Jakie zmiany w związku z rozwojem Przemysłu 4.0 zachodzą w środowisku inżynierów?

Zmiany, o które Pan pyta, są częścią większego procesu, który rozgrywa się już od lat pięćdziesiątych, sześćdziesiątych ubiegłego wieku, gdy zaczęły pojawiać się komputery i inżynierowie zaczęli myśleć o ich wykorzystaniu. Patrząc z tej perspektywy, można powiedzieć, że

dzisiaj nie dzieje się coś zupełnie nowego, tylko jest to proces, który ulega przyspieszeniu.

W latach 50-tych, gdy projektowano budynki wysokie, to cała armia inżynierów siedziała z suwakami logarytmicznymi o podwójnej długości i pracowicie, całymi miesiącami, obliczała siły wewnętrzne i projektowała konstrukcję jednego budynku. Wprowadzenie komputerów zmieniło tę sytuację. Pamiętam, że jeszcze w latach 80-tych trzeba było ok. 2,5 godziny czasu pracy komputera, by uzyskać dane dotyczące jednego budynku wysokiego. 10 lat temu ten czas był już ograniczony do kilkunastu sekund. To oznacza zasadnicze zmiany jakościowe. Nastąpiło przejście od optymalizacji pierwszej koncepcji projektowej do analizy dziesiątków, setek czy nawet tysięcy koncepcji projektowych w celu wybrania najlepszej koncepcji. Wzrost możliwości obliczeniowych komputerów powoduje zupełnie inne podejście do projektowania.

Kiedyś inżynier znał jeden rodzaj konstrukcji budynków wysokich i najczęściej go stosował, np. sztywną ramę. Obecnie w czasie minut czy godzin można takich koncepcji przejrzeć kilkaset czy tysiące. To oznacza zupełnie rozumienie procesu projektowania i inżynierii ogólnie oraz inne znaczenie wiedzy.

Dzięki komputerom możemy uczyć się z istniejących przykładów projektowych lub takich, które my sami tradycyjnie tworzymy po to, by uzyskać w postaci abstrakcyjnej reguły decyzyjne, które się za nimi kryją.

Świat przechodzi ewolucję. Była epoka rolnicza, przemysłowa, epoka wiedzy. Teraz mówimy o epoce innowacyjności. Motorem tych zmian są możliwości obliczeniowe komputerów oraz fakt, że wiedza stała się towarem.

Niezależnie od tego, czy jesteśmy w Australii, Polsce czy na Tajwanie, mamy dostęp do tych samych programów, do tej samej wiedzy inżynierskiej i nasza przewaga konkurencyjna sprowadza się praktycznie do naszej innowacyjności.

Bez innowacyjności inżynier w Indiach wykorzystujący dany program będzie produkował rezultaty kilkakrotnie taniej niż inżynier wykorzystujący ten sam program w USA czy nawet w Polsce, bo Polska nie jest już najtańszym krajem na świecie, gdy chodzi o pracę inżynierów.

Zobacz również:

• Palo Alto wzywa pilnie użytkowników jej zapór sieciowych, aby jak najszybciej zaktualizowali zarządzające nimi oprogramowanie
• Ta inicjatywa ma ułatwić firmom zadanie wdrażania systemów AI
• Ta technika rozwiązuje problem ograniczonej wielkości okien kontekstowych obsługujących modele językowe LLM

Co to oznacza?

Inżynierowie muszą zacząć myśleć inaczej. Muszą myśleć nie w kategoriach wiedzy, bo wtedy przegrają, ale muszą zacząć myśleć w kategoriach przewagi konkurencyjnej w postaci innowacyjności. To wymaga inteligencji kreatywnej, i dalej - inteligencji sukcesu.

Inżynierowie muszą mieć zupełnie inne podejście do projektowania. To już nie jest sprawa analizy sił wewnętrznych czy zaprojektowanie pierwszej lepszej koncepcji projektowej. Chodzi o osiągnięcie sukcesu poprzez wykorzystanie własnej przewagi konkurencyjnej, która już nie może być w zakresie wykorzystania programów komputerowych, ale innowacyjności.

Czy mógłby Pan podać swój ulubiony przykład takiego podejścia?

Mój ulubiony przykład to osiągnięcia mojego doktoranta, a obecnie przyjaciela, dra Kalu Udumy. Jako doktorant Kalu Uduma pracował nad jednym z moich wynalazków opatentowanym w Kanadzie i USA i wykonywał bardzo tradycyjną analizę zachowania złożonego połączenia w konstrukcjach przestrzennych. Ta analiza wymagała wykorzystania tzw. metody elementów skończonych w bardzo wyszukanej postaci przy założeniu nieliniowego zachowania materiału i nieliniowego zachowania całego połączenia. Stał się ekspertem w zakresie metody elementów skończonych i uzyskał pracę w Chryslerze w dziedzinie bezpieczeństwa pojazdów w przypadku zderzeń (crash engineering). Kilkanaście lat temu Chrysler wprowadził do produkcji dwie nowe linie samochodów Dodge i Chrysler. Produkcja była gotowa i nagle okazało się, że te samochody nie spełniają nowo wprowadzonej normy bezpieczeństwa dotyczącej zderzeń bocznych i dachowania. Spełnienie tej normy wymagało zaprojektowania bardzo silnych słupków bocznych przednich i środkowych w samochodzie, które w przypadku dachowania musiały przenieść cały ciężar samochodu leżącego na dachu. Ale to oznaczało, że te bardzo duże, sztywne przekroje stały się nagle śmiertelnym zagrożeniem w przypadku zderzeń bocznych, gdy głowa kierowcy czy pasażera zaczyna się poruszać z bardzo dużą szybkością w kierunku słupka środkowego i w niego uderza. Jest to zagadnienie energii, która w tym przypadku musi być rozproszona lub pochłonięta. Jeśli energia nie zostanie wystarczająco rozproszona lub pochłonięta przez pojazd w przypadku dachowania, kierowca lub pasażer po prostu zginie. Powstało ciekawe wyzwanie wynalazcze: jak jednocześnie spełnić wymogi bezpieczeństwa dotyczące dachowania z wymogami bezpieczeństwa dotyczącymi zderzeń bocznych?

To była klasyczna sprzeczność...

...jeżeli chcemy zapewnić bezpieczeństwo przy dachowaniu, musimy rozbudować słupki boczne, dać im odpowiedni przekrój i sztywność, a z drugiej strony, by zapewnić bezpieczeństwo w przypadku zderzeń bocznych musimy je zaprojektować w formie elementów miękkich, które pochłonęłyby energię przez duże odkształcenia elastoplastyczne. W Chryslerze sytuacja była dramatyczna z powodu wstrzymania produkcji wstępnej samochodów. Początkowo problem przekazano grupie najbardziej doświadczonych inżynierów. Ci jednak przegrali. W takiej sytuacji problem przekazano Kalu Udumie, który był młodym pracownikiem Chryslera z kilkuletnim dorobkiem. On, oczywiście, się przestraszył, bo pomyślał, że ktoś chce go wyrzucić z pracy, skoro dostał trudne zadanie, z którym nie poradzili sobie najlepsi specjaliści. Przez pierwsze 2 dni chodził przerażony, ale potem zaczął myśleć. Przypomniał sobie, że był słuchaczem moich wykładów na temat optymalizacji inżynierskiej, w ramach których miałem jeden czy dwa wykłady na temat wynalazczego rozwiązywania problemów. Zaczął myśleć, jak tę wiedzę wykorzystać. Po pierwsze, uświadomił sobie, że problem został źle sformułowany, że tak naprawdę nie chodzi o zaprojektowanie bezpiecznego słupka bocznego w samochodzie, ale o zapewnienie bezpieczeństwa kierowcy w przypadku zderzeń bocznych.

A to jest różnica...

Tak, ponieważ w tym przypadku zaczynamy myśleć o całym systemie: słupek – głowa ludzka i może coś jeszcze. Kalu uświadomił sobie, że można coś wsadzić pomiędzy głowę ludzką, która porusza się jak pocisk w kierunku słupka bocznego, a samym słupkiem. Wówczas okazało, że istnieje cały zbiór rozwiązań. Po analizie różnych ciekawych rozwiązań typu pianka Kalu zaproponował rozwiązanie w postaci wanienki, elementu metalowego, który był wytłaczany na prasie i mógł być umieszczony między głową ludzką a słupkiem pod odpowiednią powłoką. Okazało się, że ta wanienka znakomicie pracuje. W przypadku zderzenia jako powłoka odkształca się sprężyście, pochłaniając tak dużo energii, że pozostała energia kinetyczna głowy ludzkiej przestała być zagrożeniem. Wynalazek został opatentowany i wprowadzony do produkcji. Kalu natychmiast stał się bohaterem w Chryslerze. Odniósł wielki sukces, bo coś wiedział na temat inżynierii wynalazczości.

Przedstawiony przez Pana przykład dowodzi, że inżynierowie potrafią być kreatywni.

Jeżeli muszą.

Czy łatwo jest im znajdować kreatywne rozwiązania?

Absolutnie nie. To jest sprzeczne z tym, jak inżynierowie są kształceni. To jest sprzeczne z kulturą inżynierską. To jest niesłychanie trudne. Najogólniej mówiąc, z powodu wektora bezwładności psychologicznej. To zjawisko pokazuje, że

jakiekolwiek zmiany są trudne do wprowadzenia, ponieważ ze względu na instynkt samozachowawczy ludzie starają się zrobić wszystko, aby uniknąć jakichkolwiek zmian, które podświadomie odbierają jako zagrażające.

Ale Pan to próbuje zmienić, bo kształci inżynierów w zakresie kreatywnego rozwiązywania problemów. Jest Pan pionierem badań w zakresie „inżynierii wynalazczości”. Czy mógłby Pan to pojęcie przybliżyć?

Inżynieria wynalazczości jest nową, powstającą obecnie nauką, w różnych postaciach. Będę mówił o tej, którą ja rozwijam od kilkunastu lat i to z bardzo dobrymi rezultatami w kilku krajach.

Inżynierię wynalazczości możemy scharakteryzować jako obszar wiedzy, który jest niezbędny i wystarczający do rozwiązywania problemów wynalazczych.

W ramach tej wiedzy jest wiedza wspomagająca i motywująca, która przygotowuje inżyniera do studiów w zakresie inżynierii wynalazczości, jest wiedza ogólna o procesie projektowania koncepcyjnego i oczywiście wiedza o procesie projektowania wynalazczego. Są też różne metody projektowania wynalazczego jak chociażby burza mózgów, synektyka, analiza morfologiczna. Każda z tych metod ma inne założenia, zastosowania i procedury. Innymi słowy mówimy tutaj o nowej nauce, która się wyłania i ma charakter interdyscyplinarny. Jest to zintegrowana wiedza mająca swe źródła w różnych naukach, np. w matematyce, informatyce, tradycyjnej inżynierii, psychologii i in.

Nauczając inżynierów inżynierii wynalazczości, doprowadzamy również do transformacji ich osobowości zawodowej. To z kolei trzeba wytłumaczyć w kontekście inteligencji sukcesu, której koncepcję kilkanaście lat temu zaproponował amerykański psycholog poznawczy, Robert J. Sternberg.

Ta koncepcja mówi, że jeśli chcemy w życiu osiągnąć sukces, musimy mieć inteligencję sukcesu, która ma trzy składowe: inteligencję praktyczną, inteligencję analityczną i inteligencję kreatywną. Dopiero wyważenie tych trzech elementów prowadzi do wytworzenia inteligencji sukcesu, która powoduje, że ludzie zaczynają odnosić sukcesy. W kontekście naszej rozmowy sukcesem może być rozwiązywanie problemów wynalazczych. Tradycyjnie inżynierowie mają inteligencję praktyczną, analityczną, ale zazwyczaj nie mają inteligencji kreatywnej, co oznacza oczywiście, że nigdy nie będą osiągali wielkich sukcesów w zakresie wynalazczości.

Co pomaga w rozwijaniu inteligencji kreatywnej?

Odpowiednie szkolenie. Są ludzie, którzy się z taką inteligencją rodzą, ale ogromna większość musi tę inteligencję zdobyć przez odpowiednie zajęcia. Prowadziłem na ten temat wykłady przez kilkanaście lat na George Mason University. Zajęcia, które prowadziłem dla studentów undegraduate, sprowadzały się do kombinacji wykładów i zajęć służących rozwiązywaniu problemów indywidualnie i grupowo. W przypadku inżyniera, który ma inteligencję praktyczną i analityczną, musimy dokonać jego transformacji, w następstwie której będzie mógł wyważyć trzy rodzaje inteligencji. Dopiero wtedy będzie gotowy do rozwiązywania problemów wynalazczych.

Prowadzi Pan wykłady na temat inżynierii wynalazczości dla inżynierów i studentów uczelni technicznych w wielu krajach, m.in. na Tajwanie, w USA i w Polsce. Jak na tle zagranicznych kolegów wypadają inżynierowie z Polski, gdy chodzi o przygotowanie do pracy w środowisku, które wymaga inteligencji kreatywnej.

Niedawno miałem zajęcia dla inżynierów w Polsce z jednej z firm związanych z motoryzacją i wydaje mi się, że

polscy inżynierowie z kilkuletnim doświadczeniem nie różnią się zasadniczo od inżynierów na Tajwanie czy w USA. Zawsze w grupie kilkunastu osób znajdzie się jedna, najwyżej jedna, która będzie miała wrodzoną inteligencję sukcesu.

To co mówię będzie ona odbierać jako niesłychanie ważne, ale co było zawsze niszczone przez kolegów, przez system edukacyjny i tradycyjne firmy inżynierskie. Oczywiście nie chodzi o to, by mieć jednego inżyniera w takiej grupie, ale żeby wszyscy zdradzali przynajmniej ślady takiego myślenia. To wymaga stworzenia odpowiednich programów dokształcania już praktykujących inżynierów.

Taki postulat zawierał program „Polska Innowacyjna”, który przygotowałem wspólnie z Krajową Izbą Gospodarczą dziesięć lat temu. Ten program dokładnie mówił, co trzeba zmienić w Polsce, aby polscy inżynierowie byli bardziej kreatywni. Obawiam się jednak, że nigdy tak naprawdę nie został wdrożony i że nadal czeka na wykorzystanie.

Jakie zmiany warto wprowadzić w zakresie organizacji, narzędzi, kształcenia, by polscy inżynierowie mogli rozwinąć inteligencję sukcesu i odnosić sukcesy w wymiarze indywidualnym i społecznym.

Kształcenie inżynierów jest właściwie działaniem cząstkowym. Żyjemy w społeczeństwie i to społeczeństwo produkuje ostatecznie wynalazki. Inżynierowie są tylko narzędziami społeczeństwa do robienia wynalazków. Na sprawę trzeba popatrzeć systemowo.

Trudno żądać, by inżynierowie działający w tradycyjnym, wąsko myślącym społeczeństwie nagle stali się wynalazcami, osobami kreatywnymi, jeżeli całe społeczeństwo niszczy osoby kreatywne. Innymi słowy, nie ma kreatywnych inżynierów bez społeczeństwa, które będzie wspierało działalność kreatywną.

To oznacza zmianę kultury społeczeństwa. W wielu krajach i w Polsce patrzy się na wynalazców jak na nieszkodliwych wariatów, na ludzi, którzy inaczej się zachowują, inaczej są ubrani, inaczej myślą i nikt nie docenia wartości ich myśli, a zwraca uwagę na długie włosy czy krótkie spodenki w pracy lub inne zupełnie zewnętrzne cechy.

Trzeba zacząć od społeczeństwa. Jak to zrobić, to już inna kwestia. Ale chociażby promować wynalazców jako przyszłych bohaterów poprzez filmy, TV, książki. Ponieważ o przyszłości Polski będą decydować wynalazcy.

Tomasz Arciszewski – inżynier, profesor George Mason University w Wirginii, wynalazca z patentami w dziedzinie budownictwa wysokościowego i konstrukcji przestrzennych, uzyskanymi w Kanadzie, Polsce i USA; autorytet w dziedzinie inżynierii wynalazczości; twórca i propagator nowego modelu kształcenia inżynierów, nawiązującego m.in. do tradycji renesansu i Teorii Inteligencji Sukcesu; kontynuator prac badawczych w zakresie kreatywności z uwzględnieniem najnowszych osiągnięć neuropsychologii, pozytywnej psychologii oraz socjologii.