Informatika a felsőoktatásban 2008 Debrecen, augusztus

Átírás

1 AZ ÖSSZETETT MŰSZAKI RENDSZEREK TERVEZÉSÉNEK ÉS IRÁNYÍTÁSÁNAK SZAKTERÜLETE A MÉRNÖKKÉPZÉSBEN THE FIELD OF DESIGN AND CONTROL OF COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS IN ENGINEERING COURSES Erdélyi Ferenc, Tóth Tibor Miskolci Egyetem, Alkalmazott Informatikai Tanszék Összefoglaló A műszaki-gazdasági gyakorlatban növekszik a komplex rendszerek száma és jelentősége. A hozzájuk kapcsolódó társadalmi igényt a felsőoktatásnak is ki kell elégítenie. A többfokozatú képzés struktúrája erre valószínűleg nagyobb lehetőséget ad. A rendszermérnöki (Systems Engineering) szak megjelent a világ vezető műszaki egyetemeinek szakosodási kínálatában. Kifejezetten interdiszciplináris szakról van szó, amelyben azonban elsősorban a műszaki- informatikai és nem a menedzsment ismeretek dominálnak. Az ME Alkalmazott Informatikai Tanszéke több éve kísérletezik ilyen szakképzéssel, Termelésinformatikai szak néven. Abstract The number and significance of complex systems is increasing in technical and economic practice. The social demand connecting with them has also to be fulfilled by higher education. The structure of multi-layer education (BSc/MSc/PhD) gives, probably, a greater possibility to that. The field of study named Systems Engineering has appeared in the offer of leading technical universities of the world. In this case we are talking about an interdisciplinary field of study explicitly, in which, however, the technical (technology-based) and IT-based knowledge are dominant and not management knowledge. Department of Information Engineering of the University of Miskolc has experimented with such special courses under the collective noun of Production Information Engineering for years. 1

2 1. Bevezetés Az utóbbi 50 évben az iparilag fejlett régiókban a gazdasági-technikai fejlődés egyik jellemző vonása, hogy rohamosan növekszik az egyre bonyolultabb és összetettebb (komplexebb) műszaki rendszerek létrehozása és működtetése iránti igény. A komplexitás nemcsak a fizikailag is nagyméretű műszaki rendszerek (például automatizált gyártó-szerelő sorok, logisztikai rendszerek, erőművek és energetikai rendszerek, olaj- vagy gázkitermelő és disztribúciós rendszerek, mobil szolgáltató rendszerek, stb.) tulajdonsága, de a növekvő komplexitás jellemzi a viszonylag kisméretű műszaki berendezéseket, rendszereket is (például intelligens szenzorok, mikroprocesszorok, merevlemezes információtárolók, laptop számítógépek, orvosi műszerek, digitális kamerák, stb.). A komplexitás fontosságának felismerése a tudományokban a modellek mind szélesebb körű alkalmazásával egyidejű. A komplexitás leírása, a problémák megoldhatósági határainak körvonalazása a matematikában, a fizikában, valamint a gazdaság- és társadalomtudományokban egyaránt sok erőfeszítést igényelt. A komplexitás - mint rendszertulajdonság - egyébként önmagában is bonyolult, nehezen definiálható fogalom, amelynek több aspektusa is létezik, és ami összefügghet - egyebek között - a rendszerkomponensek vagy -paraméterek nagy számával, a lehetséges rendszerállapotok kombinatorikus robbanásával, a rendszerelemek kapcsolatának (kölcsönhatásainak) bonyolultságával vagy határozatlanságával, de legfőképpen a funkcionális bonyolultsággal. Ebben az értelemben a természeti objektumok, rendszerek (beleértve a biológiai, sőt a társadalmi rendszereket is) valójában mindig is bonyolultak voltak. A XX. század tudományában az újdonságot a komplexitás jelentőségének széleskörű felismerése, a műszaki tudományokban - valamint a tőlük elválaszthatatlan technikában, és technológiában - pedig a tudatos tervezhetőség és a praktikus kezelhetőség megvalósítása jelentette. 2. Műszaki rendszerek A műszaki tudományok a mesterséges, ember alkotta világ (a tágan értelmezett technológia, technika) objektumainak tervezésével, működtetésével, analízisével és irányításával foglalkozik. A XX. század második felétől egyrészt a tervezés, a szintézis új módszerei és eszközei, másrészt az analízis, a modellezés és a szimuláció számítógéppel támogatott módszereinek eredményei tették lehetővé az egyre komplexebb műszaki rendszerek absztrakt tulajdonságainak megismerését, viselkedésük általános törvényeinek eredményes kutatását és fejlesztését. A komplex műszaki rendszerek létrehozása főként az információs technológia gyors fejlődése, és az információs hálózatok kifejlesztése és alkalmazásba vétele révén gyorsult fel. Az informatikai jelátvitel és az erre alapozott adat-tranzakciók egy nagyobb rendszer komponensei között, a funkciók, a kölcsönhatások, a megfigyelhetőség és az irányíthatóság új dimenzióit nyitotta meg. Ez tette lehetővé, hogy a műszaki rendszerek elemeinek, komponenseinek belső kapcsolatai minőségileg megváltozzanak, megteremtve az alapot új tudományterületek, például a mechatronika megjelenéséhez. Nyilvánvaló, hogy az ilyen, kommunikációs csatornákat és elosztott számítási kapacitásokat is tartalmazó műszaki berendezések, rendszerek tervezése, létrehozása, használata, irányítása, karbantartása, lebontása, újra hasznosítása sok tekintetben új szemléletet és megközelítést, új módszereket, és eszközöket igényel. 2

3 A funkcionális összetettség növekedése a mérnöki tudással szemben is új követelményeket helyezett előtérbe. Ennek fő jellemzői a következők: - Átfogó (aggregált) és strukturált szemléletmód - Absztrakt (formális) modellező képesség - Objektum-orientált módszerek ismerete - Interdiszciplináris megközelítés - A komplexitás kezelésének képessége - Informatikai eszközök és módszerek ismerete - A kompatibilitás és az inter-operabilitás követelményeinek kezelése - stb. Korábban mind a műszaki termékek, mind a technológiák tervezése és üzemeltetése elsősorban a részletekben jártas specialistákat igényelt nagyobb számban. A komplex rendszerek létrehozása és irányítása kisebb számú, de nagy tapasztalatú vezetők és szakértők vadászterülete volt. Ez az igény hatott a felsőoktatásra és az egyetemi hallgatók szakosodását, ágazatosodását eredményezte, amit később szakmérnöki szakok erősítettek tovább. A komplex rendszerek növekvő száma azonban bizonyos értelemben új helyzetet teremtett. A komplex rendszerek tervezése területén nagyjából magmaradt az architektúra komponensek szaktudás iránti igény korábban kialakult, nagyjában 1/10 aránya. A rendszerek működtetése és irányítása területén azonban ez az arány jelentősen megváltozott. Ez azt jelenti, hogy a komplex rendszerek működtetéséhez a korábbiaknál nagyobb (és még ma is növekvő) arányban van szükség átfogó szemléletű, a rendszertulajdonságokat strukturálisan is ismerő és kezelni tudó műszakiakra. Az 1980-as években az Egyesült Államok kormányának megbízásából nagy hatású tanulmány készült a Programmable Automation jelentőségéről [1]. Ez a tanulmány a programozható automatizálás (azaz a számítógéppel támogatott gyártás, (Computer Aided Manufacturing) átütő jellegű hatását prognosztizálta a feldolgozóiparban, ami teljes egészében helyesnek bizonyult. Túlságosan optimistának bizonyult azonban az embernélküli gyár ( unmanned factory) víziója. A valóságban a komplex termelési rendszerek nem kevesebb, hanem több magasan képzett irányító mérnököt igényelnek. A praktizáló mérnökök mindennapi feladatainak, kompetenciáinak elemzése azt mutatja, hogy növekvőben van a rendszerek konfigurálásával, üzemeltetésével és irányításával foglalkozó műszakiak aránya [4]. Egyre fontosabbnak látszik az ipari és a társadalmi intézmények, vállalatok, kutatóhelyek és szolgáltató szervezetek azon igényeinek kielégítése, hogy a rendszer-működés és -irányítás, valamint az ezzel szorosan összefüggő informatikai ismeretek tananyagai nagyobb területet kapjanak a mérnökképzésben. Ezt az igényt fejezi ki például- a rendszertervezés, a számítógépes tervezés, a számítógéppel integrált gyártás, a logisztikai és szolgáltató rendszerek, a virtuális és kiterjesztett vállalatok, a beszállítói rendszerek, az információs hálózatok stb. területéről megjelenő növekvő mérnök-igény az álláshirdetésekben. 3. Kihívások a mérnökképzés számára A felsőfokú műszaki képzés évtizedek óta a szükségesnek ítélt mérnöki ismeretek rendkívül gyors mennyiségi növekedésének problémájával küzd. A technológia gyors fejlődése a mérnök tudásával szemben támasztott igényeket állandóan változtatja, és többnyire növeli. Ez konfliktusba kerül az egyetemi tananyagok akadémiai stabilitásával, a 3

4 hallgatók kapacitásával, és a véges képzési idővel. Ez a probléma nemcsak a szakismereteket, hanem a műszaki alapozást, sőt a természettudományos alapokat is érinti [7]. A hagyományos mérnöki, oktatási struktúra a természettudományos alap, az alapozó (alapozást bővítő) és a szakismereti tárgyak egymásra épülő piramisára támaszkodott. Az alaptárgyak célja a természet- és társadalom-tudományos alapok lerakása, az alapozást szélesítők célja a műszaki alkalmazások elméleti alapjainak és módszereinek elsajátítása, végül a szakismereti tárgyak célja egy speciális, szűkebb szakterületen a részletek megismerése és az alkalmazás begyakorlása volt. A tananyagok ismétlődő újratervezése intézményes reformokban, a szakok és ágazatok burjánzásában valósult meg. Az angolszász egyetemi gyakorlat a kivezető utat a több fokozatú lineáris képzésben vélte megtalálni és ennek hatékonyságáról győzte meg a világot (lásd: bolognai folyamat az EU-ban). A fő cél, a mennyiségi igények kielégítésével egyidejűleg, az igényekhez való rugalmasabb és megfelelő minőségű alkalmazkodás volt. A több fokozatú, lineáris (BSc / MSc / PhD) képzési rendszerben a hagyományos, piramis jellegű tantárgyi struktúra eredeti formájában nem, vagy csak nehezen alkalmazható. Lehetségessé és egyben szükségessé válik az alap-, alapozó- és szakirányú tantárgyi struktúrák újrafogalmazása. A természettudományok területén nehéz, de megoldandó feladat a matematikai és fizikai alapok több szintre bontása. A nemzetközi tapasztalatok e tekintetben még nagyon különbözőek. A megoldás - úgy tűnik - a BSc képzés elágazó (szakdolgozati vagy akadémiai ágon való) befejezésével, 4 évesre emelkedésével, vagy legalább egy 8. fakultatív, elméleti alapozó félév beiktatásával fog kialakulni. A magyar MSc képzésnek még nincs meg az ehhez szükséges, összegyűlt tapasztalata. Az MSc képzésben felvételre készülő hallgatók számára a szakdolgozatos, gyakorlat-orientált BSc zárásnak kisebb a jelentősége, hiszen ők később úgyis fognak diplomatervet készíteni. Egy, a 8. félévre koncentrált elméleti alapozás ugyanakkor a mesterképzés színvonalát jelentősen emelhetné (1. ábra). Szakmérnök PhD Szakismeretek Rendszerek és folyamatok Műszaki tudományos alapozás Terméktervezés Technológia Tudományos alapismeretek Matematika Alkalmazott fizika Hagyományos struktúra Specialista Mesterfokú szakismeretek Mesterfokú alapozás Elméleti alapozás Mesterfokozat Alapfokú szakismeretek előkészítése Műszaki alapozás Tudományos alapismeretek Több fokozatú struktúra PhD kimenet képzési blokkok 1. ábra. A mérnökképzés hagyományos és több fokozatú struktúrája A többfokozatú képzés struktúrája kétségtelenül bonyolultabb. A tárgyak és ismeretek egymásra épülése sokkal nehezebben biztosítható. Ugyanakkor a képzés hatékonysága, flexibilitása lényegesen magasabb. 4

5 A szakok és szakirányok számát az új képzésben általában csökkentették. Ezt a tagoltabb struktúra is nélkülözhetetlenné tette. A kérdés most az, hogy lehetséges-e a növekvő fontosságú rendszermérnöki ismeretek megjelenése a többfokozatú képzésben és ha igen, minek a rovására? A magasabb minőségi igényű tervező, fejlesztő, és kutató mérnöki igényt az MSc (és a PhD) képzésnek kell kielégíteni. A rendszermérnöki ismeretek társadalmi, tudás-piaci igénye azonban olyan erős, hogy azt mindenképpen ki kell elégíteni. Kétségtelen, hogy ehhez ismét egy kisebb paradigma-váltás szükséges, de erre Magyarországon a BSc-MSc tantervek esedékes újratervezése jó lehetőséget ad. Milyen érvek szólnak a fentiek mellett? - A gazdaságban folyamatosan növekszik a komplex műszaki rendszerek száma. - Az információs- és kommunikációs technológia mai eszközrendszere lehetővé és egyben szükségessé teszi a rendszertervezés és rendszerirányítás teljeskörű innovációját. - A fenntartható fejlődés és globális versenykörnyezet szükségessé teszi a komplex rendszerek növekvő számú alkalmazását, a rendszerirányítás fejlesztését. - Rendszerelméleti alapokra építve, a konstrukciós és a technológiai folyamatokra vonatkozó ismeretek csökkentésével felépíthető és elsajátítható egy átfogóbb, rendszermérnöki ismeretanyag. - Az iparban és a gazdaságban jelentős igény van a rendszermérnöki tudásra. - A modern matematikai és számítógépes modellezés megfelelő elméleti és gyakorlati hátteret biztosít a rendszerek dinamikájának analíziséhez és szintéziséhez. - A világ több mint 60 tekintélyes műszaki egyetemi kara már programjába iktatta a Systems Engineering szakirány bevezetését. 4. Rendszermérnöki ismeretek (Systems Engineering) A rendszermérnöki ismeretek kialakulása objektív folyamatok eredménye. E folyamatok hátterében a komplex és irányítható műszaki nagyrendszerek emelkedő száma és azok bonyolultságának növekedése világosan felismerhető a gazdasági (és szélesebben a társadalmi) gyakorlatban [2]. Ez a szaktudományi terület összefoglalja mindazokat az ismereteket, amelyek az összetett és számítógépes komponenseket (gyakran számítógépes hálózatot) tartalmazó műszaki rendszerek tervezésére, megvalósítására és működtetésére (alkalmazására) irányulnak. A rendszermérnöki ismeretek tartalmi struktúrája a következő forrásokra támaszkodik [11]: - Rendszerek típusai, és ezek leírása, specifikációja, műszaki kommunikáció; - Rendszerek referencia architektúrái; - Rendszerelmélet és rendszermodellezés; - Formális módszerek, univerzális modellező eszközök (UML); - Rendszerek dinamikája, viselkedése, állapotának minősítése; - Rendszerek szimulációja. Diszkrét esemény (DES) alapú szimuláció; - Diszkrét matematika, gráfelmélet, hálózat elmélet; - Operációkutatás, döntéselmélet; - Rendszerek optimalizálása; - Rendszerek és folyamatok tervezési elvei és módszerei; 5

6 - Projekt-szemléletű tervezés és irányítás; - Rendszerek szervezése, irányítása és menedzsmentje; - Informatikai infrastruktúrák felépítése; - A számítógépes tervezés módszerei és eszközei; - Számítógépes irányítás, kommunikáció, integráció; - Osztott alkalmazási rendszerek és architektúrák; - Adatmodellezés, adatbázisok és adatbányászat; - Mesterséges intelligencia módszerek; - Bizonytalanság-kezelés, ember-gép együttműködés, vizualizáció. A mérnökképzésben a rendszer-orientált, integrált és interdiszciplináris szakirányok iránt növekvő ipari igény először az 1980-as években jelentkezett erőteljesen. A megoldások közül kiemelkedik az angolszász irodalomban Industrial Engineering gyűjtőnévvel jellemzett mérnöki szak, amelynek ismeretanyaga ipari rendszerek tervezésére, működtetésére és vezetésére irányul és már meghonosodott az angolszász és a német mérnökképzésben. Az MSc fokozatban ezeken a szakokon az operációkutatás és a matematikai programozás módszerei, a rendszerelmélet- és technika, az irányításelmélet- és technika, valamint a menedzsment ismeretek súlya olyan jelentős lett, hogy a szak neve számos egyetemen Industrial Engineering and Operations Research a mai napig. A Systems Engineering (és újabban az Enterprise Engineering ) szak ennél fiatalabb, és csak az utóbbi 10 évben kapott nagyobb hangsúlyt. Az Egyesült Államokban, az EU-ban és Japánban számos nagy műszaki egyetem újította és erősítette meg a Systems Engineering képzés kereteit és tartalmát. Magyarországon sem az Industrial Engineering, sem a Systems Engineering képzési irány nem igazán hagyományos, bár számos csírája mindhárom nagy műszaki egyetemünkön (BME, ME, VE) megtalálható. A villamosmérnöki és a műszakiinformatikus képzésben számos rendszer-alapú diszciplína már régóta jelen van. A rendszerek modellezése, az operációkutatás, projekt szemléletű tervezés és -irányítás, rendszerek és folyamatok tervezési elvei, modelljei és módszerei, rendszerek szervezése, diszkrét esemény alapú (DES) szimuláció, számítógépes hálózatok, számítógéppel integrált gyártás (CIM), virtuális vállalatok (VE), döntés-analízis és -támogatás, minőségbiztosítás, környezetvédelem, kooperatív (beszállító, SC) rendszerek, logisztikai rendszerek jelentik a legismertebb rendszerszemléletű ismeretanyagokat. A gépészmérnöki képzésben a termelési rendszerek, a logisztikai rendszerek, az energetikai rendszerek és a közlekedési rendszerek jó példái a rendszerszemléletű mérnöki alkalmazási területeknek. 5. Ipari rendszermérnöki szakok az USA-ban A Systems Engineering (Enterprise Engineering, Industrial Engineering ) az utóbbi 20 évben egyre nagyobb hangsúlyt kapott az Egyesült Államok műszaki felsőoktatásában. Számos nagy műszaki egyetem újította és erősítette meg a Systems Engineering képzés kereteit és tartalmát. A komplex termelési és szolgáltatási rendszerek irányítása sajátos műszaki-gazdasági feladat. Részben az e téren jelentkező humánerőforrás-igények kielégítésére jött létre az MBA (Master of Business Engineering) egyetemi kurzus is az USAban és terjedt el világszerte. Az MBA elsősorban a műszaki és a menedzsment tudományok ötvözésére törekedett és számos esetben vezetőképző szakként funkcionált. Számos, a komplex rendszerekkel kapcsolatos probléma azonban ezzel korántsem oldódott meg. 6

7 Kétségtelen, hogy a menedzselési funkciók kezelése elengedhetetlen a komplex rendszerek napi irányításához. Valakinek azonban a komplex rendszer műszaki problémáihoz is értenie kell! Tanulságos a MIT új SDM (System Design and Management) kurzusának vizióját szemügyre venni [6]. MIT SDM s mission: To educate future technical leaders in architecting, engineering, and designing complex products and systems, preparing them for careers as the technically grounded senior managers of their enterprises." A MIT koncepció: a jövő műszaki vezetőinek képzése, komplex termékek és rendszerek architektúrája, tervezése, működtetése területén, azzal a céllal, hogy karrierjük során cégük tapasztalt műszaki vezetőivé váljanak. Látható, hogy a MIT ennél a kurzusnál a vezető-képzésre koncentrál, de az is nyilvánvaló, hogy a rendszermérnöki ismereteket ezen a területen alapvetőnek tartja. A Cornell University új Operation Research and Information Engineering kurzusa a termelő és szolgáltató amerikai cégek igényeire koncentrál [3]. Systems Engineering is an interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems. It focuses on defining customer needs and required functionality early in the development cycle, documenting requirements, then proceeding with design synthesis and system validation while considering the complete problem: Szerintük a rendszermérnöki tudás interdiszciplináris, és célja műszaki rendszerek sikeres megvalósítása. A rendszermérnöki tudás fókuszában a piaci igények ismerete, a funkcionalitás követelményei, a fejlesztési (innovációs) technika és a teljes probléma megoldás áll a tervezéstől a megvalósításig. A koncepció láthatóan két oszlopra támaszkodik. Az egyik a rendszermodellezés (ez áll az OR hátterében), a másik az informatika, amely tetszőleges műszaki rendszer belső strukturális és integrációs eszköze. A University of Missouri-Rolla Systems Engineering kurzusa így fogalmaz [10]: The program is designed to provide graduate engineers and engineering managers with the advanced knowledge and skills necessary for the conception and implementation of complex systems. The emphasis is on the processes by which complex systems are conceived, planned, designed, built, tested and certified. A hangsúlyt ez a kurzus a komplex rendszer folyamataira helyezi, azok kifejlesztésre, megtervezésére, megépítésére, és minősítésére. A rendszermérnöki kurzus feldolgozóipari folyamat szemléletű alapjai a következők: Innovációs technikák, Vállalat-gazdaságtan, Operációkutatás, Rendszerelmélet, Rendszer-architektúrák, Gyártórendszerek, Logisztikai rendszerek, Irányító rendszerek, Integrált vállalatirányítási rendszerek, Projekt menedzsment. 6. A termelési és logisztikai rendszerek néhány sajátossága Az ipari komplex rendszerek között a legkorábban a feldolgozó ipari termelő rendszerek jöttek létre. A tömeggyártás (mass production) a mult század közepére már komplex, nagy rendszereket hozott létre az autóiparban, de más területeken is. Az amerikai Detroit-környéki autógyárak az aggergált és automatizált gyártósorok, valamint a szerelő futószalagok 7

8 megalkotásával (Ford) már az 1930-as években vezető szerepet értek el. A II. világháború után a számjegyvezérlés (NC, Numerical Control) tette lehetővé a rugalmas gyártórendszerek létrejöttét. A robottechnika és a számítógépes gyártásirányítás a 60-as évek közepétől komplex gyártórendszereket hozott létre, amelyeknek integrációs eszköze az ipari számítógépes hálózat volt. A műszaki tervezés (termék és technológia) számítógépes támogatása párhuzamosan fejlődött (CAD, CAPP, CAQ, PDM, PLM eszközök). A tervezés és végrehajtás szoros kapcsolatának igénye a CAE/CAM integrációt, majd a CIM koncepciót hozta létre. Az as években ennek fő kezdeményezői az amerikai és japán nagyvállalatok voltak (General Motors, MAP és MMS initiative). A komplex alkalmazási rendszerek létrehozásának harmadik lépése az üzemi, a tervezési és az üzleti folyamatok integrációja volt (kezdeményező: IBM). A vállalatirányítás integrált számítógépes megoldásai a vállalati hálózatokkal komplett megoldást tettek lehetővé (2. ábra). (COPICS, ERP, SAP, MIS, EAI rendszerek). A századforduló után ez az integráció a vállalatközi kooperáció, a beszállító rendszerek, a logisztikai elosztó rendszerek, az elektronikus üzleti folyamatok és a virtuális vállalatok (VE) koncepciója irányába fejlődött [11]. A globális világpiacon versenyképes nagy cégek komplex számítógépes alkalmazási rendszerei hatalmas rendszermérnöki munkaerő-igénnyel léptek fel. A többszintű termelésirányítási rendszerben: automatizált gép gyártócella gyártórendszer gyártásirányító (végrehajtó) rendszer termeléstervező és irányító rendszer (Machine-Cell- Manufacturing System-MES-PPC) szintek jöttek létre, amelyek mérnöki munkahelyek ezreit generálták. Ezek megfelelő szintű betöltése olyan interdiszciplináris szaktudást igényelt, amelyben a logisztika, a termelési rendszerek és folyamatok, az informatika és a menedzsment ismeretek egyaránt fontos szerepet kapnak [9]. Menedzsment Információs Rendszer MIS Termék Tervezés CAD Minőség Biztosítás CAQA Minőség Ellenőrzés SPC Pénzügyi komponensek Technológia Tervezés CAPP Felügyelet és Adatgyüjtés SCADA Programozható Rendszerek PLC ROC Marketing komponensek NC Programozás Program Ellátás DNC Szerszám Menedzsment TMS CNC Termelési Beszállítás Vevő Kapcsolatok komponensek Menedzsment Menedzsment SCM CRM Termelési Főterv Kapacitás Tervezés Termék Projekt Anyag Életciklus PLM Követelmények Menedzsment Menedzsment Tervezése MRP Közép-távú Ütemezés SFC Részletes Ütemezés Termelés Termelés Irányítás PAC Cella Irányítás Gépsor Irányítás CC Termelés Követés PDA Rugalmas Gyártórendszer FMS ERP CAE MES MA 2. ábra. Modern, feldolgozóipari számítógépes alkalmazási rendszer struktúrája 7. A Miskolci Egyetem termelés-informatikai szakiránya. A Miskolci Egyetem alkalmazott Informatikai Tanszékén évek óta foglalkozunk az Industrial Engineering és a Systems Engineering diszciplínákhoz illeszkedő, 8

9 termelésinformatikai (Production Information Engineering) szakterület bevezetésével. Az modellek és a módszerek itt a termelési és logisztikai rendszerekhez kapcsolódnak. Mivel műszaki informatikai szakirányáról van szó, a matematikai és az informatikai alapozás biztosítva van. A hangsúly ennek a szaknak a tantervi szemléletében nem elsősorban a gazdasági folyamatokra, hanem a műszaki folyamatokra helyeződik. Ennek megfelelően a fő tárgyak: Termelési rendszerek és folyamatok, Termelési rendszerek modellezése, Logisztikai rendszerek, Számítógépes termeléstervezés és gyártásirányítás, Integrált számítógépes alkalmazási rendszerek, stb.[8]. A szemléleti különbséget jól érzékelteti e rendszerek teljesítményének mérése (Performance measure), amely a fizikai és a költség típusú mutatók jelentőségét egyenrangúan kezeli. Ezt a szemléletet a Hatvany József Informatikai Tudományok Doktori Iskola tevékenységében is érvényesítettük [9]. Az elmúlt években a következő tárgyak kerültek kidolgozásra és előadásra: - Termelési rendszerek és folyamatok - Operációkutatás és matematikai programozás - Termelési folyamatok modellezése - Adatbázisok, adatkezelés, adatbányászat - Mesterséges intelligencia alapjai - Logisztikai rendszerek - Számítógépes termelésirányítás (ERP, CAPC) - Számítógépes gyártásirányítás (MA, MES, SCM) - Számítógépes minőségbiztosítás (CAQA) - Számítógéppel integrált gyártás (CIM, EAI, SOA) - Számítógéppel integrált logisztika (CRM, SCM, TA) - Virtuális vállalatok (e-business). Korábban már több mint 30 hallgató végzett e szakon és legújabban a szakirány MSc akkreditációja is sikeres volt. 8. A GEM projekt Érdemes megemlíteni hogy a rendszermérnöki tudás iránti növekvő igény az EU államaiban is megjelent. Az EU 5. fejlesztési keretprogramja keretében Global Education in Manufacturing, GEM címmel számos országot átfogó projekt indult [5]. A projekt felmérte az európai műszaki felsőoktatásban a szakok jellegzetes típusait és összevetette azt az ipari igényekkel. A munka során számos részletes elemző tanulmány született. A világ műszaki egyetemeinek 527 tantárgyát vizsgálták és 7 új tantárgy-csoportra tettek javaslatot, amelyet egy 511 iparvállalattól kapott véleménnyel teszteltek. A 7 legfontosabb és legkorszerűbb tantárgycsoport a GEM projekt szerint a következő táblázatban látható. Meg kell jegyezni, hogy az eredmény jelentős kompromisszumokat tükröz és nem tekinthető minden tekintetben kiforrottnak. Érdekes, hogy a rendszermérnöki és az informatikai szemlélet mellett jelentős hangsúlyt kaptak termelésfilozófiai, vagy paradigma orientált kérdések. (1. táblázat) Ilyenek az intelligens folyamatok, a fenntartható fejlődés a termék életciklus és újrahasznosítás, a verseny szemléletű termelési stratégia és a kiterjesztett szemléletű terméktervezés. 1. táblázat. GEM tantárgyi csoportok 9

10 GEM courses GEM tárgyak 1 Development of Extended Products Korszerű (kiterjesztett) termékfejlesztés 2 Digital Business Along the Supply Chain Digitális vállalatirányítás beszállító rendszerrel 3 End of Life Planning and Operation Termék életciklus tervezés és menedzselés 4 Business Operations and Competitive Strategy Vállalatirányítás, versenyképes stratégiával 5 Intelligent Manufacturing Processes Intelligens gyártási folyamatok 6 Intelligent Manufacturing Systems Design Intelligens gyártórendszerek tervezése 7 Enterprise and Product Modelling and Simulation Vállalat és termék modellezés, szimuláció A javasolt tárgyakon erősen látszik az ipari gyakorlat aktuális igénye. A tantárgycsoportok között a digitális vállalat, üzlet és kooperáció, az intelligens gyártási folyamatok, az intelligens gyártórendszerek tervezése valamint a vállalat- és termék-modellezés csoport kifejezetten rendszermérnöki szemléletű. 9. Néhány következtetés Az elmúlt 20 évben a számítógépes rendszerek és az alkalmazott informatikai szoftverek fejlődése lehetővé tette a termelési rendszerek és folyamatok komplexitásának jelentős növekedését. Az informatikai eszközök a kommunikációs eszközökkel egybeforrva a gazdasági és társadalmi termelő és szolgáltató rendszerek egész sorát alakítják át. Az információs társadalom szlogen valósággá válik. Az ember által létrehozott új komplex rendszerekben azonban az emberi munkaerő, a szakértelem, az ember-gép együttműködés, a vártnál vagy előre láthatónál is fontosabbá válik. A komplexitás és a belső folyamatok elkerülhetetlen nemlinearitása az emberi szakértő ellenőrző szerepét felértékeli. A biztonsági kockázatok növekedése is a rendszermérnöki szakértelem növelése irányában ösztönöz. A rendszerek (és hálózatok) absztrakt tulajdonságainak, belső törvényeinek egyre szélesebb köre a kutatások révén tudássá változott. Ezt a tudást át kell örökíteni a műszaki felsőoktatásban, hogy a holnap mérnökei a társadalmi igényeknek és kihívásoknak meg tudjanak felelni. Irodalom [1] Andelin R. (ed.) (1984) Computerized Manufacturing Automation: Employment, Education, and the Workplace. Washington DC, US Congress, OTA-CIT-235. [2] Askin, R. G., Standridge C. R. (1993) Modeling and Analysis of Manufacturing Systems. J.Wiley Inc. New York. [3] Cornell University, School of Operation Research and Information Engineering. [4] Gardiner K. M. (2003) Future Directions for Manufacturing. SME ECR 3. Annual Conference, pp [5] GEM Global Education in Manufacturing. [6] MIT, Center for Engineering Systems Fundamentals. 10

11 [7] O Sullivan D., Precup L.E., Duffy P, van Dongen S., Guochao X. (2003) Survey of Existing Manufacturing Engineering Curricula. [8] Tóth, T., Erdélyi, F. (2006) Systems Engineering: A New Approach to Complex ITbased Technological Systems in Engineering Education, Journal of Universal Computer Science V.12. Issue 9. pp [9] Tóth, T., Kulcsár, Gy, Erdélyi, F (2008) Decision Supporting of Production Planning and Control by means of Key Production Performance Measuring Indicators, Seventh International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering, TMCE 2008, April 21 25, 2008, Izmir, Turkey, pp [10] University of Missouri-Rolla. Engineering Management and Systems Engineering. [11] Vernadat, F. B., Ladet, P. (1994) Integrated Manufacturing Systems Engineering. Chapman and Hall, London. ISBN [12] Vernadat, F. B. (1996) Enterprise Modeling and Integration. Chapman and Hall, London. 11