CC BY
143
УДК378.147: 004.9
Л. Ю. Кошкина, С. А. Понкратова
СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В КУРСЕ
«ИНЖИНИРИНГ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ»
Ключевые слова: информационные технологии, магистерская программа 19.04.01 «Биотехнология», курс «Инжиниринг
биотехнологических процессов и систем».
В статье рассматриваются современные информационные технологии, включенные в курс «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем» для подготовки магистров по направлению подготовки 19.04.01 Биотехнология по профилю подготовки «Экобиотехнология», «Технология, оборудование и автоматизация биотехнологических производств», «Энергосберегающие технологии производства топлива из возобновляемого сырья», «Биополимеры и перспективные материалы на их основе», «Управление институтами устойчивого развития и внедрения энерго-ресурсосберегающих технологий» с учетом формируемых компетенций.
Keywords: information technologies, magistr program "Biotechnology", subject matter "Engineering of biotechnological processes
and systems".
In article the modern information technologies included in the course "Engineering of Biotechnological Processes and Systems" for training of magisters in the direction of preparation 19.04.01 Biotechnology are considered.
Для подготовки конкурентоспособного выпускника, который бы располагал отличительными навыками и умениями на рынке труда необходимо становление профессиональных способностей в совокупности с высокой эффективностью применения современных информационных технологий.
Главными преимуществами современных информационных технологий можно считать наглядность, возможность использования комбинированных форм представления
информации, обработка и хранение больших объемов информации, доступ к мировым информационным ресурсам.
Применение информационных технологий при подготовке магистров имеет большое значение для повышения качества образования, так как позволяет расширить компетентность студентов при работе с современным оборудованием и новейшими технологиями.
В ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» ведётся подготовка магистров по направлению подготовки 19.04.01 Биотехнология, в учебный план которого включен курс «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем».
Инжиниринг биотехнологических процессов и систем - это совокупность интеллектуальных видов деятельности, имеющей своей конечной целью получение наилучших (оптимальных) результатов от капиталовложений или иных затрат, связанных с реализацией проектов биотехнологической направленности за счет наиболее рационального подбора и эффективного использования материальных, трудовых, технологических и финансовых ресурсов в их единстве и взаимосвязи; а также методов организации и управления, на основе передовых научно-технических достижений, с учетом конкретных условий и проектов.
Инжиниринг — это совокупность проектных и практических работ, относящихся к области
инженерно-технической науки. Комплексный инжиниринг в широком смысле слова включает: консультационный инжиниринг, связанный, главным образом, с интеллектуальным вкладом, предоставление услуг в целях проектирования объектов, разработки планов строительства и проектирования, мониторинга работ; а также технологический инжиниринг, состоящий в предоставлении заказчику технологий.
Знания, полученные при изучении дисциплины «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем» могут быть использованы при прохождении учебной, производственной, преддипломной, педагогической практик, при выполнении магистерских диссертаций по направлению подготовки 19.04.01 Биотехнология по профилям подготовки «Экобиотехнология», «Технология, оборудование и автоматизация биотехнологических производств», «Энергосберегающие технологии производства топлива из возобновляемого сырья», «Биополимеры и перспективные материалы на их основе», «Управление институтами устойчивого развития и внедрения энерго-ресурсосберегающих технологий».
Современные условия экономики и производства требуют все больше специалистов, связанных с гибкими, краткосрочными проектами,
обладающими различными компетенциями. Вместо выполнения шаблонных заданий требуется решать многокритериальные проблемы [1].
Курс «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем» формирует следующие компетенции.
Способность использовать современные информационные технологии для сбора, обработки и распространения научной информации в области биотехнологии и смежных отраслей, способность использовать базы данных, программные продукты и информационно-телекоммуникационные ресурсы (ОПК-5).
Готовность к защите объектов интеллектуальной собственности и коммерциализации прав на объекты интеллектуальной собственности (ОПК-6).
Способность к проведению технико-экономического анализа производства и составлению технико-экономической документации (ПК-8).
Способность к разработке системы менеджмента качества биотехнологической продукции в соответствии с требованиями российских и международных стандартов качества (ПК-10).
Для технологических расчетов
биотехнологического оборудования и систем магистры в рассматриваемом курсе используют приложение Microsoft Office Excel, MathCad, (математическое программное обеспечение, которое позволяет выполнять, анализировать важнейшие инженерные расчеты и обмениваться ими), MATLAB, пакет прикладных программ, предназначенный для решения задач технических вычислений.
При создании кейса «Конкурентоспособный продукт» магистры для предложенного товара или услуги (например: «Создание
конкурентоспособного товара - сахарозаменитель из стевии», или «Продвижение курсов «Энергосберегающие технологии») создают бизнес-отчет, используя шаблоны Microsoft Office Word, презентацию Microsoft Office Power Point, концепт-карту.
Концепт-карты Mind Maps магистры создают в пакете FreeMind (рис.1).
(fr процесс В ыра Со Г КИ С£И Р iaiD&4 и H rjxmecc организационного уровня
J планирование & оценивание & мониторинг .¿Î управление рисками
управление конфигурациями I ® управление информацией
ч i выработка решений Г\ О процессы уровня проект»
у ф СИЦПрОЦеОСЫ
иоомэкто (5326-гоог
Рис. 1 - Фрагмент концепт-карты, созданной в приложении FreeMind
FreeMind — бесплатная программа для создания ассоциативных карт (карт мыслей — mind mapping, диаграмм связей), для построения и визуализации баз знаний. Написана на языке Java, требует наличия Java в системе. FreeMind полностью переведена на русский язык и доступна для Linux, Windows и MacOS X [2].
Для хранения диаграмм FreeMind использует свой собственный формат mm. Диаграмму можно экспортировать в несколько форматов, включая JPG и PNG, XHTML. Есть, например, возможность экспорта в формат OpenOffice Writer — odt. В данном случае диаграмма экспортируется в текстовом виде и представляется в виде
многоуровневого списка, что может быть очень удобно.
Данная программа позволяет формировать ОПК-5, ОПК-6, ПК-10.
Пакет FreeMind находит применение в управлении проектами (включая создание структуры подзадач, анализе состояния подзадач и отслеживание времени их исполнения); в представлении структуры проекта (ссылки на необходимые файлы, исполняемые модули, исходные коды, источники информации и т.п.); как средство проведения интернет-исследований (структуризация результатов поиска); для организация хранения коллекции небольших записей со структурой ссылок; как средство мозгового штурма (программа позволяет показать цветом какая ветвь рассуждений открыта, закрыта, не получила развития и т.п.); для организации небольшой базы данных, которая удобна в случае, если структура данных динамично меняется, или в случае, когда эта структура заранее не известна; для создания комментированных интернет-закладок (internet favorites).
Карта представления - это специальная форма веб-диаграммы для исследования знания и сбора и разделения информации. Картографирование представлений - это стратегия, применяемая при разработке карт представлений. Карта представлений состоит из узлов (nodes) или ячеек (cells), которые содержат понятие, пункт или вопрос (представление - concept) и ссылки. Ссылки помечены метками и показывают направление с помощью символа стрелки. Ссылка с меткой объясняет отношение между узлами.
При использовании карты представлений сложные понятия могут быть разъяснены и представлены в систематическом виде. Применение карт представлений в преподавании помогает четче определять ключевые понятия и связи между ними. При этом могут достигаться следующие цели:
1. подкрепление понимания (например, после просмотра видеокейса «Инженерные проблемы биотехнологии» для создания глоссария) [3],
2. проверка знаний и выявление неправильно понятого материала (например, в теме «Основные стандарты российские и международные»),
3. оценка, т. е. уровень подготовки магистра может быть протестирован или проконтролирован с помощью карт представлений.
К преимуществам использования пакета FreeMind можно также отнести: широчайшую сферу применения. Это и эффективное средство ликвидации информационного хаоса, наглядность, когнитивная интеграция визуальных методов, логических и иных связей, зависимостей, отношений и интерпретаций, компактность, удобство, гибкость, масштабируемость,
конструктивность, целостное и одновременно структурированное отображение систем, объектов, явлений, процессов, теорий, представлений, интерпретаций. А также экономная, эффективная и целенаправленная организация знаний и работы с ними, облегчение и ускорение практического
применения знаний, обеспечение ясности, однозначности, возможности стандартизации и улучшение контроля во многих аспектах, обеспечение инструментально-технологического уровня науки, менеджмента, образования, инженерии, сопоставимого с уровнем современных высокотехнологичных инженерных отраслей.
Так, при рассмотрении темы «Разработка стратегии макроэкономического развития биотехнологии в республике Татарстан» построение концепт-карты облегчает понимание, структурирует обширную информацию [4, 5].
Для создания и выбора оптимального плана развития бизнеса, проработки финансовой части бизнес-плана, оценки инвестиционных проектов в курсе «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем» используется аналитическая система Project Expert [6].
Программа позволяет спланировать
инвестиционные решения без потери финансовых средств, предоставить необходимую финансовую отчётность потенциальным инвесторам и кредиторам, обосновать для них эффективность участия в проекте, разрешает моделировать деятельность различных отраслей и масштабов — от небольших венчурных компаний до холдинговых структур. Программа широко используется для финансового моделирования и разработки бизнес-планов производства и оказания в сфере услуг.
Программа Project Expert позволяет легко и быстро составить бизнес-план для любой компании и выполнить все необходимые расчеты для проекта. Программа Project Expert генерирует текст бизнес-плана и сохраняет его в MS Word со всеми таблицами и графиками.
Все действия программы могут быть разделены на шесть шагов, приведенных далее.
1. Построение финансовой модели проекта (план сбыта, план производственной деятельности, инвестиционный план проекта, описание экономического окружения).
2. Определение на основе первого шага необходимых капитальных вложений (моделирование различных вариантов финансирования, обоснование для потенциальных участников финансирования).
3. Оценка инвестиционных проектов (разработка стратегии, анализ чувствительности, анализ безубыточности, сценарный анализ -сравнение вариантов развития).
4. Анализ группы проектов (оценка рисков, динамики, статистический анализ, учет рисков в ставке дисконтирования).
5. Создание документа бизнес-плана (прогнозная финансовая и управленческая отчетность, финансовые показатели и показатели эффективности инвестиций, разработка качественного бизнес плана).
6. Внесение дополнений и корректировок (доходные методы оценки стоимости бизнеса, сравнительный метод оценки стоимости бизнеса, мониторинг текущих изменений и корректировка плана).
Изучение программы Project Expert, применение её в рассматриваемом курсе позволит сформировать ОПК-5, ПК-8.
Для подготовки в разделе технологического инжиниринга будет полезен пакет Microsoft Visio [7]. Способ распространения: shareware. На сегодняшний день последней версией этого программного продукта является Microsoft Visio 2013.
Пакет позволяет создавать наглядные схемы процессов (рис. 7).
Для построения схем в Visio применяется векторная графика, которая позволяет масштабировать изображение без потери качества. Также, Microsoft Visio обладает широкими возможностями по графическому оформлению диаграмм и схем процессов. Эти свойства делают Visio хорошим инструментом для «рисования» бизнес процессов. С его помощью можно создавать модели процессов и показывать комплексные данные в удобном виде. Простой интерфейс значительно упрощает рисование схем.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА СУХОГО ПЕКТИНА ИЗ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК
Хранение
Прессование
Рис. 2 - Пример технологической схемы, созданной в пакете Microsoft Visio
Основные преимущества пакета следующие.
Легкость создания схем. Для разработки схем процессов не требуется специальное обучение. Рисование диаграмм и схем процессов осуществляется с помощью простого и понятного интерфейса.
Наличие образцов диаграмм. В Microsoft Visio включено большое количество различных образцов диаграмм, что упрощает и ускоряет процесс создания схем бизнес процессов.
Связь схем процессов с данными из офисных приложений. Т. к. Visio входит в состав пакета Microsoft Office, то схемы процесса можно связать с документами и данными из Word, Excel, PowerPoint, Access and Project.
Применение стандартных нотаций. Для создания схем процессов, применяемых в различных CASE средствах (например, ARIS, BPwin, ERwin, Rational Rose) Visio включает в себя набор диаграмм, которые используются в этих средствах. Например,
eEPC, IDEF0, IDEF3, UML. Для некоторых из них Visio позволяет осуществлять контроль правильности создания схем процессов [8].
Таким образом, использование современных информационных технологий в процессе обучения и подготовки магистров способствует выработке новых подходов при формировании и развитии профессиональных компетенций. Использование современных информационных технологий эффективно в взаимосвязи, интеграция их в процесс обучения приводит к более высокому конечному результату.
Литература
1. Понкратова С.А., Емельянов В.М., Понкратов А.С. «Совершенствование качества подготовки магистров в рамках дисциплине «Математическое моделирование биотехнологических процессов». / Conference "Biotechnology and quality of life", 2014. P. 551-552.
2. Официальный сайт программы Freemind: http://freemind.sourceforge.net/.
3. Кошкина Л.Ю., Понкратова С.А. Создание видеокейса «Инженерные проблемы биотехнологии»./ Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 22. С. 377-380.
4. Целевая программа «Развитие биотехнологии в Республике Татарстан на 2010-2020 гг.» - 184 с. - Режим доступа: http: // mpt.tatarstan.ru/
5. Общество биотехнологов России имени Ю. А. Овчинникова. // Рабочие материалы к стратегии развития биотехнологической промышленности до 2020 года. Электронное периодическое издание, 2009. - 85 с. - Режим доступа: http://biorosinfo.ru/.
6. Официальный сайт программы Project Expert: https://www.expert-systems.com.
7. Творческие проекты в курсе «Информатика» Введение в специальность (учебное пособие). Учебное пособие/ С.А. Понкратова [и др.] Казан. гос. технол. ун-т; Казань, 2008. - с.160
8. Официальный сайт программы Microsoft Visio http://www.microsoft.com/rus/office/Visio.
© Л. Ю. Кошкина, канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; С. А. Понкратова, канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, [email protected].
© L. Y. Koshkina, Associate Professor of Department of Chemical Cybernetics, Kazan National Research Technological University, [email protected]; S. A. Ponkratova, Associate Professor of Department of Chemical Cybernetics, Kazan National Research Technological University, [email protected].
