Проблемные вопросы подготовки инженерных кадров для инновационной экономики

ИННОВАЦИИ № 2 (79), 2005

Проблемные вопросы подготовки инженерных кадров для инновационной экономики

М.-Ф. З. Азизов,

министр образования Республики Дагестан

Т. А. Исмаилов,

д. т. н., профессор, ректор Дагестанского государственного технического университета

Г. С. Гамидов,

д. т. н., профессор, заведующий кафедрой Дагестанского государственного технического университета

Дагестанский государственный технический университет

В инновационной экономике, в экономике знаний, высоких технологий и компьютеризации всех сфер человеческой деятельности должно совершенно измениться отношение к главной производительной силе общества — человеку высокоинтеллектуального, высокопроизводительного труда. Роль высококвалифицированного специалиста в инновационном процессе, в процессе создания и реализации высокотехнологичных инновационных проектов велика и постоянно будет расти. Объективная потребность инновационного развития экономики требует новой концепции подготовки кадров. Выполненные исследования показывают [1, 2], что в основу данной концепции должны быть положены следующие принципы:

> развитие и самореализация творческой личности;

> постоянная нацеленность на генерацию перспективных научно-технических нововведений и изыскание путей и методов их практической реализации;

> ориентация на подготовку высококвалифицированных и высокоинтеллектуальных специалистов, системных менеджеров инновационной деятельности;

> рассмотрение обучения и подготовки кадров как составной части производственного процесса, а расходов на подготовку кадров не как издержки на работников, а как долгосрочные инвестиции, необходимые для процветания предприятия, регионов и страны в целом;

> обучение управлению социальными и психологическими аспектами процесса создания инноваций, использованию творческого потенциала коллектива, ускоренному широкомасштабному внедрению в практику инновационных разработок;

> создание системы непрерывного обучения, переподготовки и повышения квалификации кадров,

интегрированной в систему производства инновационной продукции;

> сотрудничество университетов и других вузов региона с передовыми предприятиями региона любых форм собственности, реализующими инновационные проекты, и их совместная деятельность по разработке специализированных учебных программ, изданию учебников и монографий в целях подготовки специалистов высшей квалификации по новым профессиям и перспективным научно-инновационным направлениям.

В изложенной общей концепции важная роль принадлежит концепции подготовки инженерных кадров. Основные задачи этой концепции должны вытекать из необходимости эффективного решения проблем инновационной экономики, с которыми будет встречаться современная инженерная подготовка производства. Поэтому сначала остановимся на раскрытии содержания тех основных проблем, которые характерны, на наш взгляд, для инженерной деятельности в условиях становления и развития инновационной экономики.

В инновационной экономике конкурентная борьба за потребителя требует от предприятий постоянного обновления выпускаемой продукции, повышения ее качества, максимального удовлетворения пожеланий заказчика и потребителя. Это объективно приводит к необходимости всемерного сокращения сроков и стоимости инженерной подготовки производства при качественном совершенствовании разрабатываемых инновационных проектов.

Решение этих проблем, на наш взгляд, может обеспечить только создание новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности.

Анализ современных САПР и АСУ различного функционального назначения показывает, что за последние годы автоматизированные системы конструкторской подготовки производства (CAD-системы) были значительно усовершенствованы: появились средства 3D-поверхностного и твердотельного моделирования, параметрического конструирования, значительно улучшен интерфейс. Несмотря на эти усовершенствования, с точки зрения всего процесса конструирования инновационной продукции и его сопряжения с технологией изготовления, CAD-системы оказывают конструктору недостаточно эффективную помощь. Они обеспечивают описание геометрических форм изделий и выполнение таких рутинных операций, как образмеривание, генерация спецификаций и т. п., то есть методология конструкторской работы остается такой же, какой она была при использовании чертежной доски. Отсюда следует, что концепция современной автоматизации труда конструктора, базирующаяся на принципах геометрического моделирования и компьютерной графики, позволяет охватывать, в основном, стадию рабочего проектирования, но оставляет за рамками стадии концептуального проектирования инновационной продукции. Значительное развитие получили также системы автоматизации проектирования технологических процессов и программирования изготовления деталей на станках с ЧПУ (САМ-системы). Однако, подобно CAD-системам, эти усовершенствования касались внутренних проблем. САМ-системы могут генерировать технологические процессы автоматически, но только при условии специального описания деталей с помощью конструкторско-технологических элементов.

Необходимо отметить следующий важный момент: системы компьютеризации труда конструктора, технолога, инженера-менеджера и производственных мастеров развивались автономно. Поэтому полноценного эффекта от такой разрозненной автоматизации инженерной деятельности ждать не приходится, ибо не меняется подход к процессу создания и подготовки производства инновационной продукции. Подход остается традиционным, последовательным: выпуск документации конструкторами, передача ее на согласование технологам, возврат от технологов к конструкторам для корректировки исходных документов, передача технологам исправленной документации, подготовка технологической документации и отчетов, согласование со снабженцами и экономистами и передача в производство. В итоге такая разрозненная автоматизация производства не приносит ни полной экономической отдачи, ни действительно значимого сокращения сроков подготовки производства, хотя определенный первоначальный положительный эффект достигается. Руководство предприятий зачастую оценивает результат следующим образом: немалый бюджет, выделенный на информационные технологии, компьютерные и телекоммуникационные системы, освоен полностью, но при этом подчиненные требуют дополнительного финансирования на эти цели. Все дело в том, что разработка сложной, высокотехнологической продукции

и инженерная подготовка ее производства — это сложный системный процесс, в который вовлечены десятки и сотни специалистов предприятия или группы предприятий, которые должны работать как единая команда; видеть постоянно ключевые ресурсы, вовлеченные в процесс создания инновационной продукции, и их фактическое состояние; оперативно обнаружить возникающие вследствие дезынтеграции процессов разработки и создания инновационной продукции проблемы и решить их; оперативно изменить производственные ситуации, из-за которых приходится откладывать необходимые решения и т. п.

В современном мире накоплен огромный объем инженерных знаний. Процесс углубления и расширения этих знаний будет неизменно продолжаться по мере развития человеческого общества, и этот процесс, по всей видимости, не имеет границ. Компьютеризация такого громадного объема инженерных знаний с привлечением программистов, применяющих традиционные информационные технологии на базе алгоритмических языков, не представляется реальной в связи с неподъемной трудоемкостью и стоимостью этого процесса. При таком подходе необходимо в десятки раз сократить трудоемкость инженерных работ и в тысячи раз увеличить количество инженеров, способных решать эту проблему. В этом нет необходимости!

Нам представляется, что для целей эффективного решения проблем инженерной подготовки производства в условиях становления и развития инновационной экономики реально есть только один выход — создание принципиально новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности. Однако для этого необходимо, чтобы инженерные знания из пассивной формы в виде энциклопедий, монографий, сборников статей, журналов, методик и стандартов превратились в активные информационные ресурсы, представленные в форме, удобной для использования компьютером. Препятствием для такой трансформации являются существующие серьезные различия в формах представления инженерных знаний, которые должны быть удобными для человека и доступными для потребления компьютерными системами. Более того, инженерные знания и компьютерные технологии в настоящее время развиваются своими независимыми путями. Человек представляет свои знания в непроцедурной форме. Компьютеру нужны алгоритмические программы (по крайней мере, на ближайшие 15-20 лет).

Компьютеризация инженерных знаний должна обеспечить автоматическое преобразование одной формы представления знаний в другую. Поэтому программные и инструментальные средства, осуществляющие преобразование формализованных человеческих знаний на язык компьютера, должны иметь возможность генерации программ на различных языках программирования. При этом форма представления знаний компьютером должна быть максимально приближена к традиционной для человека форме мышления и обработки информации. Из изложенного вытекает следующий вывод: в новой информаци-

ИННОВАЦИИ № 2 (79), 2005

ИННОВАЦИИ № 2 (79), 2005

онной технологии компьютеризации инженерной деятельности каждый специалист должен компьютеризировать свои знания сам. В экономике знаний, высоких технологий и сплошной компьютеризации персональным должен быть не только высокопроизводительный компьютер как техническое средство, персональным должно стать программное обеспечение рабочего места каждого инженера.

Важным условием достижения основных целей компьютеризации инженерной деятельности является организация параллельного выполнения работ и взаимодействия конструкторов, технологов, снабженцев, экономистов и других специалистов в реальном времени при разработке необходимой документации на инновационную продукцию.

Взаимодействие и параллельное выполнение работ могут быть организованы только при условии создания внутри предприятия или групп предприятий единого информационного пространства (ЕИП) инженерных данных и знаний о корпоративной продукции.

В этом случае конструкторы, технологи и другие специалисты будут получать не только информацию об инновационной продукции, но и дополнять ее, формируя состав инновационной продукции, который будет актуальным для разных служб предприятия. В дальнейшем, после изготовления инновационной продукции, информация о ней будет использоваться сервисными подразделениями для обслуживания, заказчиком для конфигурирования готовой продукции под свои специфические потребности, а инженерными службами предприятия — для модернизации и изготовления новой продукции на основе ранее спроектированной. Специалисты всех служб, задействованных в реализации инновационной продукции, имеют возможность в любой момент получить все необходимые данные об инновационной продукции и всех этапах процесса работы над ней: визуализировать сложные сборки; получить информацию об изменении конфигураций, о планируемых и фактических ресурсах и т. д. Таким образом, полная информационная модель инновационной продукции может использоваться как в процессах проектирования и производства, так и на всех остальных этапах ее жизненного цикла.

Использование всеми участниками процесса создания инновационной продукции единых инженерных данных и знаний, сосредоточенных в ЕИП, позволяет сформировать интегрированную информационную среду совместной работы над инновационным проектом. Так, например, материал, указанный конструктором в штампе чертежа проектируемой детали в CAD-системе, в точности соответствует материалу, указанному в описании технологического процесса изготовления той же самой детали в САМ-сис-теме. Применение единых справочников и инженерных данных и знаний, наполненных актуальной для конкретного предприятия информацией, приведет к уменьшению времени согласования документации на инновационную продукцию как между службами конструкторско-технологической подготовки производства, так и при передаче документации в другие

отделы (материально-технического снабжения, планово-экономический отдел и т. д.). Например, конструктор на этапе принятия решения об использовании материала будет иметь возможность выбрать именно такой материал, который при прочих равных характеристиках имеет наименьшую стоимость, определяемую планово-экономическим отделом, технолог же при выборе сортамента — остановиться на том виде, который доступен для заказа отделом материально-технической службы и т. п. В результате значительно сократится количество возвратов документов на доработку и в целом — общее время инженерной подготовки производства, необходимое для выпуска инновационной продукции.

Создание ЕИП предприятия требует интеграции как в области создания комплексных конструкторско-технологических САПР, так и в области программных и технических средств.

Существующие конструкторские САПР, как отмечалось выше, имеют своей конечной целью выпуск конструкторской документации, которая не содержит всех данных, необходимых для проектирования технологических процессов, а содержит, в основном, информацию, необходимую для расчета управляющих программ. Создание интегрированных САПР, обеспечивающих автоматизацию всех этапов конструкторско-технологической подготовки производства, требует разработки как конструкторских, так и технологических подсистем по единой методологии, и эти подсистемы должны работать слаженно и взаимосвязанно для достижения общих целей. Более того, в этой интегрированной системе автоматизация конструкторского проектирования должна иметь ярко выраженную технологическую ориентацию. Кроме того, надо иметь в виду, что САПР, участвующие в процессе конструкторско-технологической подготовки производства инновационной продукции, работают в различных подразделениях или даже на разных предприятиях. Они должны обмениваться результирующими данными. Эти данные (информационных моделей инновационной продукции, технологических процессов и управляющие программы) должны передаваться в АСУ производством и технологическими процессами для управления материальным производством. Поэтому комплексная конструкторско-технологическая САПР должна быть интегрирована с АСУ производством.

Для работы систем компьютеризации инженерной деятельности требуется широкий спектр программных средств, в том числе экспертные системы и системы управления базами данных и знаний, средства геометрического моделирования, графического и текстового редактирования и т. д., которые, как правило, создаются различными разработчиками по несогласованным между собой требованиям и принципам построения. Искусственное объединение этих средств не дает положительных результатов, ухудшая технические характеристики объединенной системы, осложняя их эксплуатацию и сопровождение. Поэтому для обеспечения высокого уровня интеграции в области программных средств необходимо создание единой операционной среды и обеспечение интегра-

ции не только баз данных и знаний, но и программных средств.

Таким образом, концепция интеграции в прикладной области, в области программных и технических средств является базовой концепцией новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности. Поэтому ядром ЕИП предприятия, своеобразным «мозговым центром», должна стать автоматизированная система создания и управления инженерными данными и знаниями (АСУ ИДЗ).

АСУ ИДЗ должна содержать всю информацию, необходимую для проектирования, изготовления и эксплуатации инновационной продукции предприятия и оперативно пополняться подобной актуальной информацией. На этапе подготовки производства АСУ ИДЗ должна обеспечить накопление данных о результатах конструкторско-технологического проектирования и обмен информацией между инженерными службами. Утвержденные данные и документация передаются в другие службы предприятия для материально-технического обеспечения, производства и эксплуатации выпускаемой инновационной продукции. АСУ ИДЗ должна иметь возможность осуществления, в первую очередь, следующих операций:

обеспечивать высокопроизводительную и устойчивую работу при одновременном подключении практически неограниченного количества пользователей;

обеспечивать работу с трехмерными моделями и чертежами основных распространенных систем конструкторского проектирования;

обеспечивать учет как конструкторско-технологической, так и организационно-распорядительной документации в рамках единого интерфейса;

иметь встроенные средства просмотра и аннотирования документов и моделей указанных инженерных, а также растровых форматов и форматов офисных приложений;

иметь гибко настраиваемый интерфейс с возможностью перенастройки для различных групп пользователей и типов документов без программирования;

иметь возможность подключения к внешним базам данных и знаний для импорта информации из других автоматизированных систем;

позволять описывать сложные бизнес-процессы предприятия с графическим представлением алгоритмов бизнес-процессов;

не требовать для реализации своих основных функций (построения модели данных, формирования отчетов и др.) программирования и подключения внешних дополнительных модулей;

иметь открытый интерфейс для подключения любой сертифицированной системы автоматизации инженерной деятельности;

быть открытой для функционального расширения и позволять специалистам предприятий создавать собственные прикладные приложения. Одним из серьезных требований к новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности является требование ее интеллек-

туализации. Нам представляется, что в задачах компьютеризации инженерной деятельности требование интеллектуализации должно выражаться в использовании системы понятий из конкретной прикладной области инженерной деятельности; в использовании инженерных знаний в присущем для проектно-конструкторской деятельности естественном виде и эксплуатации системы компьютеризации инженерной деятельности без участия профессиональных программистов. При этом система инженерных знаний должна быть организована таким образом, чтобы работа инженера — пользователя с компьютером проводилась в форме, принятой в данной прикладной инженерной деятельности. Компьютер в этом случае превратится в удобного партнера, и такой интеллектуальной системе достаточно задать постановку задачи в виде требуемого результата и условий его получения.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что проблемные вопросы подготовки инженерных кадров для становления и развития инновационной экономики связаны с ориентацией в учебном процессе на концепцию новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности. При этом должны быть проработаны и решены вопросы компьютеризированного системного представления большого объема взаимосвязанных инженерных знаний из различных прикладных областей и их оперативного использования в учебном процессе.

Здесь необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. С точки зрения получения современного инженерного образования, традиционные информационные технологии, реализуемые в автономных CAD-системах и САМ-системах, недостаточно эффективны для использования в учебном процессе, ибо, обучая студентов работе с традиционными CAD-системами и САМ-системами, вузы готовят не высококвалифицированных специалистов — творцов инженерной мысли, а операторов автоматизированных систем. Это связано с тем, что, используя современные автономные средства автоматизации, студент видит только результат, а сам процесс принятия инженерного решения остается скрытым от него.

Для построения инженерных знаний должны быть разработаны интеллектуальные модули инженерных знаний (ИМИЗ), которые реализуют следующие функции: присвоение значений выходным переменным, определение значений по таблицам, определение значений выходных переменных, вычисление значений по формулам и программным модулям, построение геометрических образов. Логически завершенное для решения заданного круга задач множество ИМИЗ образует базу знаний. На множестве ИМИЗ, объединенных в проблемно-ориентированную базу знаний для проектирования различных деталей, узлов, сборочных единиц и технологий их изготовления, применительно к каждому изделию строится семантическая сеть и формируется объектно-ориентированная база знаний, необходимая для выполнения операций логического вывода при решении задач проектирования заданного множества объектов [3].

Задачи, решаемые при создании ИМИЗ, проблемно-ориентированной и объектно-ориентированной

ИННОВАЦИИ № 2 (79), 2005

ИННОВАЦИИ № 2 (79), 2005

базы знаний, семантической сети должны быть включены как основа для подготовки инженерных кадров, специалистов-инноваторов, занимающихся проблемами создания интеллектуальных объектно-ориентированных рабочих мест по компьютеризированному созданию новых изделий, инновационной продукции на машиностроительных предприятиях.

Из изложенного выше становится понятным, что интегрированным инструментальным средством реализации новой информационной технологии подготовки инженерных кадров должны стать специально разработанные инструментально-программные средства. В качестве таких средств можно рекомендовать отечественные системы СПРУТ [3] и КОМПАС У6 [4].

В Дагестанском государственном техническом университете накоплен определенный опыт по разработке и реализации новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности и подготовки инженеров по специальности «технология машиностроения». В основу подготовки инженерных кадров положены изложенные выше методологические принципы, а в качестве интегрированного инструментального средства используется метасистема КОМПАС У6 — новейший программный комплекс компании АСКОН (Санкт-Петербург) [4].

Внедрение метасистемы КОМПАС У6 в учебный процесс обеспечивает:

создание интерактивной среды совместной разработки различными службами предприятия инновационной продукции;

создание структурированного электронного образа инновационной продукции, интегрирующего всю информацию, которая может использоваться в масштабах расширенного предприятия, в том числе поставщиками и сервисными организациями;

электронное определение всех этапов жизненного цикла инновационной продукции: формулировка потребностей в материалах, концептуальное проектирование, производство, распространение и поддержка в процессе эксплуатации;

защиту данных, гарантированный доступ к информации об инновационной продукции для каждого пользователя с соответствующими правами. Образовательный процесс подготовки инженерных кадров для инновационной экономики должен быть направлен на создание у будущих инженеров умения связывать знания в единую информационную систему, пригодную для решения практических инженерных задач и охватывающую все три фазы образовательного процесса: получение знаний, приобретение умений и овладение навыками инженерной деятельности. Это может быть достигнуто формированием системной методологии, интегрирующей знания, содержащиеся в фундаментальных, общеинженерных и профилирующих дисциплинах. В свою очередь, эта системная методология должна быть реализована в учебном процессе подготовки инженерных кадров через интегрированные информационные инструментальные средства типа отечественных метасистем СПРУТ и КОМПАС У6, которые, естественно, потребуют своего дальнейшего развития на базе использования новых интеллектуальных технологий и компьютерных систем.

Задача состоит в создании доступных специальных учебных пособий и учебников для практической реализации в инженерном образовательном процессе основных положений предлагаемой здесь новой информационной технологии компьютеризации инженерной деятельности, ориентированной на создание инновационной продукции. Это, в свою очередь, будет способствовать активизации становления и развития инновационной экономики.

Литература

1. Г. С. Гамидов, Т. А. Исмаилов. Инновационная экономика — стратегическое направление развития России в XXI в.//Ин-новации, № 1, 2003.

2. А. А. Акимов, Г. С. Гамидов, В. Г. Колосов. Системологические основы инноватики /Под ред. Г. С. Гамидова, д. т. н., профессора. СПб.: Политехника, 2002. 596 с.

3. Г. Б. Евгенев. Системология инженерных знаний: Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 376 с.

4. Каталог решений компании АСКОН PLM/CAD/CAM/CAE. СПб.: АСКОН, 2003.

Удачно стартовал Всероссийский конкурс научных проектов «Лучшее изобретение года», за два месяца в оргкомитет конкурс поступило более 100 заявок из разных регионов России.

В день в оргкомитет обращаются от 5 до 10 изобретателей. Прием заявок продлится до 1 ноября, а результаты конкурса будут известны к концу года.

Главный победитель получит вознаграждение в размере 600 тыс. Предусмотрены и другие призы в ряде специальных номинаций. Так, в номинации «лучшее изобретение в компьютерных технологиях» предусмотрена премия венчурного инвестирования 1 млн долл. от афинского венчурного фонда. А японская компания «М18АК1», мировой лидер в производстве искусственного жемчуга, учредила свой приз лучшему изобретателю — женщине или женщине-изобретателю.

Многие частники получат возможность заключить договора о коммерциализации своих проектов и дальнейшего их продвижения на рынке. В финал конкурса выйдут 10 работ. Участие в проекте бесплатное.

Конкурс проводится при поддержке Агентства экономического развития правительства Ленобласти, Российского Фонда Фундаментальных Исследований, Санкт-Петербургской Торгово-Промышленной Палаты в рамках реализации региональной целевой программы «Научно-техническое и инновационное развитие Ленинградской области в 2004-2006 годах». На 2005 году на ее реализацию выделено 34,8 млн. рублей.

Одна из целей конкурса и является привлечение потенциальных инвесторов к перспективным разработкам внимание инвесторов. Участниками конкурса могут быть частные изобретатели, научные коллективы, инновационные компании. Предусмотрены дополнительные номинации в области энергетики, компьютерных технологий, машиностроении. Работы, принимаемые на конкурс, не носят четкой привязанности к конкретным областям науки. Среди всех работ, представленных на конкурс будет определен главный победитель — победитель в номинации «Лучшее изобретение года».

Кроме того, некоторые работы могут также претендовать и на победу в специальных номинациях. Это значительно увеличивает потенциальный интерес участников к мероприятию. Заявку можно оформить на сайте компании www.high-technoLogies.ru.