CC BY
39
№ 1/2015
Вестник Таганрогского института управления и экономики
ЛНТУЛЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ В €ФЕРЕ ОБРЛЗОВЛНИЯ
В.Н. Черное
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ВЫЗОВЫ XXI ВЕКА И СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ КАДРОВ
Определены основные образовательные процессы, необходимые для подготовки высококвалифицированных инженерных кадров для эффективного участия в техническом прогрессе. Решения связываются с парадигмой цифровых форматов данных,
универсальных мультимедийных инфокоммуника-ций и опираются на технологию фирмы National-Instruments (NI). Конкретные решения относятся к направлению электроники как одной из революционно развивающихся отраслей промышленности.
Квалификация, инженерное образование, технологическая модернизация, универсальность.
Национальная инженерная академия США опубликовала список четырнадцати величайших инженерных задач XXI века [1], распределенных по четырем разделам: экологическое равновесие,
здравоохранение, сокращение числа угроз и уровень жизни. Заведомо определен инженерный приоритет над политическими или общекультурными решениями.
Исходя из требований экономической целесообразности в числе задач определены способ преобразования солнечного света в энергию и разработка управляемой термоядерной реакции, сокращение выбросов углекислого газа и управление азотным циклом. Кроме того, в списке оказалось обеспечение доступа человечества к чистой пресной воде, восстановление и модернизация городской инфраструктуры, улучшение медицинских препаратов и информатики здравоохранения.
Инженеры и ученые призываются к разгадке принципа работы мозга, борьбе с ядерной угрозой, обеспечению безопасности киберпространства и продолжению развития виртуальной реальности.
Чтобы ответить на эти вызовы, необходимо определить требования и существующие возможности системы высшего образования с целью её технологической модернизации.
Постоянно возрастают требования работодателей к качеству подготовки специалистов (бакалавров, магистров, специалистов). Требования учитывают более десяти направлений науки: физика, оптика, математика, радиотехника, микроэлектроника, моделирование систем, программирование и прикладные пакеты программ, управление в системах, базовые знания. Особый упор делается на универсального специалиста, которого предполагается использовать при создании, производстве и испытании продукции. Специалисты должны обладать глубокими знаниями в следующих областях:
• физика - от распространения радиоволн до стандартов частоты и времени;
• радиотехника - от теории сигналов, цифровой связи и помехозащищенности до построения приемо-передающих устройств;
• микроэлектроника - от теории цепей, схемотехники и преобразователей информации до программируемых логических микросхем (ПЛИС);
• работы с прикладными программами - от двух- и трёхмерных систем проектирования, моделирования и анализа до автоматизации проектирования радиоэлектронных средств;
• базовые знания - от цифровых анализаторов, генераторов и любой аппаратуры до свободного владения английским языком.
И аналогично по всем остальным направлениям науки. Самым сложным на всех этапах обучения специалистов оказалось формирование цифровых представлений от начал программирования до построения цифровых управляющих систем. Обычно это связывается с алгоритмическим описанием процессов. Непременным и обязательным дополнением всех этих знаний является умение получать и экономически обеспечивать инновационные решения на кащдой стадии - от возникновения идеи до получения образца изделия [2].
Процесс принятия решения о подготовке специалистов в настоящий момент пытаются разделить бизнес, производство и наука (высшая школа). Наука и бизнес действуют обособленно и предлагают развивать институты частно-государственного партнерства.
Высокотехнологичные предприятия, подчеркивая свою ответственность за развитие инновационной экономики страны, конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках, предлагают развивать базовые кафедры с целевой подготовкой молодых специалистов и использовать оборудование предприятий для прохождения практик или выполнения лабораторных работ на конкретных рабочих местах. Конечно, при этом учёным университетов предлагается совместить процесс образования с решением актуальных научных задач. Следует понять логику появления тех или иных требований к специалисту, исходя из позиций промышленности.
В настоящее время реализация НИОКР начинается с заявки на проект, в которой определяются цели,
113
№ 1/2015
Вестник Таганрогского института управления и экономики
сроки выполнения, объем и планируемая стоимость. Победитель определяется с учетом компетентности претендента и стоимости. Критерием выбора участника, однако, остается максимальная прибыль [3].
В настоящий момент от претендентов в основном требуется выполнение ОКР и получение опытного образца с нормируемыми характеристиками. Экономические характеристики могут не рассматриваться, более того, обычно не учитываются эксплуатационные характеристики с точки зрения потребителя. Эго означает, что разработчику, чтобы обеспечить проверку эксплуатационных особенностей, необходимы дополнительные затраты, источником которых может быть экономия на этапе ОКР или дополнительный кредит. Также в последнее время приходится анализировать вероятность успеха любого из этапов НИОКР и эксплуатации. Причем увеличение субсидий на разработку далеко не гарантирует повышение вероятности успеха, хотя, с точки зрения экономических моделей, имеется некий максимум для вероятности успеха.
Сложностью реализации подобной технологии выпуска новой продукции (копирование не рассматривается) являются риски, за которые отвечает первичный разработчик или достаточно малый коллектив [4]. Исходя из этого можно определить общие требования к знаниям специалистов, которые смогут ответить на современные вызовы:
1) знать универсальные языки и форматы описания данных и сигналов;
2) знать универсальную цифровую технологию изготовления аппаратуры;
3) владеть программированием и алгоритмическим мышлением на всех стадиях разработки образцов техники;
4) обеспечивать экономическую эффективность разработок;
5) уметь нести ответственность за риски.
Можно ли формализовать инженерный поиск, порядок построения систем или высокотехнологических изделий? И как найти точку отсчета (нулевую точку) и постоянно успевать за научно-техническими решениями и их воплощением?
Неоспоримым является факт взаимного проникновения технических, программных, функциональных, конструктивных и прочих решений в самые различные области техники. Эго возможно на базе цифровых форматов данных и цифровой техники как носителей и средств обработки. Популярность цифровой аппаратуры, конечно, связана с резким и постоянным снижением её стоимости.
Одно из возможных решений может основываться на технологии NI, формирующей новый взгляд и новую философию развития отрасли [5].
Корпорация Nationallnstruments (NI), созданная в 1976 году сотрудниками лаборатории прикладных исследований Техасского университета в Остине (США), сформулировала платформенный принцип подхода к проектированию и построению сложных систем.
Составляющие платформы: интерфейс GPIB,
формат аппаратуры PXI, открытые системы, технология виртуальных приборов, графический язык инженерного программирования LabVIEW. Эго техно-
логия, на основе которой пользователь может создавать свой собственный продукт. Конечным продуктом данной платформы является универсальная элементная база (ПЛИС).
Работая в области контрольно-измерительных и встраиваемых систем, технология NI позволяет предвидеть будущее, предугадывать тенденции развития отрасли. Первичным элементом является LabVIEW как среда программирования для аппаратурной архитектуры PXI. Язык программирования LabVIEW поддерживает время, чем отличается от других языков программирования. Язык LabVIEW уже принято считать языком глобального общения, понятный специалистам различных направлений и стран.
Ещё одна особенность платформы NI заключается в упрощении разработки программ тестирования промышленного оборудования. Эго означает, что удалось формализовать и воплотить некоторые универсальные или базовые представления с осями времени (частоты) и амплитуд. Исходя из этого удается объединить самые разные виды генерации сигналов, обработки или измерений с высокими характеристиками каждого из этапов.
Хочется обратить особое внимание на специфику цифровой аппаратуры, когда даже современные многопроцессорные вычислительные системы используют на аппаратном уровне универсальные и перепрограммируемые ПЛИС.
Кстати, на платформе NI создан детский конструктор робототехнического программирования. Это также позволяет формировать привлекательность инженерного образования начиная с раннего детства.
Имеется несколько доступных и применяющихся в различных университетах технологий обучения [6], которые обеспечивают формирование алгоритмического мышления и обучают цифровым методам моделирования, хотя и не создают замкнутую технологию от формирования идеи до её аппаратного воплощения.
Сложность подготовки специалиста, обладающего в достаточной мере компетенциями от математики до программировании ПЛИС, предлагается решать, используя единую, понятную многим специалистам технологию, которая виртуальна, наглядна и имеет управляемое быстродействие.
ЛИТЕРАТУРА
1. Grand Challengers for Engineering [Электронный ресурс]. URL: http://www.engineeringchallenges.org /8996.aspx (дата обращения: 30.05.2015).
2. Черное В.Н. Базовая технология разработки инноваций в телекоммуникациях // Международная научно-практическая конференция: сб. статей. Уфа: Научный Центр «Аэтерна», 2014.
3. Проскурин В.К. Анализ и финансирование инновационных проектов: учеб.пособие / под ред. И.Я. Лу-касевича. М.: Вузовский учебник : ИНФРА-М, 2011. 112 с.
4. Инновационный тип развития экономики: учебник / под ред. АН. Фоломьева. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Изд-во РАГС, 2008. 711 с.
5. Федосов В.П., Нестеренко А.К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW. М.: ДМК Пресс, 2007. 472 с.
6. Дьяконов В. П. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров. М.: ДМК Пресс, 2013. 975 с.
114
