تجربة مدتها عشر سنوات في تعليم الأتمتة الصناعية
أتمّ برنامج الأتمتة الصناعية في كلية بيكرسفيلد عامه العاشر، مع مؤشرات واضحة على أن تعليم الأتمتة الصناعية أصبح مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا باحتياجات القوى العاملة الإقليمية.
بدأ البرنامج كجزء من البرنامج التجريبي الأصلي لدرجة البكالوريوس في كليات المجتمع بولاية كاليفورنيا، بهدف عملي هو تطوير الكفاءات المحلية في الهندسة والأتمتة لأصحاب العمل الذين كانوا يواجهون صعوبة في استقطاب موظفين مؤهلين.
لم يضم أول فوج متخرج منه سوى سبعة طلاب. وبعد عقد من الزمن، أنتج البرنامج أكبر فوج تخرج في تاريخه، إذ بلغ 34 طالبًا، ويسجل معدل توظيف قدره 98% بين الخريجين الباحثين عن عمل.
من منظور صناعي، يُعد هذا التطور أكثر أهمية من أعداد الملتحقين وحدها. فأصبحت أنظمة الأتمتة تزداد تعقيدًا، لكن توافر الفنيين والمهندسين الذين يفهمون كلًا من أجهزة التحكم وعمليات الإنتاج لم يواكب ذلك دائمًا.
طلب قطاع الصناعة أنشأ البرنامج
كان التطور المبكر للبرنامج مدفوعًا بمشكلة صناعية واضحة ومباشرة.
كان أصحاب العمل المحليون بحاجة إلى أشخاص قادرين على العمل مع أنظمة الأتمتة، لكن مجموعة المواهب في المنطقة كانت صغيرة جدًا. لذلك كانت الشركات تستقطب موظفين من خارج مقاطعة كيرن، وفي بعض الحالات من خارج الولايات المتحدة.
يوضح هذا الوضع سمة مهمة من سمات التوظيف في مجال الأتمتة الصناعية: فالشركات لا تحتاج إلى مبرمجين فحسب.
قد يحتاج العاملون في مجال الأتمتة الحديثة إلى فهم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، والشبكات الصناعية، وأجهزة الاستشعار، والروبوتات، وأنظمة الحركة، والرؤية الآلية، والتوصيلات الكهربائية، واستكشاف الأعطال وإصلاحها، وبرمجيات الإنتاج. كما يحتاجون إلى فهم كيفية تفاعل هذه التقنيات داخل مصنع قيد التشغيل.
يبدو أن كلية بيكرسفيلد صمّمت برنامجها حول هذا المتطلب الأوسع، بدلًا من التعامل مع الأتمتة باعتبارها تخصصًا ضيقًا في البرمجة.
المختبر يصبح الفصل الدراسي الحقيقي
يُعدّ توسيع مختبر الروبوتات أمرًا مهمًا بشكل خاص.
يتعرّف الطلاب الآن على الروبوتات الصناعية، والرؤية الحاسوبية، ووحدات التحكم في الأتمتة، والمنصات الروبوتية الأحدث، بما في ذلك الروبوتات الشبيهة بالبشر والروبوتات رباعية الأرجل.
يوفر هذا النوع من بيئات المختبر شيئًا لا يمكن للتدريس الصفي التقليدي أن يعيد إنتاجه بسهولة: فرصة لاستكشاف أعطال الأنظمة المادية وإصلاحها.
في تركيب أتمتة حقيقي، نادرًا ما يظهر العطل في صورة خطأ برمجي واضح. فقد يحتاج الفني إلى تحديد ما إذا كانت المشكلة ناشئة عن مستشعر، أو وصلة أسلاك، أو وحدة إدخال/إخراج، أو منطق وحدة التحكم، أو اتصال شبكي، أو ضبط ميكانيكي للموضع، أو برنامج تطبيقي.
تُعدّ عملية التشخيص هذه من أثمن المهارات التي يمكن لبرنامج الأتمتة تعليمها.
مهارات الروبوتات تتوسع إلى ما يتجاوز برمجة الروبوتات
يتعلم الطلاب الحاليون بناء الروبوتات وبرمجتها، لكن القيمة الأوسع تكمن في فهم بنى الأتمتة الكاملة.
يعمل الروبوت عادةً بوصفه مكوّنًا واحدًا ضمن نظام أكبر. وقد يعتمد أداؤه على التحكم المنطقي القابل للبرمجة، ودوائر السلامة، وأنظمة الرؤية، وإيثرنت الصناعية، وأجهزة الاستشعار، ومحركات المؤازرة، وأدوات نهاية الذراع، وقواعد بيانات الإنتاج.
لذلك، يحتاج مهندسو الأتمتة في المستقبل إلى معرفة على مستوى النظام، لا إلى مهارات معزولة في مجال الروبوتات.
تعكس تجربة طلاب كلية بيكرسفيلد هذا التوجه. يشارك الطلاب في أنشطة الروبوتات، والتدريب الداخلي، والعمل المخبري، والتفاعل مع أصحاب العمل، بينما يطوّرون قدرات عملية على استكشاف الأعطال وإصلاحها.
الرؤية الحاسوبية تغيّر أدوار فنيي الأتمتة
تقدم تجربة الخريج فرانسيسكو هيرنانديز مثالًا مفيدًا آخر.
يعمل الآن مع نظام للرؤية الحاسوبية يحدد العيوب ويفرز المنتجات الزراعية على خط إنتاج.
يمثل هذا تحولًا أوسع في الأتمتة الصناعية. إذ تنقل أنظمة الرؤية مهام الفحص بصورة متزايدة من المشغلين البشريين إلى الاستشعار والتصنيف الآليين.
ومع ذلك، لا يؤدي نشر الرؤية الآلية إلى إلغاء الحاجة إلى الموظفين التقنيين.
لا يزال هناك من يحتاج إلى تهيئة الكاميرات، والتحقق من معلمات الكشف، واستكشاف مشكلات الاتصال وإصلاحها، وصيانة المعدات، والتحقيق في حالات الكشف الخاطئ، وربط نتائج الفحص بنظام التحكم في الإنتاج.
بعبارة أخرى، تغيّر الأتمتة عبء العمل التقني بدلًا من إزالته ببساطة.
التدريب الداخلي ينشئ صلة مباشرة بالقطاع
تُعدّ علاقة البرنامج بأصحاب العمل عاملًا مهمًا آخر وراء نتائج التوظيف المُعلَن عنها.
ويستقطب معرضها المهني السنوي شركات من مناطق متعددة، بينما يمكن للطلاب اكتساب خبرة عملية من خلال التدريبات وفرص العمل في المختبرات.
يقلل هذا الارتباط بالصناعة الفجوة بين التدريب الأكاديمي ومتطلبات الإنتاج.
وبالنسبة إلى أصحاب العمل في مجال الأتمتة، فإن المتقدم الذي سبق له العمل مع وحدات التحكم، والروبوتات، وأنظمة الرؤية، والتوصيلات، واستكشاف الأعطال وإصلاحها، يقدم ملفًا مختلفًا عن شخص تقتصر خبرته على المقررات الدراسية النظرية.
وينطبق المبدأ نفسه على المختبرات الوطنية ومؤسسات التصنيع المتقدم، حيث قد يعمل موظفو الأتمتة مع الروبوتات، والأنظمة الهندسية، وتقنيات التحكم المتخصصة.
أصبح تطوير القوى العاملة في مجال الأتمتة متطلبًا على مستوى النظام
يسلط مثال بيكرسفيلد الضوء أيضًا على قضية صناعية أكبر.
لا يمكن حل النقص في القوى العاملة بمجال الأتمتة بمجرد شراء مزيد من الروبوتات.
ينشئ كل نظام إنتاج مؤتمت متطلبات للهندسة، والتشغيل الأولي، والبرمجة، والصيانة، والتشخيص، والأمن السيبراني، والتحقق من السلامة، ودعم دورة الحياة.
ومع إدخال المصانع مزيدًا من المعدات المتصلة، تصبح مجموعة المهارات المطلوبة أوسع.
قد يعمل فني الأتمتة الحديث بصورة متزايدة بين مجالات الهندسة الكهربائية، وهندسة أنظمة التحكم، وتقنية المعلومات، والروبوتات، وعمليات التصنيع.
وهذا يجعل التعليم متعدد التخصصات ذا قيمة خاصة.
الروبوتات لا تلغي الوظائف تلقائيًا
يعكس ما لاحظه البروفيسور روي ألارد، من أن الروبوتات تستبدل عادةً الأعمال المملة أو الخطرة أو القذرة، تمييزًا مهمًا في الأتمتة الصناعية.
يتمثل الغرض الأساسي من العديد من تطبيقات الروبوتات في نقل المهام المتكررة أو الخطرة من البشر إلى الآلات.
ثم تنتقل القوى العاملة البشرية نحو أنشطة تتطلب استكشاف الأعطال وإصلاحها، وتحسين العمليات، والبرمجة، والصيانة، والإشراف، واتخاذ القرارات الهندسية.
من وجهة نظري، الوصف الأدق ليس «الروبوتات تستبدل العمال».
بل على العكس، تعيد الروبوتات توزيع العمل البشري عبر نظام الإنتاج.
تعتمد النتيجة الاقتصادية بدرجة كبيرة على ما إذا كانت الشركات ستستثمر في القوى العاملة اللازمة لتشغيل تلك الأنظمة الآلية وتحسينها.
التحدي التالي هو توسيع نطاق البنية التحتية للتدريب
يؤدي نمو البرنامج إلى مشكلة تواجهها في نهاية المطاف العديد من البرامج التقنية الناجحة: القدرة الاستيعابية.
فزيادة عدد الطلاب تتطلب مزيدًا من المدرّسين، ومعدات المختبرات، ومحطات العمل، ومنصات الروبوتات، وأنظمة التدريب الكهربائي، ومساحات أكبر للمشروعات العملية.
وهذه ليست مجرد مسألة إدارية تعليمية.
وتفرض معدات الأتمتة الصناعية قيودًا مادية. فلا يستطيع الطلاب تعلم تشغيل الأنظمة، أو التوصيلات، أو تشغيل الروبوتات، أو استكشاف الأعطال وإصلاحها بفاعلية إذا كان الوصول إلى المختبرات محدودًا للغاية.
وبناءً عليه، يتطلب زيادة عدد الخريجين استثمارًا موازيًا في البنية التحتية للتدريب.
الروبوتات الشبيهة بالبشر مثيرة للاهتمام، لكن الأساسيات لا تزال مهمة
ويشير الاستخدام المخطط للروبوتات الشبيهة بالبشر والروبوتات رباعية الأرجل إلى الاتجاه الذي قد يتخذه تعليم الروبوتات.
ويمكن لهذه المنصات تعريف الطلاب بالإدراك المتقدم، والتنقل، والتفاعل بين الإنسان والآلة، والملاحة الذاتية، والتحكم الروبوتي.
ومع ذلك، لا ينبغي أن تنبع القيمة التعليمية من حداثة الروبوت نفسه.
ولا يزال الطلاب بحاجة إلى فهم الأساسيات: المستشعرات، والمشغلات، ومنطق التحكم، وشبكات الاتصال، ووظائف السلامة، والتحكم في الحركة، والتشخيص، وتكامل الأنظمة.
وتظل تلك المبادئ قابلة للتطبيق حتى عندما يتغير الشكل المادي للروبوت.
سيكون العقد القادم متعلقًا بالتكامل
يوضح العقد الأول لكلية بيكرسفيلد مدى توافق تعليم الأتمتة مع الطلب الصناعي الإقليمي.
ويُعد نموه من سبعة خريجين إلى دفعة تضم 34 طالبًا مؤشرًا قابلًا للقياس. كما يوفر معدل التوظيف المُعلن، البالغ 98%، مؤشرًا آخر.
والأهم من ذلك أن البرنامج يتجه نحو نموذج تعمل فيه الروبوتات والرؤية الحاسوبية والتحكم الصناعي والتدريب العملي والعلاقات مع أصحاب العمل معًا.
ويتوافق هذا التوجه مع تطور الأتمتة الصناعية نفسها.
لن يعمل الجيل القادم من المتخصصين في الأتمتة مع آلات معزولة. بل سيعملون مع أنظمة مترابطة تتفاعل فيها الروبوتات ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأنظمة الرؤية والشبكات والبرمجيات والبيانات والمشغّلون البشريون باستمرار.
لذلك، لن يتمثل التحدي الحقيقي خلال السنوات العشر المقبلة في تعليم الطلاب كيفية تشغيل الروبوتات.
ستُدرّبهم على هندسة أنظمة الإنتاج المؤتمتة المتكاملة ودمجها وتشخيص أعطالها وتحسينها باستمرار.
