Современные тенденции развития инженерного образования

1.1. Проблемы современного инженерного образования

В новых российских условиях перед высшей технической школой, прежде всего, перед ведущими втузами встали задачи обеспечения более глубокой фундаментальной, профессиональной, экономической, гуманитарной подготовки, предоставления выпускникам больших возможностей на рынке труда. Для обеспечения условий перехода страны к устойчивому развитию нужно возродить национальный промышленный потенциал, основанный на высоких технологиях, соответствующих мировым стандартам и реалиям стратегии индустриального развития России, необходимо предпринять шаги по структурной перестройке всей сферы материального производства, по выводу России на мировой рынок наукоемкой продукции и услуг, повышению международного авторитета и обороноспособности России, укреплению научно-технического, промышленного и экономического потенциала страны.

Ситуация для России осложняется тем, что в нашей стране на протяжении более двадцати лет промышленность не вкладывала значимых инвестиций в технологический рост, и по целому ряду направлений мы сейчас движемся в логике "догоняющего" развития: это и глобальные стандарты и практики эффективного проектирования и производства, информационные системы, ряд областей дизайна и инженерии.

"Информационный взрыв" и стремительные изменения в обществе, перманентное обновление техносферы предъявляют все более высокие требования к профессии инженера и к инженерному образованию.

Одной из самых характерных черт современного периода является ведущая роль проектирования всех сторон человеческой деятельности – социальной, организационной, технической, образовательной, рекреационной и т.д. То есть от неспешного следования обстоятельствам человек переходит к детальному прогнозированию своего будущего и к его скорейшему воплощению. В процессе такого воплощения, в материализации замыслов значительна роль инженерной деятельности, организующей этот процесс и реализующей тот или иной проект на основе новейших технологий. При этом от освоения и развития новых технологий зависит, в конечном счете, место и благосостояние государств и наций, а также отдельных людей [1].

Принципиальной особенностью проектной деятельности в современную эпоху является ее творческий характер (невозможность создания конкурентноспособных проектов на основе только известных решений), наличие всеобщего, не зависящего от государственных границ фонда технологий и открытий, ведущая роль науки и, в первую очередь, информационных технологий в создании новой техники, системный характер деятельности. Центральной фигурой в проектной деятельности является инженер, главной задачей которого является создание новых систем, устройств, организационных решений, рентабельно реализуемых как известными, так и вновь разработанными технологиями. Системный характер инженерной деятельности предопределяет и стиль инженерного мышления, которое отличается от естественнонаучного, математического и гуманитарного мышления равным весом формально-логических и интуитивных операций, широкой эрудицией, включающей не только некоторую предметную область, но и знание экономики, дизайна, проблем безопасности и много других, принципиально различных сведений, а также сочетанием научного, художественного и бытового мышления.

Все более очерчены новые тенденции интеграции, связанные с изменением пони-мания процесса проектирования, с изменением технологии инженерного труда. Сегодня проектирование понимается как деятельность, направленная на создание новых объектов с заранее заданными характеристиками при выполнении необходимых ограничений – экологических, технологических, экономических и т.д. В современном понимании в проектную культуру включаются практически все аспекты творческой деятельности людей – этические, эстетические, психологические. Проект в широком значении есть деятельность людей в преобразовании среды обитания, в достижении не только технических, но и социальных, психологических, эстетических целей [2]. Центром проектной культуры остается инженерная деятельность, определяющая функция новой информации. Можно без преувеличения сказать, что инженер – главная фигура научно-технического прогресса и преобразования мира.

Любое проектирование есть, в первую очередь, информационный процесс, процесс генерирования новой информации. Этот процесс в количественном отношении имеет лавинообразный характер, т.к. с переходом на каждый новый информационный уровень неизмеримо возрастает число возможных сочетаний, а значит и мощность новых множеств объектов или их информационных замещений. Так, переход от отдельных фонем и букв к словам на много порядков расширяет множество объектов, а переход от слов к фразам создает поистине бесконечные возможности выбора. Развитие техносферы, как и развитие биосферы и социума, показывает справедливость положения о лавинообразном развитии, о росте многообразия.

При этом, в соответствии с принципом необходимого многообразия У.Р. Эшби, должны столь же быстро расти и возможности информационного описания и взаимодействия, информационные возможности каналов связи и средств хранения и обработки информации во всех областях человеческой деятельности (обобщение принципа Эшби на гуманитарную сферу выполнено в книге Г. Иванченко [3]). Поскольку принцип необходимого многообразия состоит в необходимости достаточной информационной пропускной способности всех звеньев системы передачи информации (источника сообщения, канала связи, приемника), то отсюда следует необходимость опережающего развития средств проектирования и средств коммуникации по сравнению со средствами материального воплощения проекта в изделии.

Интересную аналогию развития культуры с биологической эволюцией привел Д. Данин в дискуссии о взаимодействии науки и искусства в условиях НТР. Он говорит, что, следуя природе, наука и искусство разделили в мире культуры функции двух решающих механизмов эволюции – общевидовой наследственности и индивидуального иммунитета. Наука – одна для всего человечества, объективное познание мира общезначимо. Искусство – свое для каждого: познавая себя в мире или мир через себя, каждый отражает свою индивидуальность. Наука, словно бы в подражание консерватизму наследственности, передает из поколения в поколение опыт и знания, обязательные для всех. Искусство, как и иммунитет, выражает индивидуальные различия людей. Более компактно об этом сказал И. Гете: "Наука – это мы, искусство – это я".

Новое понимание проектирования, новое инженерное мышление требуют существенной корректировки процессов подготовки и переподготовки инженеров, организации проектирования, взаимодействия специалистов различных уровней и отраслей. Преодолению негативных последствий узкопрофессиональной подготовки инженеров способствует гуманизация инженерного образования, включение технических знаний в общекультурный контекст. Не менее важным является умение будущих и работающих инженеров использовать в профессиональной деятельности гуманистические критерии, системное рассмотрение поставленных перед ними задач, включающее все основные аспекты применения разрабатываемых изделий. Важно при этом учитывать экологические, социальные и другие последствия применения новых технических устройств и использования новых технологий. Только при синтезе естественнонаучного (включая техническое) и гуманитарного знаний возможно преодоление развития технократического мышления, для которого характерны примат средства над целью, частной цели – над смыслом, техники – над человеком. Основным средством такого системного представления новых разработок и прогнозирования возможных последствий является математическое моделирование. Многочисленные варианты моделей экосистем, социальных и технических систем давно созданы и непрерывно совершенствуются. Но необходимо при проектировании любых систем и устройств иметь сведения о существующих моделях, возможностях их применения и ограничениях, при которых эти модели созданы. Иначе говоря, необходимо создание банка таких моделей с четким указанием всех моделируемых параметров и ограничений.

Особая роль инженерной профессии в эпоху технологического и информационного развития хорошо известна, однако далеко не в полной мере сформулированы конкретные требования к современному инженерному образованию. Эти требования определяются системным характером инженерной деятельности и многомерностью критериев ее оценки: функциональных и эргономических, этических и эстетических, экономических и экологических, опосредованным характером этой деятельности [1].

Увеличение влияния науки и техники на развитие общества, появление глобальных проблем, связанных с беспрецедентным ростом производительных сил, количества людей на планете, возможностей современной техники и технологии, привели к формированию нового инженерного мышления. Его основой являются ценностные установки личности и общества, целеполагание инженерной деятельности. Как и во всех сферах человеческой деятельности, главным критерием становятся нравственные критерии, критерии гуманизма. Академиком Н.Н. Моисеевым предложен термин "экологический и нравственный императив", означающий безусловный запрет на любые исследования, разработки и технологии, ведущие к созданию средств массового уничтожения людей, ухудшению состояния окружающей среды. Помимо этого для нового инженерного мышления характерно видение целостности, взаимосвязанности различных процессов, прогнозирование экологических, социальных, этических последствий инженерной и иной деятельности.

Процесс воспроизводства знаний и умений не может быть оторванным от процесса формирования личности. Тем более это относится к сегодняшнему дню. Но так как в настоящее время научные, технические и иные знания и технологии обновляются с невиданной ранее скоростью, то и процесс их восприятия, и формирование личности должны продолжаться всю жизнь. Важнейшим для каждого специалиста является осознание того факта, что в современных условиях нельзя получить в начале жизни образование, достаточное для работы во все последующие годы. Поэтому одним из наиболее существенных умений является умение учиться, умение перестраивать свою картину мира в соответствии с новейшими достижениями, как в профессиональной области, так и в других сферах деятельности. Реализация этих задач невозможна на основе старых образовательных технологий и требует как новых технических и программных средств, так и новых методик открытого, прежде всего, дистанционного образования.

Картина мира современного человека в значительной мере динамична, нестационарна, открыта влиянию новой информации. Чтобы ее создать, должно быть сформировано достаточно гибкое мышление, для которого естественны процессы перестройки структуры, изменения содержания понятий и непрерывного творчества как основного типа мышления. В этом случае расширение образовательного пространства обучающихся будет происходить естественно и эффективно. Как и любая сложная развивающаяся система, система образования имеет механизмы самоорганизации и саморазвития, которые функционируют в соответствии с общими принципами синергетики [4]. В частности, любая самоорганизующаяся система должна быть сложной, нелинейной, открытой и стохастической системой со многими обратными связями. Все эти свойства присущи системе образования, в том числе и подсистеме инженерного образования. Следует отметить, что некоторые важные обратные связи (например, уровня образования и востребованности выпускников вуза) имеют существенно запаздывающий характер.

Можно с уверенностью утверждать, что в учебных планах современных вузов отсутствуют учебные дисциплины, в которых студентов обучали бы самому главному творческому акту – замыслу, поиску проблем и задач, анализу потребностей общества и путей их реализации. Для этого необходимы как курсы широкого методологического плана (история и философия науки и техники, методы научно-технического творчества [5]), так и специальные курсы с включением творческих задач и обсуждением направлений их решения. Безусловно, целесообразно развитие интеллектуальных информационно-аналитических систем сопровождения профессионального образования [6]. В ближайшем будущем следует также ожидать широкое внедрение в образовательный процесс систем искусственного интеллекта – информационных, экспертных, аналитических и др.

Как и для любых сложных систем, для системы образования выполняется информационный закон необходимого многообразия У.Р. Эшби: эффективные управление и развитие возможны лишь при разнообразии управляющей системы не ниже разнообразия управляемой системы. Этот закон предопределяет необходимость широкой образовательной программы – как по совокупности изучаемых дисциплин, так и по их содержанию и формам изучения. Но вне предметной области инженерной деятельности – механики, радиоэлектроники, самолетостроения и т.д. – невозможно наполнение форм, создаваемых общими принципами, методиками, конкретным техническим содержанием, невозможна и высокая внутренняя мотивация. Расширение реальных возможностей такого синтеза дает создание корпоративных университетов. Это – один из шагов на пути повышения образовательной и профессиональной мобильности.

В то же время повышается значимость мотивации обучения и профессиональной деятельности, следствием чего является значительное увеличение роли довузовской подготовки, необходимость возможно более раннего выбора профессии. Следует подчеркнуть, что в настоящее время инженерная профессия недостаточно представлена в средствах массовой информации, хотя общественная потребность в ней и ее востребованность работодателями растет. Невозможность расчленения процесса современного проектирования на отдельные фрагменты, выполняемые узкими специалистами, требует расширения рамок профессионального инженерного образования, создания у каждого молодого специалиста такой картины мира, в которой были бы представлены все аспекты современного гуманитарного, естественнонаучного и математического знания. При этом все эти разноплановые знания должны представлять систему с четким соподчинением отдельных представлений, их гибкого взаимодействия на основе целеполагания.

Становится очевидным важность личностного развития студентов, что требует индивидуализации обучения, повышения самостоятельности в учебной деятельности. Большая мотивация в обучении может возникнуть лишь на основе творческого освоения, как знаний некоторой предметной области, так и постановки практически важных задач, не решенных на сегодняшний день. Развитие творческих способностей невозможно только в рамках академических занятий. Нужно активное участие в научно-исследовательской работе кафедр, в инженерных разработках, тесные творческие и личные контакты с инженерами, конструкторами, исследователями. Формы такого взаимодействия разнообразны – это и участие в учебной исследовательской работе, и работа в студенческих конструкторских бюро, по хозяйственным договорам кафедр. Существенны для повышения мотивации и творческих способностей любые возможности практического использования знаний и внедрения студенческих разработок.

Инженерная деятельность – как особое искусство, то есть как совокупность неформализуемых приемов, умений, как синтетическое видение объекта творчества, как неповторимый и личностный результат проектирования – требует специфического подхода, основанного, прежде всего, на личностном взаимодействии учителя и ученика. Этот аспект подготовки инженера-творца также невозможно реализовать лишь в форме академических занятий, требуется выделение специального времени на общение студента и руководителя при выполнении творческой индивидуальной работы.

Переход от доминирования формально-логических знаний и способов обучения к органичному сочетанию интуиции и дискурсии требует дополнительных усилий по развитию образного мышления и творческих способностей. Одним из главных средств развития творческого, образного и интуитивного мышления является искусство. Нужны как пассивные формы его восприятия, так и активное овладение искусством в форме художественного творчества, а также в его использовании в профессиональной деятельности. Хорошо известны примеры использования эстетических критериев в творчестве конструкторов, физиков, математиков [7].

Таким образом, в рамках формирующейся в России инновационной экономики знаний (Рис. 1.1) должен быть сформирован и получить гармоничное развитие Единый инновационный комплекс (Инженерное образование - Наука - Промышленность), где Инновации выступают в качестве мультиакселератора интеграции и развития достижений в образовании, науке и промышленности (включая ТЭК, ОПК, транспорт, связь, строительство и т.д.).

Рис. 1.1. Единый инновационный комплекс (Инженерное образование - Наука - Промышленность) Источник:Современное инженерное образование: серия докладов / Боровков А.И., Бурдаков С.Ф., Клявин О.И., Мельникова М.П., Пальмов В.А., Силина Е.Н./- Фонд "Центр стратегических разработок "Северо-Запад". – Санкт-Петербург, 2012. – Вып.2 - 79 с.

1.2. Общемировые условия развития инновационной экономики

1.2.1. Глобализация рынков и гиперконкуренция

Глобализация рынков, конкуренции, образовательных и промышленных стандартов, финансового капитала и наукоемких инноваций требует гораздо более быстрых темпов развития, коротких циклов, низких цен и высокого качества, чем когда-либо прежде.

Быстрота реакции на вызовы и скорость выполнения работ, подчеркнем, на мировом уровне начинают играть особую роль.

Быстрое и интенсивное развитие информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) и наукоёмких компьютерных технологий (НКТ), нанотехнологий. Развитие и применение передовых ИКТ, НКТ и нанотехнологий, которые носят "надотраслевой характер", способствует кардинальному изменению характера конкуренции и позволяет "перепрыгнуть" десятилетия экономической и технологической эволюции. Ярчайшим примером такого "скачка" являются Бразилия, Китай, Индия и другие страны Юго-Восточной Азии.

1.2.2. Сверхсложные и гиперсложные проблемы ("мега-проблемы")

Мировые наука и промышленность сталкиваются со все более сложными комплексными проблемами, которые не могут быть решены на основе традиционных ("узкоспециализированных") подходов. Вспоминается "правило трех частей": проблемы делятся на I – легкие, II – трудные и III – очень трудные. Проблемами I заниматься не стоит, они будут решены в ходе развития событий и без вашего участия, проблемы III вряд ли удастся решить в настоящее время или в обозримом будущем, поэтому стоит обратиться к решению проблем II, размышляя над проблемами III, которые часто и определяют "вектор развития".

Как правило, такой сценарий развития приводит к интеграции отдельных научных дисциплин в меж-, мульти- и трансдисциплинарные научные направления, развитию отдельных технологий в технологические цепочки нового поколения, интеграции отдельных модулей и компонентов в иерархические системы более высокого уровня и развитию мега-систем – крупномасштабных комплексных научно-технологических систем, которые обеспечивают уровень функциональности, который не достижим для их отдельных компонентов [11].

Например, в фундаментальных научных исследованиях применяется термин "меганаука" (mega-science), связанный с мегапроектами создания исследовательских установок, финансирование, создание и эксплуатация которых выходит за рамки возможностей отдельных государств (например, проекты: Международная Космическая Станция (МКС); Большой Адронный Коллайдер (БАК, Large Hadron Collider, LHC); Интернациональный Термоядерный Экспериментальный Реактор (ИТЭР; International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) и др.

1.2.3. Тенденция: "Размывание границ"

Происходит все большее размывание отраслевых границ, сближение секторов и отраслей экономики, размывание границ фундаментальной и прикладной науки за счет необходимости решения комплексных научно-технических проблем, возникновения мега-проблем и мега-систем, диверсификации и активизации деятельности, зачастую на основе современных форм – аутсорсинга и аутстаффинга, а также на основе эффективной кооперации компаний и учреждений как в рамках отрасли (например, формирование высокотехнологичных кластеров из научно-образовательных организаций и промышленных фирм, от крупных госкомпаний до малых инновационных предприятий), так и из разных отраслей. Отличительной характеристикой времени является создание с применением современных нанотехнологий новых функциональных и smart-материалов, материалов с заданными физико-механическими и управляемыми свойствами, сплавов, полимеров, керамик, композитов и композитных структур, которые, с одной стороны, являются "материалами-конструкциями", а с другой стороны, сами являются составной частью или компонентом макроконструкции (автомобиля, самолета, и т.д.) [9].

1.3. Принципы построения современных организаций инновационной экономики

Отметим основные принципы построения современных организаций, предприятий и учреждений инновационной экономики знаний [11]:

• принцип государственного участия через осуществление политики, направленной на улучшение взаимодействий между различными участниками инновационного процесса (образованием, наукой и промышленностью);
• принцип приоритетности долгосрочных целей – необходимо сформулировать видение (vision) долгосрочной перспективы развития структуры на основе развития имеющихся конкурентных преимуществ и инновационного потенциала, миссию, и далее, на основе технологий позиционирования и дифференциации разработать стратегию инновационного развития;
• принципы Э. Деминга: постоянство цели ("распределение ресурсов таким образом, чтобы обеспечить долговременные цели и высокую конкурентоспособность"); непрерывное улучшение всех процессов; практика лидерства; поощрение эффективных двухсторонних связей в организации и разрушение барьеров между подразделениями, службами и отделениями; практика подготовки и переподготовки кадров; реализация программ образования и поддержки самосовершенствования сотрудников ("знания – источник успешного продвижения в достижении конкурентоспособности"); непоколебимая приверженность высшего руководства к постоянному улучшению качества и производительности;
• кайдзен-принципы – принципы непрерывного процесса совершенствования, составляющие центральную концепцию японского менеджмента; основные компоненты кайдзен-технологий: всеобщий контроль качества (TQC); менеджмент, ориентированный на процесс; концепция "стандартизированной работы" как оптимального сочетания работников и ресурсов; концепция "точно вовремя" (just-in-time); PDCA-цикл "планируй – делай – изучай (проверяй) – воздействуй" как модификация "колеса Деминга"; концепции 5-W/1-H (Who – What – Where – When – Why / How) и 4-M (Man – Machine – Material – Method). Принципиально важно, что в кайдзен должны быть вовлечены все – "от высшего руководства до рядовых сотрудников", т.е. "кайдзен – дело всех и каждого";
• принцип McKinsey – "война за таланты" – "в современном мире выигрывают те организации, которые являются наиболее привлекательными на рынке труда и делают все, чтобы привлечь, помочь развитию и удержать наиболее талантливых сотрудников"; "назначение отличных работников на ключевые позиции в организации – основа успеха";
• принцип "компания – создатель знания" (The Knowledge Creating Company). Основные положения этого подхода: "знание – основной конкурентный ресурс"; организационное обучение; теория создания знания организацией, основанная на способах взаимодействия и трансформации формализованных и неформализованных знаний; спираль, точнее, геликоид, создания знания, разворачивающийся "вверх и вширь"; команда, создающая знание и состоящая, как правило, из "идеологов знания" (knowledge officers), "организаторов знания" (knowledge engineers) и "практиков знания" (knowledge practitioners);
• принцип самообучающейся организации (Learning Organisation). В современных условиях "жесткая конструкция" организации становится препятствием для быстрого реагирования на внешние изменения и эффективного использования ограниченных внутренних ресурсов, поэтому организация должна обладать таким внутренним строением, которое позволит ей постоянно адаптироваться к постоянным изменениям внешней среды. Основные составляющие обучающейся организации (П. Сенге): общее видение, системное мышление, мастерство совершенствования личности, интеллектуальные модели, групповое обучение на основе регулярных диалогов и дискуссий;
• принцип "скорострельности" Toyota – "мы делаем все необходимое, чтобы сократить временной промежуток от момента, когда Заказчик обращается к нам, и до момента оплаты за выполненную работу" – совершенно очевидно, что такая установка нацеливает на непрерывное улучшение и совершенствование;
• принцип "обучение через решение задач" – развитие системы регулярного участия студентов и сотрудников в совместном выполнении реальных проектов (в рамках деятельности виртуальных проектно-ориентированных команд) по заказам предприятий отечественной и мировой промышленности на основе опережающего приобретения и применения современных ключевых компетенций, в первую и технологий компьютерного инжиниринга;
• принцип "образование через всю жизнь" – развитие комплексной и меж-дисциплинарной подготовки / профессиональной переподготовки квалифицированных и компетентных специалистов мирового уровня в области наукоемкого компьютерного инжиниринга на основе передовых наукоемких компьютерных технологий;
• принцип меж- / мульти- / транс- дисциплинарности – переход от узкоспециализированных отраслевых квалификаций как формально подтвержденного дипломом набора знаний к набору ключевых компетенций ("активных знаний", "знаний в действии" – "Knowledge in Action!" ) -способности и готовности вести определенную деятельность (научную, инженерную, конструкторскую, расчетную, технологическую и т.д.), отвечающую высоким требованиям мирового рынка;
• принцип капитализации Know-How и ключевых компетенций – реализация этого принципа в условиях глобализации и гиперконкуренции позволит постоянно подтверждать высокий уровень выполняемых НИР, НИОКР и НИОКТР, создавать новые научные и технологические заделы путем систематической капитализации и многократного тиражирования на практике как отраслевых, так и меж- / мульти- / транс- дисциплинарных Know-How; именно этот принцип лежит в основе создания и распространения в рамках организации ключевых компетенций – гармоничной совокупности взаимосвязанных навыков и технологий, содействующих долгосрочному процветанию организации;
• "принцип инвариантности" мультидисциплинарных надотраслевых компьютерных технологий, позволяющий создавать значительные и уникальные научно-образовательные практические заделы путем систематической капитализации и многократного применения на практике многочисленных меж- / мульти- / транс- дисциплинарных Know-How, отладить рациональные эффективные, схемы и алгоритмы инженерной (политехнической) системы трансфера, что принципиально важно для создания инновационной инфраструктуры будущего.

1.4. Основные тенденции, методы и технологии современного инжиниринга

Обладание передовыми технологиями является важнейшим фактором обеспечения национальной безопасности и процветания национальной экономики любой страны. Преимущество страны в технологической сфере обеспечивает ей приоритетные позиции на мировых рынках и одновременно увеличивает ее оборонный потенциал, позволяя компенсировать уровнем и качеством высоких технологий диктуемые экономическими потребностями необходимые количественные сокращения. Отстать в развитии базовых и критических технологий, представляющих фундаментальную основу технологической базы и обеспечивающих инновационные прорывы, значит, безнадежно отстать в общечеловеческом прогрессе.

Процесс развития базовых технологий в разных странах различен и неравномерен. В настоящее время США, Евросоюз и Япония являются представителями высокоразвитых в технологическом отношении стран, которые держат в своих руках ключевые технологии и обеспечивают себе устойчивое положение на международных рынках готовой продукции, как гражданского, так и военного назначения. Это дает им возможность занимать доминирующее положение в мире.

Падение "железного занавеса" поставило перед Россией сложнейшую историческую задачу – войти в мировую экономическую систему. В связи с этим важно отметить, что стратегия технологического развития России в корне отличается от стратегии СССР и основывается на отказе от концепции "замкнутого технологического пространства" – создания всего спектра наукоемких технологий собственными силами, что представляется малореальным из-за существующих серьезных финансовых ограничений. В сложившейся ситуации необходимо эффективно использовать технологические достижения других развитых стран ("открытые технологические инновации", "Open Innovations"), развивать технологическое сотрудничество (по возможности, "встраиваться в технологические цепочки" фирм-лидеров), стремиться к максимально широкой кооперации и международному разделению труда, учитывая динамику этих процессов во всем мире, и, самое главное, систематически аккумулируя и применяя передовые наукоемкие технологии мирового уровня. Необходимо понимать, что передовые в технологическом отношении страны уже фактически создали единое технологическое пространство.

Рассмотрим основные тенденции, методы и технологии современного инжиниринга.

1. "MultiDisciplinary & MultiScale & MultiStage Research & Engineering – мультидисциплинарные, многомасштабные (многоуровневые) и многостадийные исследования и инжиниринг на основе меж- / мульти- / транс- дисциплинарных, иногда называемых "мультифизичными" ("MultiPhysics"), компьютерных технологий, в первую очередь, наукоемких технологий компьютерного инжиниринга (Computer-Aided Engineering). Как правило, осуществляется переход от отдельных дисциплин, например, теплопроводности и механики, на основе термомеханики, электромагнетизма и вычислительной математики к мультидисциплинарной вычислительной термо-электро-магнито-механике (концепция MultiDisciplinary), от одно-масштабных моделей к многомасштабным иерархическим нано-микро-мезо-макро моделям (концепция MultiScale), применяемым совместно с НКТ при создании новых материалов со специальными свойствами, разработке конкурентоспособных систем, конструкций и продуктов нового поколения на всех технологических этапах "формирования и сборки" конструкции (например, литье – штамповка / ковка / … / гибка – сварка и т.д., концепция MultiStage).
2. "Simulation Based Design" – компьютерное проектирование конкурентоспособной продукции, основанное на эффективном и всестороннем применении конечно-элементного моделирования (Finite Element Simulation, FE Simulation) – де-факто основополагающая парадигма современного машиностроения в самом широком смысле этого термина. В основе концепции "Simulation Based Design" лежит метод конечных элементов (МКЭ; Finite Element Method, FEM) и передовые компьютерные технологии, тотально использующие современные средства визуализации:
   • CAD, Computer-Aided Design – компьютерное проектирование (САПР, Система Автоматизированного Проектирования, или, точнее, но тяжеловеснее Система Автоматизации Проектных Работ, а потому используется реже); в настоящее время различают три основных подгруппы CAD: машиностроительные CAD (MCAD – Mechanical CAD), CAD печатных плат (ECAD – Electronic CAD / EDA – Electronic Design Automation) и архитектурно-строительные CAD (CAD/AEC – Architectural, Engineering and Construction), отметим, что наиболее развитыми являются MCAD-технологии и соответствующий сегмент рынка. Итогом широкого внедрения CAD-систем в различные сферы инженерной деятельности явилось то, что около 40 лет назад Национальный научный фонд США назвал появление CAD-систем самым выдающимся событием с точки зрения повышения производительности труда со времен изобретения электричества;
   • FEA, Finite Element Analysis – конечно-элементный анализ, в первую очередь, задач механики деформируемого твердого тела, статики, колебаний, устойчивости динамики и прочности машин, конструкций, приборов, аппаратуры, установок и сооружений, т.е. всего спектра продуктов и изделий из различных отраслей промышленности; с помощью различных вариантов МКЭ эффективно решают задачи теплообмена, электромагнетизма и акустики, строительной механики, технологические задачи (в первую очередь, задачи пластической обработки металлов), задачи механики разрушения, задачи механики композитов и композитных структур;
   • CFD, Computational Fluid Dynamics – вычислительная гидроаэродинамика, где основным методом решения задач механики жидкости и газа выступает метод конечных объемов CAE, Computer-Aided Engineering – наукоемкий компьютерный инжиниринг, основанный на эффективном применении мультидисциплинарных надотраслевых CAE-систем, основанных на FEA, CFD и других современных вычислительных методов. С помощью (в рамках) CAE-систем разрабатывают и применяют рациональные математические модели, обладающие высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным физико-механическим процессам, выполняют эффективное решение много-мерных исследовательских и промышленных задач, описываемых нестационарными нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных; часто FEA, CFD и MBD (Multi Body Dynamics) считают взаимодополняющими компонентами компьютерного инжиниринга (CAE), а терминами уточняют специализацию, например, MCAE (Mechanical CAE), ECAE(Electrical CAE), AEC (Architecture, Engineering and Construction) и т.д.

Как правило, конечно-элементные модели сложных конструкций и механических систем содержат 105 – 25*106 степеней свободы, что соответствует порядку системы дифференциальных или алгебраических уравнений, которую необходимо решить. Обратимся к рекордам. Например, для CFD-задач рекорд составляет 109 ячеек (компьютерное моделирование гидро-и аэродинамики океанской яхты с использованием CAE-системы ANSYS, август 2008 года), для FEA-задач – 5*108 уравнений (конечно-элементное моделирование в турбомашиностроении с применением CAE-системы NX Nastran от Siemens PLM Software, декабрь 2008 года), предыдущий рекорд для FEA-задач – 2*108 уравнений также принадлежал Siemens PLM Software и был установлен в феврале 2006 года.

Рис. 1.2. Мультидисциплинарные исследования и надотраслевые технологии (Источник: Современное инженерное образование: серия докладов / Боровков А.И., Бурдаков С.Ф., Клявин О.И., Мельникова М.П., Пальмов В.А., Силина Е.Н./- Фонд "Центр стратегических разработок "Северо-Запад". – Санкт-Петербург, 2012. – Вып.2)

Мультидисциплинарные исследования выступают фундаментальной научной основой надотраслевых технологий (ИКТ, наукоемкие суперкомпьютерные компьютерные технологии на основе результатов многолетних меж, мульти- и транс- дисциплинарных исследований, трудоемкость создания которых составляет десятки тысяч человеко-лет, нанотехнологии, …), НБИК-технологии (НБИК-центр в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт" и НБИК-факультет в НИУ МФТИ; М.В. Ковальчук), но-вые парадигмы современной промышленности, например, SuperComputer (SmartMat*Mech)*(Multi**3) Simulation and Optimization Based Product Development, "цифровое производство", "умные материалы" и "умные конструкции", "умные заводы", "умные среды" и т. д.).Надотраслевые технологии способствуют стремительному распространению и проникновению новых меж- и мультидисциплинарных знаний в новые области, межотраслевому трансферу передовых "инвариантных" технологий. Именно по-этому мультидисциплинарные знания и надотраслевые наукоемкие технологии являются "конкурентными преимуществами завтрашнего дня". Их широкое внедрение позволит обеспечить инновационное развитие высокотехнологичных предприятий национальной экономики.

В XXI веке основополагающая концепция "Simulation Based Design" интенсивно развивалась силами ведущих фирм-вендоров CAE-систем и промышленных компаний. Эволюцию основных подходов, тенденций, концепций и парадигм от "Simulation Based Design" до "Digital Manufacturing" ("Цифровое производство") можно представить следующим образом:

Simulation Based Design

– Simulation Based Design / Engineering (не только "проектирование", но и "инжиниринг")

– MultiDisciplinary Simulation Based Design / Engineering ("мультидисципли-нарность" – задачи становятся комплексными, требующими для своего решения знаний из смежных дисциплин)

– SuperComputer Simulation Based Design (широкое применение HPC-технологий (High Performance Computing), суперкомпьютеров, высокопроизводительных вычислительных систем и кластеров в рамках иерархических киберинфраструктур для решения сложных мультидисциплинарных задач, выполнения многомодельных и многовариантных расчетов)

– SuperComputer (MultiScale / MultiStage * MultiDisciplinary * MultiTechnology) Simulation Based Design / Engineering (применение триады: "многомасштаб-ность" / "многостадийность" * "мультидисциплинарность" * "мультитехно-логичность")

– SuperComputer (Material Science * Mechanics) (Multi**3) Simulation Based Design / Engineering (одновременное компьютерное проектирование и инжиниринг материалов и элементов конструкций из них – гармоничное объединение механики материалов и конструкций)

– SuperComputer (SmartMat*Mech)*(Multi**3) Simulation and Optimization Based Design / Engineering (применение Smart-материалов / "умных" материалов, применение разных видов оптимизации (параметрической, многомерной, структурной, топологической, многокритериальной и т.д.), рациональной оптимизации технологических процессов и т.д.)

– SuperComputer (SmartMat*Mech)*(Multi**3) Simulation and Optimization Based Product Development (проектирование, инжиниринг и оптимизацию расширяем до производства продукции и переходим к Virtual Product Development – виртуальной разработке продукции / изделий)

– Digital Mock-Up / Digital Manufacturing ("цифровой прототип" – виртуальная, цифровая 3-D модель изделия и всех его компонентов, позволяющая исключить из процесса разработки изделия создание дорогостоящих натурных моделей-прототипов, позволяющая "измерять" и моделировать любые характеристики объекта в любых условиях эксплуатации / "цифровое производство" – как основные компоненты "умных" заводов и фабрик). Для современного инжиниринга, кроме концепций SuperComputer (SmartMat*Mech)*(Multi**3) Simulation and Optimization Based Product Development, Virtual Product Development и Digital Manufacturing характерным является применение следующих подходов и инновационных технологий.

САD/САМ-технологии (Computer-Aided Design / Manufacturing), которые интегрируют CAD- и CAM- системы и обеспечивают интегрированное решение задач конструкторского и технологического проектирования, включая средства 3-D параметрического моделирования, выпуска чертежей, а также средства технологической подготовки производства, в первую очередь, с помощью программ для с танков с чПУ или, в последнее время, с помощью технологий быстрого прототипирования (Rapid Prototyping, RP) или аддитивных технологий (Additive Technologies, AD).

Concurrent Engineering (CE) — "конкурентное" проектирование / параллельное проектирование / совместное проектирование) — совместная работа экспертов из различных функциональных подразделений предприятия на как можно более ранней стадии разработки продукта с целью достижения высокого качества, функциональности и технологичности за как можно более короткое время с минимальными затратами. CE является, главным образом, выражением желания увеличить конкурентоспособность продукции за счет сокращения жизненного цикла изделия, а также повышения качества и снижения цены.

PDM-системы (Product Data Management, PDM) – системы управления данными об изделии, иногда называемые системами для коллективной работы с инженерными данными (Collaborative PDM, cPDM).

Research Knowledge Management – менеджмент, генерация, капитализация и тиражирование формализованных и, что принципиально более важно, неформализованных знаний – основного источника конкурентоспособности. Для дополнения мультидисциплинарных надотраслевых CAE-систем с точки зрения управления знаниями (хранение и управление: данными, data; результатами, results, методами, methods; процессами, processes) были разработаны системы: управления инженерными знаниями (Engineering Knowledge Management, EKM), управления жизненным циклом конечно-элементного (КЭ) моделирования (симуляции) (Simulation Lifecycle Management, SLM); управление процессами КЭ моделирования (Simulation Process Management, SPM); управления конечно-элементным КЭ моделированием изделия (Product Simulation Management, PSM), наконец, управления КЭ моделированием на уровне предприятия (Enterprise Simulation Management, ESM).

Кроме применения CAD/CAM/CAE/PDM-систем, начиная с 1990-х годов прошлого века в промышленности используются ERP-системы (Enterprise Resources Planning, ERP) – системы планирования и управления ресурсами предприятия, а в начале нынешнего столетия самое серьезное внимание было обращено на MES-системы (Manufacturing Enterprise Solutions, MES) – корпоративные системы управления производством на уровне цеха, SCM-системы (Supply Chain Management, SCM) – системы управления цепочкой поставок и взаимоотношениями с поставщиками –), CRM-системы (Customer Relationship Management, CRM) – системы управления взаимоотношениями с заказчиками.

Проблемы организации командной работы над проектами и эффективного управления информацией об изделии на протяжении его жизненного цикла привлекали к себе внимание с 1980-х годов прошлого столетия. Для решения этих проблем предлагались различные подходы, например, Министерство обороны США предложило методику автоматизированной поддержки принятия решений по приобретению изделий и матери-ально-техническому обеспечению (Computer-aided Acquisition and Logistics Support, CALS), а корпорация IBM выдвинула концепцию компьютерного интегрированного производства (Computer Integrated Manufacturing, CIM). Возможно, эти инициативы опередили свое время, но в силу ряда причин они не получили широкого распространения и не вызвали особого энтузиазма у пользователей.

В конце минувшего тысячелетия IBM разработала новую концепцию – PLM, которой повезло значительно больше, чем CALS- и CIM-технологиям, и спрос на PLM-продукты стал расти, невзирая на спады и кризисы мировой экономики.

Основное назначение PLM-технологий – объединение и эффективное вза-имодействие изолированных участков автоматизации, образовавшихся в результате внедрения различных систем – CAD/CAM, CAE, PDM, EKM/SLM/ SPM/PSM/ESM, RP/AD, ERP, MES, SCM и CRM – в рамках единого информационного пространства, а также для реализации сквозного конструкторского, технологического и коммерческого циклов производства продукции – "от зарождения идеи, создания продукта, его эксплуатации и, наконец, до его утилизации".

Принципиально важно понимать, что основу PLM-технологий составляют CAD/CAM-, CAE- и PDM (EKM/SLM/SPM/PSM/ESM)-технологии, благодаря совместному использованию которых традиционный последовательный подход к разработке новых изделий заменен современным интегрированным подходом. Этот подход обеспечивает одновременное компьютерное проектирование изделия с помощью CAD-системы, выполнение многовариантных инженерных CAE-расчетов (компьютерный инжиниринг) и технологическую подготовку производства с помощью CAM-системы на основе совместного использования проектных данных, начиная с самых ранних стадий проектирования и инженерного анализа, одновременно различными группами специалистов с помощью PDM-системы.

3D Visualization & Virtual Reality & Global Visual Collaboration – глобальное сотрудничество между рассредоточенными по всему миру и эффективно взаимодействующими командами на основе компьютерных технологий визуализации, виртуальной реальности, моделирования реалистичного поведения и создания "эффекта присутствия"; чрезвычайно важно отметить, что многие из вышеуказанных подходов, технологий и тенденций современного инжиниринга представляют собой надотраслевые технологии – "конкурентные преимущества завтрашнего дня" – технологии, применяемые во многих отраслях промышленности, способствующие межотраслевому трансферу передовых "инвариантных" технологий, надотраслевому трансферу мультидисциплинарных компьютерных технологий.

Рис. 1.3. Переход от узкоспециализированных к мультидисциплинарным исследованиям (Источник: Современное инженерное образование: серия докладов / Боровков А.И., Бурдаков С.Ф., Клявин О.И., Мельникова М.П., Пальмов В.А., Силина Е.Н./- Фонд "Центр стратегических разработок "Северо-Запад". – Санкт-Петербург, 2012. – Вып.2)

1.5. Передовые стратегии внедрения современного инженерного образования

1.5.1. Комплексный подход к формированию инженерных компетенций

Для достижения нового уровня и качества инженерного образования необходимо использовать следующие подходы к инновационному образованию:

• Компетентностный подход;
• Метод проектного обучения (включает практико-ориентированный, проблемно-ориентированный подходы, метод проблемного обучения); – Меж- / мульти- дисциплинарный подход вместо узкоспециализированного подхода (Multidisciplinary, Cross-Disciplinary Learning (CDL) vs Discipline-Centric Learning);
• Обучение в команде;
• Метод, основанный на самостоятельном поиске информации; – Дистанционное обучение, онлайн-обучение;
• Контекстное обучение (в широком смысле с освоением технологического, социально-экономического, правового, экологического, культурологического контекста инженерной деятельности).

1.5.2. Инженерное образование через реальные проекты

Сегодня в мире осуществляется переход к проектному образованию. Обучение в процессе работы над определенными проектами (выполнение конкретных НИР, НИОКР, НИОКТР по заказам промышленных предприятий) становится основным способом подготовки кадров. Как правило, студент за шесть лет обучения (4 года – бакалавриат, 2 года – магистратура) должен участвовать от 4 до 10 реальных проектов и получить реальные результаты. Это происходит в университете, но с обязательным привлечением конкретных задач из промышленности. Если это металлургия, то в области создания новых материалов и отработки новых технологий, например, технологий интенсивной пластической деформации. Это могут быть НИР, выполняемые совместно со студентами старших курсов, аспирантами, преподавателями и представителями академических институтов или промышленных предприятий. Тогда не будет такого разрыва, который мы наблюдаем сегодня: выпускник приходит на работу в промышленность, а ему предлагают забыть все то, чему его учили в университете [11].

Проблемно-ориентированный подход к обучению по инженерным специальностям наряду с инновационно-ориентированным подходом позволяет сфокусировать внимание студентов на анализе, исследовании и решении какой-либо конкретной проблемы, что становится отправной точкой в процессе обучения. Проблема для исследования максимально мотивирует студентов осознанно получать знания, необходимые для ее решения, а меж- и мультидисциплинарный подход к обучению позволяет научить студентов самостоятельно "добывать" знания из разных научных областей, группировать их и концентрировать в контексте конкретной решаемой задачи, изучать и овладевать наукоемкими технологиями мирового уровня.

1.5.3. Виртуальные проектные меж- / мультидисциплинарные команды

В настоящее время чрезвычайно актуальным для инновационного инженерного образования является развитие системы регулярного участия студентов и сотрудников университета в выполнении реальных проектов ("обучение через решение задач", выполнение реальных НИР, НИОКР и НИОКТР в рамках деятельности виртуальных проектно-ориентированных команд – Multidisciplinary Team-Based Project Work) по заказам предприятий отечественной и мировой промышленности. Для успешного развития этой деятельности необходимо опережающее приобретение и внедрение современных ключевых компетенций и технологий (в первую очередь, технологий компьютерного проектирования и наукоемких технологий компьютерного инжиниринга), а также приобретение положительного опыта работы с ведущими мировыми промышленными фирмами (Nurturing and Supporting Engineering-led, MultiDisciplinary Teams to Successfully Compete For and Execute Large-Scale, Complex Research Projects).

Основное умение инженера в рамках конкурентоспособной команды сотрудников состоит в постановке и решении все более и более совершенным способом задач различного уровня сложности, связанных с разработкой продуктов, систем или услуг, их финансированием и последующей реализацией. С этой целью инженер должен обладать всем спектром знаний – естественнонаучных дисциплин, технических, экономических, социальных и гуманитарных наук, наукоемких технологий, базируясь на широкой научной культуре. Современный инженер – это и профессионал, обладающий компетенциями мирового уровня, и организатор, и координатор, и менеджер комплексных научно-технических проектов.

1.5.4. Инновационный инженерный проектный подход

Достижение лучших результатов в процессе формирования ключевых компетенций специалистов инженерной сферы может обеспечить интеграция указанных подходов с учетом специфики предметной области, особенностей образовательного процесса, применяемых наукоемких инноваций, а также удовлетворение требований внешних заказчиков (работодателей) к качеству специалистов-инженеров. Инновационный инженерный проектный подход, интегрирующий указанные методы, – это практическое решение комплексных задач промышленности (НИР, НИОКР, НИОКТР) преподавателями, аспирантами и студентами в рамках меж- и мульти- дисциплинарных команд на базе университетских ведущих научных и инженерных школ через совместное выполнение мультидисциплинарных исследований с применением надотраслевых технологий и наукоемкого высокотехнологичного оборудования (фундаментальная триада "Brainware – Software – Hardware").

Реализация многоуровневого компетентностного подхода на основе принципа – "от узкоспециализированных квалификаций к компетенциям мирового уровня" и ориентацией на решение актуальных наукоемких задач в промышленности позволит удовлетворить реальные потребности работодателей в квалифицированных и компетентных специалистах, владеющих технологиями мирового уровня.

Рис. 1.4. Мультидисциплинарный надотраслевой подход к решению инженерных задач. Источник: А.И. Боровков. Выступления и доклады. 2007–2012

1.5.5. Рациональное взаимодействие промышленности и вузов

Алгоритм возможного взаимодействия промышленности и университетов изложим на основе многолетнего успешного опыта взаимодействия с ведущими отечественными и зарубежными промышленными организациями, имеющегося у НИУ СПбГПУ в рамках созданной Форсайт-структуры:

Промышленность формирует заказ – Challenging Industrial Problem, т.е. Промышленную Проблему-Вызов, Проблему, решение которой позволит повысить конкурентоспособность предприятия или отдельных продуктов, изделий, технологий и т.д.

ВУЗ должен быть готов решить эту конкретную Проблему. что значит быть готов?

ВУЗ должен иметь компетентных Специалистов мирового уровня – муль-тидисциплинарную команду Специалистов, обладающих компетенциями мирового уровня и имеющих регулярный успешный опыт работы в рассматриваемой области с ведущими промышленными компаниями мирового уровня. Желательно, чтобы Специалисты ВУЗа были бы встроены в Технологическую цепочку соответствующего промышленного предприятия и работали бы в рамках данной Технологической цепочки.

Команда компетентных мультидисциплинарных специалистов в идеальной ситуации должна иметь для своевременного и качественного решения Проблемы необходимые ресурсы:

• интеллектуальные (Brainware; заранее подготовленные, готовые подключиться к решению Проблемы, на данном этапе основной вопрос – формирование и масштабируемость Команды);
• материально-технические (Software & Hardware, Нi-Tech, Know-How, экс-периментальное оборудование, специализированные помещения и т.д.

Т.е. должна быть создана и поддерживаться на мировом уровне Форсайт-структура (Сentre of Excellence) – динамично и гибко настраиваемая для эффективного решения Проблемы Структура (Институт / Центр / Лаборатория и т.д., т.е. Интеллектуальная среда и Инфраструктура).

Из всего арсенала Software & Hardware & Нi-Tech & Know-How компетентными специалистами формируется специализированная Технологическая Цепочка, каждое звено которой должно соответствовать мировому уровню решения подобных Проблем.

В рамках сформированной специализированной Технологической Цепочки решается сформулированная Промышленная Проблема-Вызов.

В процессе исследования и решения Проблемы естественным образом происходит генерирование необходимых для ее решения новых знаний, их формализация и аккумулирование, синергетическое взаимодействие и неформальная передача (трансфер) знаний в рамках совместной работы над решением Проблемы, подготовка конкурентоспособных и востребованных специалистов, развитие компетенций и Технологий, наконец, – надотрас-левой трансфер Технологий, Знаний, компетенций при обязательном сохранении за Centre of Excellence Ключевых Технологий, Знаний, Компетенций и Know-How ("нужно постоянно держать отрыв", обеспечивать интеллектуальное превосходство, в частности, понимая, что "китайский дракон у ворот").

Переход к п. 1 и все повторяется сначала по описанному выше Алгоритму, только для других промышленных предприятий (ясно, что решение Проблем может происходить параллельно), других отраслей (понятно, что трансфер ключевых знаний и технологий в рамках отрасли затруднен в силу гиперконкуренции, однако, чрезвычайно эффективен надотраслевой трансфер технологий – "инвариантных" (от отрасли) технологий.

Подчеркнем, что вышеизложенный Алгоритм и описанная Форсайт-структура (Centre of Excellence) – реализованы в рамках эффективного взаимодействия мультидисциплинарных команд и выполнения многочисленных проектов в интересах ведущих мировых компаний автомобилестроения (BMW, Audi, Daimler (Mercedes), Porsche, Volkswagen, Bugatti, АВТОВАЗ, КАМАЗ, ё-АВТО / ё-Инжиниринг и др.), авиа- и ракетостроения (Boeing, Airbus, ИРКУТ, Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева и др.), нефтегазовой отрасли (Schlumberger, Weatherford, Газпром, НефтеХимПроект и др.), атомной энергетики (госкорпорация "Росатом"), машиностроения (госкорпорация "Российские технологии", концерн "Силовые машины" и др.), металлургии (Северсталь, Ижорский трубный завод и др.) и других отраслей промышленности.

Так, например, трудоемкость создания наукоемких компьютерных технологий мирового уровня и Технологических Цепочек (фактически, уникальный транснациональный интеллектуальный капитал), используемых для решения Challenging Industrial Problem и представленных в Форсайт-структуре, составляет более 500 000 человеко-лет, соответственно, можно оценить и финансовые ресурсы затраченные и затрачиваемые ежегодно ведущими фирмами-вендорами на их создание, сопровождение и развитие.

Рис. 1.5. Мультидисциплинарный надотраслевой подход к решению инженерных задач. "Обратная" задача. Постановка проблемы / задачи промышленностью. Источник: А.И. Боровков. Выступления и доклады. 2007–2012.

1.5.6. Распределенная учебно-научно-инновационная Форсайт-структура в области наукоемкого компьютерного инжиниринга

Система высшего инженерного образования в 90-е годы ХХ века вступила в критическую фазу своего развития. В России, в частности, проявились все основные тенденции постиндустриального перехода в высшем профессиональном образовании, среди которых следует отметить три основных:

Массовизация и интернационализация ВПО в рамках общих глобали-зационных процессов с сопровождающим их ростом коммерциализации высшего образования; преобразование вузов в рыночные субъекты и рост значимости на мировом рынке образовательных услуг рыночных позиций высшей школы;

Формирование потребностей в "гибких" специальностях – переход от узкоспециализированных знаний и квалификаций, формально подтвержденных дипломом, к набору ключевых компетенций – способности вести определенную деятельность. Принципиально важно заметить, что стандартные отраслевые знания и стандартные квалификационные пакеты, передаваемые в ходе обучения, начали утрачивать свою эффективность. Стала расти роль меж-, мульти- и транс- дисциплинарных исследований и научно-образовательного процесса, основанного на этих исследованиях и ориентированного не столько на формальные квалификации, сколько на получение современных ключевых компетенций как способности принимать решения в динамичной ситуации, способности не столько воспроизводить академические знания, сколько создавать новые знания на основе современных достижений науки, открытых инноваций (Open Innovations) и передовых наукоемких технологий.

Рис. 1.6. Проектные мультидисциплинарные команды. Источник: А.И. Боровков. Выступления и доклады. 2007–2012.

Возрастающая актуальность научно-технологической революции в образовании, связанная с постепенным сокращением классно-урочного преподавания и ростом значения подготовки, основанной на использовании проблемно- и проектно- ориентированного опыта как основного способа эффективной подготовки к профессиональной деятельности; развитие новых форматов образования (учебно-научно-инновационных структур, тренинг-центров, научно-образовательных центров, центров компетенции, корпоративных университетов и т.д.).

В настоящее время общество приходит к выводу, что основой для реализации человеческого потенциала, улучшения качества жизни, социально-экономического развития и повышения конкурентоспособности – построения новой инновационной экономики знаний – является сбалансированная, устойчивая и динамично развивающаяся система образования и подготовки кадров.

В связи с этим принципиально важным является создание в отечественной системе ВПО локальных инновационных инфраструктур будущего – учебно-научно-инновационных Форсайт-структур – сбалансированных, устойчивых, самообучающихся и непрерывно обновляющихся структур, представляющих собой интеллектуальную среду для:

• генерации и расширенного воспроизводства меж-, мульти- и транс- дис-циплинарных знаний, создания и развития корпоративной инновационной и предпринимательской культуры;
• развития и распространения современных ключевых компетенций и передовых наукоемких технологий, адекватных актуальным научно-технологическим вызовам глобальной экономики;
• развития и интенсивной коммерциализации технологий и услуг, конкурентоспособных на мировом рынке, реализации их на практике, в условиях резкого увеличения скорости, сложности и непредсказуемости происходящих изменений в соответствии с принципом – "Не догонять прошлое, а создавать будущее".

Распределенная учебно-научно-инновационная Форсайт-структура в области наукоемкого компьютерного инжиниринга, являющаяся интеллектуальной средой для эффективного взаимодействия между собой триады "Brainware & Software & Hardware" представляет собой один из элементов создаваемой национальной инновационной системы России.

Одна из основных целей создания форсайт-структуры – организация и проведение междисциплинарных исследований фундаментального и прикладного характера по большинству приоритетных направлений и критических технологий РФ. Конкретная цель – развитие динамичной системы политехнического междисциплинарного образования и выполнения научных исследований, способной обеспечить:

• генерацию и расширенное воспроизводство знаний, элитную подготовку специалистов на основе широкого использования инновационных образовательных технологий и передовых компьютерных технологий мирового уровня, широких возможностей выбора студентами учебных курсов и вычислительных практикумов, направленных на приобретение ключевых меж- и мульти- дисциплинарных компетенций;
• импорт и развитие наукоемких компьютерных технологий мирового уровня, трудоемкость разработки которых высокотехнологичными компаниями-вендорами оценивается десятками тысяч человеко-лет;
• коммерциализацию политехнических меж-, мульти- и транс- дисциплинарных знаний, умений, навыков и компетенций, наукоемких компьютерных технологий и результатов из научно-образовательной политехнической среды в различные отрасли отечественной промышленности;
• экспорт высококачественных интеллектуальных услуг и инженерно-тех-нологических сервисов, конкурентоспособных на мировом рынке;
• своевременную и адекватную реакцию на научно-технологические вызовы глобальной экономики на основе целенаправленного фокусирования материально-технических (Hardware, Software) и интеллектуальных ресурсов (Brainware) университета на регулярном, качественном и быстром решении с помощью передовых мультидисциплинарных технологий компьютерного инжиниринга актуальных наукоемких задач, выдвигаемых различными отраслями отечественной и зарубежной промышленности.

Рис. 1.7. Учебно-научно-инновационная многоуровневая Форсайт-структура в области наукоемких технологий компьютерного инжиниринга. Основные элементы и этапы эволюции. Источник: А.И. Боровков. Выступления и доклады.

Другая основная цель – развитие политехнического меж- и мультидисциплинарного образования, корпоративной инновационной и предпринимательской культуры, интеллектуальной среды генерации и расширенного воспроизводства знаний в области наукоемкого компьютерного инжиниринга. Конкретная цель – обеспечение преемственности и эффективного взаимодействия различных поколений (старшего, среднего и младшего) преподавателей и студентов, решение наиболее актуальной российской проблемы – кадровой проблемы – на основе инновационно-эволюционного перехода от "быстро устаревающих традиционных пакетов отраслевых квалификаций к набору ключевых муль-тидисциплинарных компетенций мирового уровня", позволяющего заложить фундаментальные основы инновационной инфраструктуры будущего и сосре-доточиться на элитной подготовке специалистов, которые смогут не только "работать по специальности, но и достойно зарабатывать", обеспечивая при этом высокие качество, престижность и репутацию российского политехнического образования.

Ассоциативными компонентами проблемно- и проектно- ориентированной виртуальной Форсайт-структуры могут выступать кафедры, совместные учебно-научные лаборатории вузов и лабораторий институтов РАН. Итак, учебно-научно-инновационная Форсайт-структура представляет собой распределенную систему эффективно взаимодействующих подразделений (команд) на основе принципа "проблемно- и ресурсно-ориентированной виртуальной организации".

Распределенная Форсайт-структура в области наукоемких технологий ком-пьютерного инжиниринга позволяет в условиях глобализации, гиперконкуренции и резкого увеличения скорости, сложности и непредсказуемости происходящих изменений обеспечить:

• высокое качество, престижность и репутацию российского инженерного образования;
• развитие корпоративной инновационной и предпринимательской культуры, интеллектуальной среды генерации и расширенного воспроизводства знаний, развития и распространения современных ключевых компетенций и технологий, адекватных актуальным научно-технологическим вызовам глобальной экономики;
• превращение интеллектуального потенциала в один из основных ресурсов устойчивого экономического роста путем интенсивной коммерциализации технологий и услуг, конкурентоспособных на мировом рынке;
• разработку, развитие и применение передовых образовательных технологий для укрепления позиций российского ВПО в процессе интернационализации рынка образовательных и наукоемких инженерно-технологических услуг в рамках общих глобализационных процессов с сопровождающим их ростом коммерциализации ВПО;
• максимально возможное влияние на всю систему инновационного ВПО в России, основной характеристикой которого является "Не догонять прошлое, а создавать будущее" путем развития политехнической системы мультидисциплинарного образования и осуществления инновационно-эволюционного перехода от "быстро устаревающих традиционных пакетов отраслевых квалификаций к набору ключевых междисциплинарных компетенций мирового уровня";
• участвовать в построении инновационного общества с экономикой, базирующейся на генерации и распространении знаний, эффективном применении достижений в сфере науки и высоких технологий, и его центрального элемента – сбалансированной, устойчивой и динамично развивающейся системы ВПО, Форсайт-структура строится на принципах "облачного предприятия" социально-сетевой формы интеллектуальной деятельности людей по производству знаний, созданию инноваций, их экспертизе, отбору и практическому воплощению. Это сочетание крауд-сорсинга (СrowdSourcing) и открытых инноваций (Open Innovation), что позволяет вовлечь в инновационную деятельность новых компетентных специалистов мирового уровня. Это технологии "коллективного разума" (collective intelligence), позволяющие повысить коллективный IQ сообществ. Это "рынки предсказаний" (prediction markets), способные предвидеть будущее, что улучшает принимаемые решения. Это методы организации "деятельных сообществ" (communities of practice) и "эпистемических сообществ" (epistemic communities), позволяющие наладить процесс коллективного решения сложных задач.

1.5.7. Инновационная среда инженерного образования -концепция(Conceive-Design-Implement-Operate)

Для подготовки специалистов к комплексной инженерной деятельности в ведущих университетах мира реализуется концепция CDIO (Conceive – Design – Implement – Operate, т.е. Задумка (Идея) – Проект – Реализация – Управление (Эксплуатация)), разработанная в Массачусетском технологическом институте (MIT) в середине 1990-х гг. с участием ученых, преподавателей и представителей промышленности.

В совместном проекте "Всемирная инициатива CDIO" ведущие инженерные школы и технические университеты США, Канады, Европы, Соединенного Королевства, Африки, Азии и Новой Зеландии (более 40 университетов в 20 странах мира) принимают участие с 2002 года. Программа CDIO исходит из принципа, что создание и развитие продуктов и систем на протяжении всего их жизненного цикла создают необходимый контекст инженерного образования.

CDIO создаёт среду инженерного образования, в которой преподаются, усваиваются и применяются на практике технические знания и практические навыки. Начинающие инженеры должны уметь "Задумывать-Проектировать-Реализовывать", а также "Управлять" сложными продуктами и системами в современных условиях и в рамках командной работы с целью получения добавочной стоимости. За время обучения они должны научиться управлять инженерными процессами, проектировать и создавать продукты и системы и применять полученные знания, работая в промышленных организациях.