การทดลองสิบปีด้านการศึกษาระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม
หลักสูตร ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ของ Bakersfield College เดินทางมาถึงปีที่สิบ พร้อมข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่าการศึกษาด้านระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมกำลังเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับความต้องการบุคลากรในภูมิภาค
หลักสูตรนี้เริ่มต้นขึ้นในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการนำร่องปริญญาตรีจากวิทยาลัยชุมชนดั้งเดิมของรัฐแคลิฟอร์เนีย โดยมีเป้าหมายเชิงปฏิบัติในการพัฒนาบุคลากรด้านวิศวกรรมและระบบอัตโนมัติในท้องถิ่น เพื่อรองรับนายจ้างที่ประสบปัญหาในการสรรหาบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสม
ชั้นเรียนที่สำเร็จการศึกษารุ่นแรกมีนักศึกษาเพียงเจ็ดคน หนึ่งทศวรรษต่อมา หลักสูตรนี้มีผู้สำเร็จการศึกษารุ่นใหญ่ที่สุดเป็นประวัติการณ์จำนวน 34 คน และรายงานอัตราการได้งาน 98% ในกลุ่มผู้สำเร็จการศึกษาที่กำลังหางาน
จากมุมมองของภาคอุตสาหกรรม ความก้าวหน้าดังกล่าวมีความสำคัญมากกว่าจำนวนผู้ลงทะเบียนเพียงอย่างเดียว ระบบอัตโนมัติมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่จำนวนช่างเทคนิคและวิศวกรที่เข้าใจทั้งฮาร์ดแวร์ควบคุมและกระบวนการผลิตไม่ได้เพิ่มขึ้นทันเสมอไป
ความต้องการของอุตสาหกรรมเป็นผู้สร้างหลักสูตร
การพัฒนาหลักสูตรในช่วงแรกขับเคลื่อนโดยปัญหาอุตสาหกรรมที่ตรงไปตรงมา
นายจ้างในท้องถิ่นต้องการบุคลากรที่สามารถทำงานกับระบบอัตโนมัติได้ แต่กลุ่มบุคลากรที่มีความสามารถในภูมิภาคมีขนาดเล็กเกินไป ดังนั้นบริษัทต่าง ๆ จึงต้องสรรหาบุคลากรนอกเขต Kern County และในบางกรณีนอกสหรัฐอเมริกา
สถานการณ์ดังกล่าวแสดงให้เห็นลักษณะสำคัญประการหนึ่งของการจ้างงานด้านระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม นั่นคือ บริษัทต่าง ๆ ไม่ได้ต้องการเพียงโปรแกรมเมอร์
บุคลากรด้านระบบอัตโนมัติสมัยใหม่อาจจำเป็นต้องเข้าใจ PLC เครือข่ายอุตสาหกรรม เซนเซอร์ หุ่นยนต์ ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ระบบวิชันของเครื่องจักร การเดินสายไฟฟ้า การแก้ไขปัญหา และซอฟต์แวร์การผลิต นอกจากนี้ยังต้องเข้าใจว่าเทคโนโลยีเหล่านี้ทำงานร่วมกันภายในโรงงานที่กำลังดำเนินงานอย่างไร
ดูเหมือนว่า Bakersfield College ได้ออกแบบหลักสูตรโดยยึดตามข้อกำหนดที่กว้างขึ้นนี้ แทนที่จะมองระบบอัตโนมัติว่าเป็นศาสตร์การเขียนโปรแกรมที่มีขอบเขตแคบ
ห้องปฏิบัติการกำลังกลายเป็นห้องเรียนจริง
การขยายห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์มีความสำคัญอย่างยิ่ง
ขณะนี้นักศึกษาได้สัมผัสกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ระบบวิชันคอมพิวเตอร์ ตัวควบคุมระบบอัตโนมัติ และแพลตฟอร์มหุ่นยนต์รุ่นใหม่ ๆ รวมถึงหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์สี่ขา
สภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการลักษณะนี้มอบสิ่งที่การเรียนการสอนในห้องเรียนแบบเดิมไม่อาจจำลองได้โดยง่าย นั่นคือโอกาสในการแก้ไขปัญหาระบบจริง
ในการติดตั้งระบบอัตโนมัติจริง ข้อขัดข้องมักไม่ปรากฏเป็นข้อผิดพลาดของซอฟต์แวร์ที่ระบุได้อย่างชัดเจน ช่างเทคนิคอาจต้องพิจารณาว่าปัญหาเกิดจากเซนเซอร์ การเชื่อมต่อสายไฟ โมดูล I/O ลอจิกของตัวควบคุม การสื่อสารผ่านเครือข่าย การจัดตำแหน่งทางกล หรือซอฟต์แวร์ประยุกต์
กระบวนการวินิจฉัยดังกล่าวเป็นหนึ่งในทักษะที่มีคุณค่ามากที่สุดที่หลักสูตรระบบอัตโนมัติสามารถสอนได้
ทักษะด้านหุ่นยนต์กำลังขยายขอบเขตไปไกลกว่าการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์
นักศึกษาปัจจุบันกำลังเรียนรู้การสร้างและเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ แต่คุณค่าที่กว้างกว่านั้นอยู่ที่การเข้าใจสถาปัตยกรรมระบบอัตโนมัติที่ครบถ้วน
โดยปกติแล้ว หุ่นยนต์ทำงานเป็นองค์ประกอบหนึ่งภายในระบบที่ใหญ่กว่า ประสิทธิภาพของหุ่นยนต์อาจขึ้นอยู่กับการควบคุมด้วย PLC วงจรความปลอดภัย ระบบวิชัน อีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม เซนเซอร์ เซอร์โวไดรฟ์ อุปกรณ์ปลายแขนหุ่นยนต์ และฐานข้อมูลการผลิต
ดังนั้น วิศวกรระบบอัตโนมัติในอนาคตจำเป็นต้องมีความรู้ระดับระบบ แทนที่จะมีเพียงทักษะด้านหุ่นยนต์แบบแยกส่วน
ประสบการณ์ของนักศึกษาวิทยาลัย Bakersfield สะท้อนแนวทางนี้ นักศึกษามีส่วนร่วมในกิจกรรมหุ่นยนต์ การฝึกงาน งานในห้องปฏิบัติการ และการพบปะกับนายจ้าง พร้อมกับพัฒนาความสามารถในการแก้ไขปัญหาเชิงปฏิบัติ
คอมพิวเตอร์วิทัศน์กำลังเปลี่ยนแปลงบทบาทของช่างเทคนิคระบบอัตโนมัติ
ประสบการณ์ของ Francisco Hernandez ศิษย์เก่าเป็นอีกตัวอย่างที่มีประโยชน์
ปัจจุบันเขาทำงานกับระบบคอมพิวเตอร์วิทัศน์ที่ระบุข้อบกพร่องและคัดแยกผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรบนสายการผลิต
สิ่งนี้สะท้อนการเปลี่ยนผ่านที่กว้างขึ้นในระบบอัตโนมัติภาคอุตสาหกรรม ระบบวิชันกำลังถ่ายโอนงานตรวจสอบจากผู้ปฏิบัติงานไปสู่การตรวจจับและการจำแนกประเภทแบบอัตโนมัติมากขึ้น
อย่างไรก็ตาม การนำระบบแมชชีนวิชันมาใช้ไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการมีบุคลากรด้านเทคนิค
ยังคงต้องมีผู้กำหนดค่ากล้อง ตรวจสอบความถูกต้องของพารามิเตอร์การตรวจจับ แก้ไขปัญหาการสื่อสาร บำรุงรักษาอุปกรณ์ ตรวจสอบการตรวจจับที่ผิดพลาด และเชื่อมโยงผลการตรวจสอบเข้ากับระบบควบคุมการผลิต
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบอัตโนมัติเปลี่ยนแปลงภาระงานด้านเทคนิค แทนที่จะกำจัดภาระงานนั้นไปโดยสิ้นเชิง
การฝึกงานสร้างความเชื่อมโยงโดยตรงกับภาคอุตสาหกรรม
ความสัมพันธ์ของหลักสูตรกับนายจ้างเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่อยู่เบื้องหลังผลลัพธ์ด้านการจ้างงานที่มีการรายงาน
งานมหกรรมอาชีพประจำปีดึงดูดบริษัทจากหลายภูมิภาค ขณะที่นักศึกษาสามารถสั่งสมประสบการณ์เชิงปฏิบัติผ่านการฝึกงานและตำแหน่งงานในห้องปฏิบัติการ
ความเชื่อมโยงกับภาคอุตสาหกรรมนี้ช่วยลดช่องว่างระหว่างการฝึกอบรมทางวิชาการกับข้อกำหนดในการผลิต
สำหรับนายจ้างด้านระบบอัตโนมัติ ผู้สมัครที่เคยทำงานกับคอนโทรลเลอร์ หุ่นยนต์ ระบบวิชัน การเดินสายไฟ และการแก้ไขปัญหามาแล้ว ย่อมมีคุณสมบัติแตกต่างจากผู้ที่มีประสบการณ์จำกัดอยู่เพียงการเรียนภาคทฤษฎี
หลักการเดียวกันนี้ใช้กับห้องปฏิบัติการแห่งชาติและองค์กรด้านการผลิตขั้นสูง ซึ่งบุคลากรด้านระบบอัตโนมัติอาจทำงานร่วมกับหุ่นยนต์ ระบบวิศวกรรม และเทคโนโลยีควบคุมเฉพาะทาง
การพัฒนาบุคลากรด้านระบบอัตโนมัติกำลังกลายเป็นข้อกำหนดของระบบ
ตัวอย่างจากเบเคอร์สฟีลด์ยังชี้ให้เห็นประเด็นทางอุตสาหกรรมที่ใหญ่กว่านั้น
ปัญหาการขาดแคลนแรงงานด้านระบบอัตโนมัติไม่สามารถแก้ไขได้เพียงแค่ซื้อหุ่นยนต์เพิ่ม
ระบบการผลิตอัตโนมัติทุกระบบก่อให้เกิดความต้องการด้านวิศวกรรม การทดสอบและเริ่มใช้งาน การเขียนโปรแกรม การบำรุงรักษา การวินิจฉัยปัญหา ความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ การตรวจสอบความปลอดภัย และการสนับสนุนตลอดวงจรชีวิต
เมื่อโรงงานนำอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกันมาใช้มากขึ้น ชุดทักษะที่จำเป็นก็จะกว้างขึ้น
ช่างเทคนิคระบบอัตโนมัติสมัยใหม่อาจต้องทำงานคร่อมระหว่างวิศวกรรมไฟฟ้า วิศวกรรมระบบควบคุม เทคโนโลยีสารสนเทศ หุ่นยนต์ และการดำเนินงานด้านการผลิตมากขึ้นเรื่อย ๆ
นั่นทำให้การศึกษาสหวิทยาการมีคุณค่าเป็นพิเศษ
หุ่นยนต์ไม่ได้กำจัดตำแหน่งงานโดยอัตโนมัติ
ข้อสังเกตของศาสตราจารย์รอย อัลลาร์ดที่ว่า โดยทั่วไปแล้วหุ่นยนต์เข้ามาแทนที่งานที่น่าเบื่อ อันตราย หรือสกปรก สะท้อนให้เห็นความแตกต่างสำคัญในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม
วัตถุประสงค์หลักของการประยุกต์ใช้หุ่นยนต์จำนวนมากคือการถ่ายโอนงานที่ทำซ้ำ ๆ หรืองานอันตรายจากคนไปยังเครื่องจักร
จากนั้นแรงงานมนุษย์จะหันไปทำกิจกรรมที่ต้องใช้การแก้ไขปัญหา การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ การเขียนโปรแกรม การบำรุงรักษา การควบคุมดูแล และวิจารณญาณทางวิศวกรรม
จากมุมมองของผม คำอธิบายที่แม่นยำกว่าคือไม่ใช่ “หุ่นยนต์เข้ามาแทนที่แรงงาน”
ในทางกลับกัน หุ่นยนต์จะกระจายงานของมนุษย์ไปทั่วทั้งระบบการผลิต
ผลลัพธ์ทางเศรษฐกิจขึ้นอยู่เป็นอย่างมากว่า บริษัทต่าง ๆ จะลงทุนในบุคลากรที่จำเป็นต่อการปฏิบัติการและพัฒนาระบบอัตโนมัติเหล่านั้นหรือไม่
ความท้าทายถัดไปคือการขยายโครงสร้างพื้นฐานด้านการฝึกอบรม
การเติบโตของโครงการสร้างปัญหาที่โครงการด้านเทคนิคซึ่งประสบความสำเร็จจำนวนมากต้องเผชิญในท้ายที่สุด นั่นคือขีดความสามารถ
นักศึกษาที่เพิ่มขึ้นย่อมต้องการผู้สอน อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ สถานีปฏิบัติงาน แพลตฟอร์มหุ่นยนต์ ระบบฝึกอบรมไฟฟ้า และพื้นที่สำหรับโครงงานภาคปฏิบัติมากขึ้น
นี่ไม่ใช่เพียงประเด็นด้านการบริหารการศึกษาเท่านั้น
อุปกรณ์ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมมีข้อจำกัดทางกายภาพ นักศึกษาไม่สามารถเรียนรู้การเริ่มเดินระบบ การเดินสายไฟ การควบคุมหุ่นยนต์ หรือการแก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากเข้าถึงห้องปฏิบัติการได้จำกัดเกินไป
ดังนั้น การเพิ่มจำนวนผู้สำเร็จการศึกษาจึงต้องลงทุนควบคู่กันไปในโครงสร้างพื้นฐานด้านการฝึกอบรม
หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์น่าสนใจ แต่พื้นฐานยังคงสำคัญ
แผนการใช้หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์สี่ขาเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่าการศึกษาด้านหุ่นยนต์อาจกำลังมุ่งหน้าไปในทิศทางใด
แพลตฟอร์มเหล่านี้สามารถแนะนำให้นักศึกษารู้จักการรับรู้ขั้นสูง การเคลื่อนที่ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร การนำทางอัตโนมัติ และการควบคุมหุ่นยนต์
อย่างไรก็ตาม คุณค่าทางการศึกษาไม่ควรเกิดจากความแปลกใหม่ของตัวหุ่นยนต์เอง
นักศึกษายังคงต้องเข้าใจพื้นฐานต่าง ๆ ได้แก่ เซนเซอร์ แอคชูเอเตอร์ ตรรกะควบคุม เครือข่ายการสื่อสาร ฟังก์ชันด้านความปลอดภัย การควบคุมการเคลื่อนที่ การวินิจฉัย และการผสานรวมระบบ
หลักการเหล่านั้นยังคงใช้ได้ แม้รูปแบบทางกายภาพของหุ่นยนต์จะเปลี่ยนไป
ทศวรรษถัดไปจะเป็นเรื่องของการผสานรวม
ทศวรรษแรกของวิทยาลัยเบเกอร์สฟิลด์แสดงให้เห็นว่าการศึกษาด้านระบบอัตโนมัติสามารถสอดคล้องกับความต้องการแรงงานอุตสาหกรรมในภูมิภาคได้อย่างใกล้ชิดเพียงใด
การเติบโตจากผู้สำเร็จการศึกษา 7 คนสู่ชั้นเรียนผู้สำเร็จการศึกษา 34 คนเป็นตัวชี้วัดหนึ่งที่เห็นได้ชัด อีกตัวชี้วัดคืออัตราการได้งาน 98% ที่มีการรายงานไว้
ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น หลักสูตรกำลังก้าวไปสู่รูปแบบที่หุ่นยนต์ ระบบคอมพิวเตอร์วิทัศน์ ระบบควบคุมอุตสาหกรรม การฝึกงาน และความสัมพันธ์กับนายจ้างทำงานร่วมกัน
แนวทางดังกล่าวสอดคล้องกับวิวัฒนาการของระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมเอง
ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบอัตโนมัติรุ่นใหม่จะไม่ทำงานกับเครื่องจักรที่แยกส่วนจากกัน แต่จะทำงานกับระบบที่เชื่อมต่อถึงกัน ซึ่งหุ่นยนต์ PLC ระบบวิชัน เครือข่าย ซอฟต์แวร์ ข้อมูล และผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างต่อเนื่อง
ดังนั้น ความท้าทายที่แท้จริงในช่วงสิบปีข้างหน้าจะไม่ใช่การสอนนักศึกษาให้ควบคุมหุ่นยนต์
วิทยาลัยจะสอนพวกเขาให้ออกแบบเชิงวิศวกรรม ผสานระบบ วินิจฉัย และปรับปรุงระบบการผลิตอัตโนมัติแบบครบวงจรอย่างต่อเนื่อง
