der ersten Praktikumsplätze, die wir geschaffen haben, ist mit einer Lernerfahrung in der ISE-Abteilung von Oakland verknüpft. Für unsere Schüler ist die Teilnahme an den Simulationen, die Industrial and Systems Engineering-Anwendungen beinhalten, eine sehr positive Erfahrung. Beispielsweise werden Schüler in das Softwareprogramm Jack eingeführt, das Konstruktionsprotokolle zur Ergonomie bereitstellt. Unseren Schülern werden auch Karrierewege im Produktlebenszyklusmanagement aufgezeigt. Die ISE-Abteilung hat langfristige MINT-Partnerschaften mit Seaholm und anderen Highschools, die PLM-Aktivitäten anbieten, geschlossen.“

Förderung der nächsten Generation technischer Spezialisten

Mit den Lösungen von Siemens PLM Software konnten die Studenten der Oakland University technisches Wissen der nächsten Generation und berufliche Entwicklungsmöglichkeiten erschließen.

„Auch wenn ich mein Industrial and Systems Engineering-Studium noch abschließe, habe ich vor Kurzem ein Jobangebot von einem Automobilhersteller angenommen,“ berichtet Russell Bauer, Bachelor-Student in Industrial and Systems Engineering. „Derzeit arbeite ich bei ihnen an fortschrittlichen Technologien wie der Bewegungserfassung und virtueller Realität, um die Produkteinführung des neuen Fahrzeugs zu beschleunigen. Über das Ergonomie-Team des ISE-Programms von Oakland habe ich eine Einführung in die Bewegungserfassung erhalten, während mir das PLM-Team das in der Branche gefragte Wissen vermittelt hat.“

John Katona ist Absolvent des ISE-Programms und konnte ebenfalls über seine akademische Erfahrung mit PLM berufliche Erfolge erzielen. „Als Student habe ich Plant Simulation für die Computersimulation eingesetzt, um den Patientenfluss in der Notaufnahme eines örtlichen Krankenhauses zu untersuchen“, erzählt Katona. Ein Unternehmen, das über LinkedIn von meinem Projekt gehört hatte, kontaktierte mich direkt per Telefon für ein Vorstellungsgespräch und bot mir noch am selben Tag eine Stelle in der Simulationsgruppe an.“