奥克兰大学工业和系统工程学院培养学生迎接工业 4.0

为工程学生储备数字化时代知识

2005 年，奥克兰大学工业和系统工程 (ISE) 学院成立之初，校方意识到需要为学院选择一个主题。他们选择了产品生命周期管理 (PLM)，因其涵盖了他们教育和研究项目的方方面面，包括仿真、人体工程、质量、精益制造、项目管理等等。ISE 学院于 2009 年加入西门子的全球学术合作项目。

通过这一项目，学院获赠 Tecnomatix® 产品组合的数字化制造解决方案（包括 Plant Simulation 解决方案、Jack™ 软件和 Process Simulate 解决方案）和 Teamcenter™ 软件以及相关的培训和支持。这些 PLM 工具连同其他工具一起融入几个现有课程中，例如工业和系统工程简介、人体工程与工作设计、离散事件系统的计算机仿真。

在这些课程中，学生们完成作业时需要使用 PLM 工具。例如，在工业和系统工程简介课程的实验作业中，学生们使用 Plant Simulation 来模拟生产线并从选定工位收集周期数据。随后，他们使用这些数据构建周期概率图并分析系统性能。学生们会收到用户手册，详细辅导如何使用 Plant Simulation 来完成特定作业。

关于课程中人体模型的使用，工业和系统工程助理教授梅甘·康拉德博士提到：“在课堂中使用人体模型，可以让学生们以另一种角度观测人体工程问题。学生们不仅可以看到工人在定制工作空间的适应情况，同时还可以比较时间和产量信息并尽量降低腰部受伤和不安全的关节姿势之类的风险因素。拥有 Siemens Digital Industries Software 解决方案的实际操作经验，让我们的学生备受许多企业的青睐。我们有几个工业和系统工程学生甚至在毕业之前就找到了数字化人体建模工作。”

奥克兰大学开设的第一个 PLM 专项课程名为“产品生命周期管理”。该课程完整概述了 PLM 的商业价值。其课程描述如下：“产品生命周期的系统工程管理分为四个阶段，即设计、制造、维护、报废。课程涵盖所有产品数据的中央管理和用于访问数据的技术。相关主题包括 CAD 与 PLM 的集成、需求和配置工程管理、工程规范变更管理和过程规划。”

新的应用型 PLM 课程

“学生和企业在评估现有课程对于 PLM 工具的使用时，给出了非常积极肯定的评价，”工业和系统工程学院院长兼佩夫利精益研究所教授罗伯特·范泰尔 (Robert Van Til) 说道。“不过有一个问题非常突出：尽管学生们可以学习如何使用和应用这些 PLM 工具来解决具体问题，但他们强烈希望能够深入这些工具本身，用其进行工程设计和分析。学生和企业都反馈，如果能够进一步了解工具的运行和使用方式，意义将会更加重大。”

这项评估推动学校开始几门以应用为重点的 PLM 课程。这些课程考虑了如何使用某个特定 PLM 软件工具，并配有几个工具应用作业。如今已经开设了四门这样的课程：“PLM 应用 - 产品数据管理 (Teamcenter)”、“PLM 应用 - 机器人学 (Process Simulate Robotics)”、“PLM 应用 - 人体工程学 (Jack)”和“PLM 应用 - 更改管理 (Teamcenter)”。

例如，“PLM 应用 - 更改管理”课程的课程描述是：“产品生命周期管理 (PLM) 软件工具的方法和应用，用于捕获复杂产品定义，设计、开发和管理其整个生命周期的功能和物理需求。课程强调先进 PLM 工具及其应用的实际操作使用。”

PLM 应用课程计两个学分，而不是像其他大部分 ISE 课程那样计四个学分；并且这些课程是以实际运用的方式在 PLM 实验室而非在传统课堂中教学。学生和企业在第一次评估调查中，高度评价了 PLM 应用课程。根据这些反馈结果，学院开始着手考虑设立更多 PLM 应用课程。

进一步拓展到 K-12 STEM 项目

工业和系统工程学院在奥克兰大学佩夫利精益研究所的协助下，正在努力填补社会对于从业人员、高技能工程师的需求以及将工程作为职业发展目标的学生人数之间的空隙。他们携手制定了科学、技术、工程和数学 (STEM) 拓展试验项目，通过成功的交互式项目将 ISE 学生和老师与 K-12 学生及其老师配对，在大学环境中提供实际操作体验式学习。

该项目已成功开展三年，旨在引导 K-12 学生选择工业和系统工程作为未来职业发展目标。项目内容目前包括高中生及其老师访问奥克兰大学的 ISE 学院设施和实验室。未来还会实施远程学习技术，以便将项目范围拓展到密歇根州东南部以外。

这些高中生与 ISE 学生和老师以及当地企业志愿者一起，进行以精益制造和 PLM 为核心的实际操作项目。每所高中大约 20 到 25 名学生为一组，每三到四周拜访奥克兰大学三次。在奥克兰大学参观期间，每组学生花费两到三个小时的时间来操作项目。大部分组还会在 ISE 学生休息厅享用午餐。

第一次参观时，会有专人给这些学生介绍 ISE 行业，随后这些学生要进行工厂物理仿真来构建适合各种地形的车辆 (ATV)。了解离散事件仿真介绍之后，在第二次访问时，这些学生使用第一次参观时收集的数据通过 Plant Simulation 软件来构建并运行 ATV 工厂的数字化仿真。在最后一次访问时，这些学生会听取人体工程简介，然后使用 Jack 软件运行人体工程仿真。

参与 K-12 STEM 拓展项目的学生及其老师和家长在实际参观和访问之后，都充分肯定了这一项目。希霍姆高中老师兼 2015-16 阿尔伯特·爱因斯坦杰出教育家奖学金获得者道格·布拉茨 (Doug Blatz) 说；“希霍姆高中的学生参加了 STEMx 研究和设计课程。这一课程开发了研究和工程方法，同时构建了学生校外实习与周围地区专业人士之间的沟通桥梁。我们开设的第一次校外实习就包括在奥克兰大学的 ISE 学院学习。这些学生对于工业和系统工程应用程序的仿真活动反响激励。譬如，学生们学习了 Jack 软件程序，了解了有关人体工程的设计协定。这些学生还大致了解了产品生命周期管理方面的职业发展。ISE 学院已经与希霍姆高中和其他高中就 PLM 相关活动签定了长期 STEM 合作计划。”

培养新一代工程人才

通过实际使用 Siemens Digital Industries Software 解决方案，奥克兰大学学生掌握了新一代工程技巧和职业发展机遇。

“我目前还在攻读工业和系统工程学位，不过近期已经收到一家汽车原始设备制造商的录用通知，”工业和系统工程学院的一位本科生罗素·鲍尔 (Russell Bauer) 说。“我现在和他们一起研究运动捕捉和虚拟现实这些先进技术，希望可以加快新车的发布流程。奥克兰大学 ISE 项目人体工程学的内容教会我运动捕捉，而其 PLM 内容教会我很多行业必需的知识。”

ISE 项目的一位研究生约翰·卡托纳近来也因为 PLM 学术经验取得了职业上的成功。“我没毕业之前，就使用 Plant Simulation 创建了计算机仿真来研究当地医院急诊室中的病人流动情况，”卡托纳讲述。“有一家企业通过领英了解到我的研究项目，立刻打电话给我面试，并且同一天就录用我任职他们的仿真部门。”