Mười năm thử nghiệm trong giáo dục tự động hóa công nghiệp
Chương trình Tự động hóa công nghiệp của Bakersfield College đã bước sang năm thứ mười, cho thấy rõ rằng giáo dục tự động hóa công nghiệp đang ngày càng gắn kết chặt chẽ với nhu cầu nhân lực của khu vực.
Chương trình bắt đầu במסגרת chương trình thí điểm ban đầu về bằng cử nhân của các trường cao đẳng cộng đồng California, với mục tiêu thiết thực: phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật và tự động hóa tại địa phương cho các nhà tuyển dụng đang gặp khó khăn trong việc tuyển người đủ năng lực.
Khóa tốt nghiệp đầu tiên của chương trình chỉ có bảy sinh viên. Một thập kỷ sau, chương trình đã có khóa tốt nghiệp kỷ lục gồm 34 sinh viên và báo cáo tỷ lệ có việc làm 98% trong số những sinh viên tốt nghiệp đang tìm việc.
Từ góc độ công nghiệp, quá trình phát triển đó có ý nghĩa lớn hơn chỉ riêng các con số tuyển sinh. Các hệ thống tự động hóa ngày càng trở nên phức tạp, nhưng nguồn nhân lực kỹ thuật viên và kỹ sư am hiểu cả phần cứng điều khiển lẫn quy trình sản xuất không phải lúc nào cũng theo kịp.
Nhu cầu của ngành công nghiệp đã tạo ra chương trình
Sự phát triển ban đầu của chương trình bắt nguồn từ một vấn đề công nghiệp rõ ràng.
Các nhà tuyển dụng địa phương cần những người có khả năng làm việc với các hệ thống tự động hóa, nhưng nguồn nhân lực trong khu vực quá ít. Vì vậy, các công ty phải tuyển dụng bên ngoài Hạt Kern và trong một số trường hợp là bên ngoài Hoa Kỳ.
Tình huống đó cho thấy một đặc điểm quan trọng của việc làm trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp: các công ty không chỉ cần lập trình viên.
Nhân sự tự động hóa hiện đại có thể cần hiểu về PLC, mạng công nghiệp, cảm biến, robot, hệ thống chuyển động, thị giác máy, hệ thống dây điện, khắc phục sự cố và phần mềm sản xuất. Họ cũng cần hiểu cách các công nghệ này tương tác với nhau trong một nhà máy đang vận hành.
Có vẻ như Bakersfield College đã xây dựng chương trình xoay quanh yêu cầu rộng hơn này, thay vì xem tự động hóa là một lĩnh vực lập trình được định nghĩa hẹp.
Phòng thí nghiệm đang trở thành lớp học thực sự
Việc mở rộng phòng thí nghiệm robot đặc biệt quan trọng.
Sinh viên hiện được làm quen với robot công nghiệp, thị giác máy tính, bộ điều khiển tự động hóa và các nền tảng robot mới hơn, bao gồm robot hình người và robot bốn chân.
Môi trường phòng thí nghiệm kiểu này mang lại điều mà hình thức giảng dạy trong lớp học truyền thống khó có thể tái hiện: cơ hội khắc phục sự cố trên các hệ thống vật lý.
Trong một hệ thống tự động hóa thực tế, lỗi hiếm khi xuất hiện dưới dạng một lỗi phần mềm rõ ràng. Kỹ thuật viên có thể cần xác định xem vấn đề bắt nguồn từ cảm biến, kết nối dây dẫn, mô-đun I/O, logic của bộ điều khiển, giao tiếp mạng, định vị cơ khí hay phần mềm ứng dụng.
Quy trình chẩn đoán đó là một trong những kỹ năng giá trị nhất mà chương trình tự động hóa có thể giảng dạy.
Kỹ năng robot đang mở rộng vượt ra ngoài việc lập trình robot
Sinh viên hiện nay đang học cách xây dựng và lập trình robot, nhưng giá trị rộng hơn nằm ở việc hiểu các kiến trúc tự động hóa hoàn chỉnh.
Một robot thường hoạt động như một bộ phận trong một hệ thống lớn hơn. Hiệu suất của robot có thể phụ thuộc vào bộ điều khiển PLC, các mạch an toàn, hệ thống thị giác, Ethernet công nghiệp, cảm biến, bộ truyền động servo, thiết bị đầu cuối cánh tay robot và cơ sở dữ liệu sản xuất.
Do đó, các kỹ sư tự động hóa trong tương lai cần kiến thức ở cấp độ hệ thống thay vì chỉ có các kỹ năng robot riêng lẻ.
Kinh nghiệm của sinh viên Trường Cao đẳng Bakersfield phản ánh xu hướng này. Sinh viên tham gia các hoạt động robot, chương trình thực tập, công việc trong phòng thí nghiệm và tương tác với nhà tuyển dụng, đồng thời phát triển năng lực khắc phục sự cố thực tế.
Thị giác máy tính đang thay đổi vai trò của kỹ thuật viên tự động hóa
Kinh nghiệm của cựu sinh viên Francisco Hernandez là một ví dụ hữu ích khác.
Hiện nay, anh làm việc với một hệ thống thị giác máy tính có khả năng nhận diện lỗi và phân loại nông sản trên dây chuyền sản xuất.
Điều này thể hiện một quá trình chuyển đổi rộng hơn trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Các hệ thống thị giác ngày càng chuyển các nhiệm vụ kiểm tra từ người vận hành sang hoạt động cảm biến và phân loại tự động.
Tuy nhiên, việc triển khai thị giác máy không loại bỏ nhu cầu về nhân sự kỹ thuật.
Vẫn cần có người cấu hình camera, xác thực các tham số phát hiện, khắc phục sự cố liên lạc, bảo trì thiết bị, điều tra các trường hợp phát hiện sai và kết nối kết quả kiểm tra với hệ thống điều khiển sản xuất.
Nói cách khác, tự động hóa thay đổi khối lượng công việc kỹ thuật thay vì đơn giản là loại bỏ nó.
Thực tập tạo mối liên hệ trực tiếp với ngành công nghiệp
Mối quan hệ của chương trình với các nhà tuyển dụng là một yếu tố quan trọng khác đằng sau những kết quả việc làm được báo cáo.
Hội chợ nghề nghiệp thường niên của trường thu hút các công ty từ nhiều khu vực, đồng thời sinh viên có thể tích lũy kinh nghiệm thực tế thông qua các kỳ thực tập và vị trí làm việc tại phòng thí nghiệm.
Mối liên kết với ngành này rút ngắn khoảng cách giữa đào tạo học thuật và yêu cầu sản xuất.
Đối với các nhà tuyển dụng trong lĩnh vực tự động hóa, một ứng viên đã từng làm việc với bộ điều khiển, robot, hệ thống thị giác máy, hệ thống dây điện và khắc phục sự cố sẽ có hồ sơ khác với người chỉ có kinh nghiệm học tập lý thuyết.
Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho các phòng thí nghiệm quốc gia và các tổ chức sản xuất tiên tiến, nơi nhân sự tự động hóa có thể làm việc với robot, các hệ thống kỹ thuật và công nghệ điều khiển chuyên dụng.
Phát triển lực lượng lao động tự động hóa đang trở thành một yêu cầu mang tính hệ thống
Ví dụ ở Bakersfield cũng làm nổi bật một vấn đề công nghiệp lớn hơn.
Tình trạng thiếu hụt nhân lực tự động hóa không thể được giải quyết đơn giản bằng cách mua thêm robot.
Mọi hệ thống sản xuất tự động đều tạo ra nhu cầu về kỹ thuật, chạy thử và đưa vào vận hành, lập trình, bảo trì, chẩn đoán, an ninh mạng, xác nhận an toàn và hỗ trợ trong suốt vòng đời.
Khi các nhà máy đưa vào sử dụng nhiều thiết bị kết nối hơn, bộ kỹ năng cần thiết cũng trở nên rộng hơn.
Một kỹ thuật viên tự động hóa hiện đại ngày càng có thể làm việc ở giao điểm giữa kỹ thuật điện, kỹ thuật điều khiển, công nghệ thông tin, robot học và vận hành sản xuất.
Điều đó khiến giáo dục liên ngành đặc biệt có giá trị.
Robot không tự động loại bỏ việc làm
Nhận xét của Giáo sư Roy Allard rằng robot thường thay thế những công việc buồn tẻ, nguy hiểm hoặc bẩn thỉu phản ánh một sự phân biệt quan trọng trong tự động hóa công nghiệp.
Mục đích chính của nhiều ứng dụng robot là chuyển các nhiệm vụ lặp đi lặp lại hoặc nguy hiểm từ con người sang máy móc.
Sau đó, lực lượng lao động chuyển sang các hoạt động đòi hỏi khắc phục sự cố, tối ưu hóa quy trình, lập trình, bảo trì, giám sát và phán đoán kỹ thuật.
Theo quan điểm của tôi, cách mô tả chính xác hơn không phải là “robot thay thế người lao động”.
Thay vào đó, robot phân bổ lại công việc của con người trong toàn bộ hệ thống sản xuất.
Kết quả kinh tế phụ thuộc rất nhiều vào việc các công ty có đầu tư vào lực lượng lao động cần thiết để vận hành và cải tiến những hệ thống tự động đó hay không.
Thách thức tiếp theo là mở rộng cơ sở hạ tầng đào tạo
Sự phát triển của chương trình tạo ra một vấn đề mà nhiều chương trình kỹ thuật thành công cuối cùng đều phải đối mặt: năng lực đáp ứng.
Nhiều sinh viên hơn đòi hỏi nhiều giảng viên hơn, cùng với thêm thiết bị phòng thí nghiệm, máy trạm, nền tảng robot, hệ thống đào tạo điện và không gian dành cho các dự án thực hành.
Đây không chỉ đơn thuần là vấn đề quản lý giáo dục.
Thiết bị tự động hóa công nghiệp có những giới hạn vật lý. Sinh viên không thể học hiệu quả việc chạy thử và đưa hệ thống vào vận hành, đấu dây, vận hành robot hay khắc phục sự cố nếu quyền tiếp cận phòng thí nghiệm quá hạn chế.
Do đó, việc tăng số lượng sinh viên tốt nghiệp đòi hỏi đầu tư song song vào cơ sở hạ tầng đào tạo.
Robot hình người rất thú vị, nhưng nền tảng vẫn quan trọng
Việc dự kiến sử dụng robot hình người và robot bốn chân cho thấy giáo dục robot có thể đang phát triển theo hướng nào.
Những nền tảng này có thể giúp sinh viên tiếp cận khả năng nhận thức nâng cao, tính cơ động, tương tác người–máy, điều hướng tự động và điều khiển robot.
Tuy nhiên, giá trị giáo dục không nên đến từ tính mới lạ của bản thân robot.
Sinh viên vẫn cần hiểu các nền tảng: cảm biến, cơ cấu chấp hành, logic điều khiển, mạng truyền thông, chức năng an toàn, điều khiển chuyển động, chẩn đoán và tích hợp hệ thống.
Những nguyên tắc đó vẫn được áp dụng ngay cả khi hình dạng vật lý của robot thay đổi.
Thập kỷ tới sẽ xoay quanh sự tích hợp
Thập kỷ đầu tiên của Bakersfield College cho thấy giáo dục tự động hóa có thể gắn kết chặt chẽ với nhu cầu công nghiệp trong khu vực như thế nào.
Mức tăng từ bảy sinh viên tốt nghiệp lên một khóa tốt nghiệp gồm 34 sinh viên là một chỉ dấu có thể đo lường. Tỷ lệ có việc làm 98% được công bố là một chỉ dấu khác.
Quan trọng hơn, chương trình đang hướng tới một mô hình trong đó robot, thị giác máy tính, điều khiển công nghiệp, chương trình thực tập và quan hệ với nhà tuyển dụng cùng hoạt động đồng bộ.
Định hướng đó phù hợp với sự phát triển của ngành tự động hóa công nghiệp.
Thế hệ chuyên gia tự động hóa tiếp theo sẽ không làm việc với những cỗ máy đơn lẻ. Họ sẽ làm việc với các hệ thống liên kết, trong đó robot, PLC, thị giác máy, mạng, phần mềm, dữ liệu và người vận hành tương tác liên tục.
Vì vậy, thách thức thực sự trong mười năm tới sẽ không phải là dạy sinh viên cách vận hành robot.
Trường sẽ dạy họ cách thiết kế, tích hợp, chẩn đoán và không ngừng cải tiến các hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh.
