National Instruments – időszerű szeminárium a szakmai oktatásról

2017.február 21-én zajlott a National Instruments (NI) Akadémiai szeminárium, a cég szakmai képzéssel kapcsolatos budapesti rendezvénye, az NI kelet-európai rendezvénysorába illeszkedően.  ("Do Engineering - Academic Roadshow Eastern Europe)  

http://ni.com 

http://us.ni.com/academic    

 

 

Előadást tartott: 

Péter Attila, az NI magyarországi üzletfejlesztés-felelőse,   

http://hungary.ni.com/elerhetosegek  

Sárosi Tamás, az NI nyugat-magyarországi régiójának kapcsolattartója,  

Véghelyi Márton, az NI kelet-magyarországi régiójának felelőse. 

 

 

Péter Attila elmondta; az NI Akadémia az óvodától a felsőoktatásig kívánja lefedni az oktatási területet. Jelen szeminárium tíz helyszínen zajlik Kelet-európában.     

A texasi, Austin központú cég hazai terméktámogatási központja Budapesten, gyártóközpontja pedig Debrecenben található.  

http://www.ni.com/hu-hu.html

http://hungary.ni.com/debrecen 

 

Az NI alapelveit az 1976-ban létrejött cég két alapítója, Dr. James Truchard és

Jeff Kodosky fogalmazta meg:

olyan fejlesztői eszközparkot nyújtani mérnököknek és kutatóknak, mellyel gyorsan és hatékonyan tudnak méréstechnikai, automatizálási vezérlőrendszereket fejleszteni, ezzel gyorsítva a felfedezést és a kutatási folyamatokat.    

http://www.ni.com/company/about-ni 

 

Ezen alapgondolatok mentén hozták létre a cégnél a számítógép alapú méréstechnikát, amely ma egyre gyorsabban fejlődik. Digitalizált megoldások, okos rendszerek jönnek létre, s egyre hangsúlyosabb szerepet tölt be az NI, mint a szakterület megalapítója. Sok hardver és szoftver komponenst tud biztosítani nem csak az ipar, de az oktatás számára is, melyekkel sikerrel gyorsítható a műszaki oktatás.   

 

A világot egyre inkább behálózzák az intelligens számítógép-vezérelt rendszerek, a jövő mérnökeinek pedig az ipar által igényelt alkotóképes tudással kell szembenézniük az elkövetkező kihívásokkal.   

 

Az NI alapvetően ipari alkalmazásokra összpontosít, eszközeit 35 ezer cég használja a legkülönbözőbb, s legnagyobb kihívásokat jelentő feladatokra, melyek 125-féle NI-, és harmadik-résztvevőtől származó ökoszisztem-elemmel képesek együttműködni.

 

NI alkalmazások nagy számban találhatók pl. orvosi rendszerekben optikai tomográfoknál, a szövetekben, sejtekben előforduló elváltozások felderítésére, ill. a félvezető elektronikában  

a MEMS-szenzorok fejlesztése-tesztelése során, vagy nagy infrastruktúrák monitorozása esetén. Utóbbira hazai példa a Hárosi híd, melyet folyamatosan monitoroznak az NI eszközeivel.   

https://hu.wikipedia.org/wiki/Orvosi_k%C3%A9palkot%C3%A1s 

http://titan.physx.u-szeged.hu/tamop411c/public_html/L%C3%A9zerek%20az%20orvostudom%C3%A1nyban/841_az_optikai_koherencia_tomogrfia.html

http://www.biomems.hu/sites/www.biomems.hu/files/BME_EET_MEMS_eszkozok_2016.pdf 

 

 

 

A National Instruments számára az oktatás stratégiailag és üzletileg legalább annyira fontos, mint az ipari tevékenység. A világ előtt álló kihívások megoldásában a mérnökök szerepe a jelenben és a jövőben is nagy jelentőséggel bír. Több mint nyolcezer laboratóriumban használják az NI számítógép-alapú hardver és szoftver megoldásait.   

 

Az NI a gyakorlat-orientált képzés letéteményese, hardver és szoftver eszközei ezt célozzák.

A cél; a műszaki ismeretekben való elmélyülés révén értsenek meg a hallgatók olyan összefüggéseket, melyeket elméleti oktatással többnyire nem-, vagy csak nehezen lehet tudatosítani. 

 

Kiemelt terület az elektronika, valamint a mechatronika oktatása, ill. olyan kapcsolódó területek, mint a jelfeldolgozás, képfeldolgozás, informatika, melyek ma már egybemosódnak, hisz a számítógép ismerete, a programozás az alapja mindezen rendszereknek. Az NI oktatás része az eszközök megismerése, a grafikus oktatási program elsajátítása. A képzés az NI szoftver-alapú eszközeivel zajlik, melyet 100 kézikönyv támogat, 25 nyelven. 

 

Az NI oktatási filozófiájához Thomas A. Edisont idézik, ő mondta, mielőtt megtalálta a wolfram-szálat

izzójához:

"I have not failed. I've just found 10,000 ways that won't work. ≈ Nem hibáztam, csak találtam 

10 ezer megoldást, ami (az adott feladatra) nem alkalmazható."

 

A NI szerint az oktatásban lehetőséget kell adni a hallgatóknak, hogy hibázzanak saját útjuk megtalálása során. Konkrét próbák során kell gyakorlatot szerezniük a mérnöki tudományok, ismeretek alkalmazásában.  

 

Jelenleg új ipari forradalom kiindulásánál tart világunk, amelyet Industry 4.0 -nak neveznek. Ez az

Industrial Internet of Things-nek (IIoT), a dolgok internetének ipari változata.

http://www.industry4.hu/hu 

Olyan okos eszközök fejlesztése, s a vonatkozó gondok megoldása áll előttünk, melyeknél a hardver és a szoftver képesség integrálódik. Ezeket az okos eszközöket használhatjuk gyártási folyamatok automatizálásánál, energetikai hálózatok optimalizálásánál, okos mezőgazdasági rendszerek, gépek vezérlésére, és sok más iparágban is. Ezen gépek létrehozásához összetett ismeretekre van szükség; az informatika, elektronika, gépészet, s a mechatronika területén.  

 

Vannak olyan cégek, amelyek a rendszerek felső szintjével foglalkoznak; az adatok már összegyűltek, a számítógépen már rendelkezésre állnak információk, s ezeket kell feldolgozni, ez a klasszikus informatika területe. Adatfeldolgozás zajlik itt, s a számítógép maga az eszköz, amivel ezt végrehajtjuk.

 

A NI az alsó rétegre összpontosít, azokat az intelligens berendezéseket hozza létre, amelyek adatokat tudnak szolgáltatni. Ezekhez van szükség a fenti ismeretekre, nem elég a programozástechnika elsajátítása, ismerni kell a gépek, rendszerek mechanikai működését, s a villamos rendszerek elektronikai felépítését, kapcsolódását is. A két terület egymástól elválaszthatatlan.  

 

 

Hogyan válik ma egy gyermekből mérnök?

Az első lépés; legyen indíttatása (inspirációja) a mérnöki munkára  

Másodszor; megfelelő közegbe kerüljön, ahol tanulni tud és fel tud készülni jövőbeni munkájára, s az elsajátított ismereteket valami hasznosra tudja fordítani  

A megszerzett ismeretekkel létre tudjon hozni új alkalmazásokat, rendszereket (innováció)  

 

A NI az inspirációban, a felkészítésben és a megvalósításban egyaránt képes segíteni.  

 

A műszaki, mérnöki inspirációra a mai valóságban megjelenített témák alkalmasak, de miért van mégis egyre kevesebb mérnök a világban? A gond a felkészítésben van, itt van a legtöbb tennivaló. Az ipari cégek panaszkodnak; nem eléggé felkészültek a hallgatók a következő generációs problémákra.

A mérnöki tudományok sok és száraz elméleti anyagból épülnek fel, amivel a legkiemelkedőbb tehetséget is ki lehet oltani, ha ezeket az elméleti ismereteket nem tudjuk kombinálni olyan gyakorlati célú megközelítéssel, amivel a befogadó ténylegesen megtapasztalhatja; hogyan működik a valóságban mindaz, amit az elméletben létrehozott. Ebből a tapasztalatból nyer újabb motivációt, gyakorlati ismereteket, siker-élményt.

A mérnöki tudományok megalapozását a természettudományos tantárgyak, pl. matematikai, fizikai ismeretek elsajátítása jelenti. Ezt nem lehet kikerülni. Kérdés, hogyan lehet ezeket az ismereteket gyakorlati tapasztalatokkal kombinálni?

 

Gyermekük indulásánál a szülők sokszor nem is ismerik azokat a lehetőségeket, melyekkel azok fokozatos tapasztalatszerzésre tehetnek szert. 

 

A felvetődő kérdések: 

Mely módszerek célravezetők az elektronika, méréstechnika, mechatronika, s a programozás alapjainak tanításában, amely segít megőrizni a diákok mérnöki tudományok iránti nyitottságát?

Hogyan kapcsolható össze az elmélet a gyakorlattal a középiskolai és egyetemi oktatásban?

Milyen módon alkalmazható a grafikus programozás a digitális kompetencia fejlesztésében?

Hogyan hasznosítható a diákok tudása és a rugalmas fejlesztői platformok előnye az élvonalbeli kutatásokban?

 

Az NI szerint az óvodától kezdve biztosítani kell a gyerekeknek, hogy saját hibáikból tanuljanak, gyűjtsenek tapasztalatokat, ami a folyamat során sikerélményekre vezet.    

 

 

Milyen eszközökre támaszkodik az NI az oktatásban?   

A NI-nek jól működő eszközei vannak az iparban, a cég az oktatás területéhez is hozzá tud tenni ezek alkalmazásával.  

 

Nagyon sok helyen alkalmazzák a mérnökök a számítógép-alapú méréstechnikát a mérés, vezérlés és robottechnikai területén. Alapjuk egy közös grafikus rendszertervezői NI szoftver, a LabVIEW.   

Az NI ezen rendszertervező eszközéhez kapcsolódik a cég globális oktatási tevékenysége, hivatalos oktatási programja; a LabVIEW Academies, mely 30 országban 200 helyszínen működik, több százezer hallgató (diákok, oktatási intézmények nemzetközi versenyeinek résztvevői, stb.) részvételével.

A LabView átjárhatóságot létesít az egyes platformok között, s ha valaki megtanult egy fejlesztői környezetben dolgozni, akkor ezzel bármely mérnöki alkalmazási területen elboldogul.     

http://hungary.ni.com/labview?cid=Paid_Search-70131000001Rp07AAC-Hungary-LabVIEW&gclid=CILo7MqgqdICFR5fGQodDkMIIw

http://hungary.ni.com/akademia/szoftver

http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/hu/nid/208397

 

 

A LabVIEW -nak, mint grafikus alkalmazási környezetnek legnagyobb előnye, hogy a számítógépet  gyorsan tudjuk a külvilághoz kötni a mérésadatgyűjtés-vezérlő eszközök segítségével. Elemzéseket, jelfeldolgozást végezhetünk az adatok értelmezésére, akár a  LabVIEW-n kívüli eszközök, hagyományos grafikus programok, vagy szöveges programozási nyelvek bevonásával. Nagyon fontos a gyors élmény, az, hogy gyorsan tudunk grafikus felületeken keresztül visszajelzést adni a programfejlesztést végző hallgatónak, aki rögtön látja is tevékenysége eredményét.    

Ezt a grafikai elemet az oktatás minden szintjén jól használhatjuk összekötő, „ragasztó" megoldásként.

 

 

Az általános iskolában a gyermekek érdeklődésének felkeltése az elsődleges cél, játékos formában.    

A NI, ipari alkalmazásokra fejlesztő cégként, ezen a szinten nem törekedett önálló megoldásra, inkább

a legjobbak gyakorlatához csatlakozott. Közös megoldásokat hoz létre azokkal, akik ebben a készségfejlesztésben világvezetők. Így jött lére a kapcsolat a NI és a LEGO között.   

 

Az első, az általános iskolai alsó tagozatára készült platform a WiDo; amelyben LEGO elemek segítségével robotokat, robot-rendszereket lehet építeni. A Wido javítja a kreativitást, mivel a robot képességeit a számítógép segítségével tudja beprogramozni a gyermek.  

A program-felületet az NI fejlesztése biztosítja, a LabVIEW fejlesztői környezet egyszerűsített változatával. Ezzel a hatékony belépő eszközzel a gyermek megtanulhatja a rendszerek építését, programozását. Játékos formában kapcsolódik össze az analóg és a digitális számítógépes világ.       

https://www.ni.com/academic/wedo 

https://education.lego.com/en-us

https://www.dfrobot.com/product-1159 

 

 

Az általános iskola felső tagozatát a LEGO mindstorms  célozza. A megoldással már összetettebb műveletek végzésére képes LEGO robotok építhetők. Itt is megtalálható az egyszerűsített grafikus alkalmazási felület, de a programozást már az eredeti LabView grafikus környezetben végzik a hallgatók. Valódi ipari alkalmazások is születhetnek az oktatói eszköz és az ipari környezet kapcsolódásával.

LEGO mindstorms education EV3:

http://www.hdidakt.hu/mindstorms.php?csoport=47

 

A világszerte alkalmazott megoldás már több mint 3 millió gyermek oktatásában használatos.  

Felhasználói robot-programozási versenyeket zajlanak, Magyarországon pl. Debrecenben, s az NI az első számú szponzora ezen versenyeknek.

 

Amennyiben a gyermek motivációja aműszaki pálya iránt tartós, akkor az általános iskola végeztével,  a középiskolai szinten, gimnáziumban, vagy szakgimnáziumban is elérhetővé kell tenni a folytatást.

 

Ezen az oktatási szinten a méréstechnika fontosságával kell megismertetni a hallgatókat.  

Ahhoz, hogy valaki megértse a környező (analog) világot, ahol a jelforrások analóg jeleket tartalmaznak (fénysugárzás, erőhatások, hőmérséklet, stb.), képesnek kell lenni mérnie ezeket a jelenségeket.   

Mérésükhöz olyan számítógép alapú műszerezés szükséges, amivel az adatokat a számítógépbe visszük. Az így kapott adatokon adatfeldolgozást, elemzést tudunk végezni, s ebből tudunk újabb következtetéseket levonni, majd rendszert építeni.  

Maga a méréstechnika a környezetünk megismerését teszi lehetővé úgy, hogy az analóg világot digitálissá tudjuk fordítani. Megjelenik tehát a digitalizáció.

 

Műszaki szakmát választva, a szakgimnáziumban meg kell ismerkedni az elektronika és az áramkörtervezés fogalmával. Meg kell ismertetni a hallgatókat azokkal az eszközökkel, melyekkel az elméleti, papír-alapú áramkör-rajzolást valódi, élményszerű tanulássá tudják fordítani.  

Így tudnak gyorsan prototípusokat létrehozni, s azokat kipróbálni. Amennyiben az működik, akkor jön a sikerélmény, s a hallgató tovább léphet, ha pedig hibázik, akkor új iterációval jutni el a sikerhez.  

Fontos, hogy ezek a laborok gazdaságosan működjenek, nem működhetnek ipari szintű eszközökkel, ipari költségszinten. Olyan eszközökre van szükség, amelyekkel gyorsan lehet kialakítani ilyen laborokat. Az itt megszerzett tudás felhasználható, alkalmazható legyen később az iparban is.

http://www.ni.com/hu-hu/innovations.html

 

 

Az NI többfajta platformot is  kínál a méréstechnika oktatásához:

 

A legkisebb elem: a mini labor

Számos egyetemen, oktatási intézményben ma már a tankönyv mellett/helyett olyan kötelező eszközök szerepelnek, amelyeket beiratkozásnál kapnak meg a hallgatók. Ezek a hallgatói eszközök sok esetben számítógép kiegészítő egységek.  

 

Az NI vonatkozó eszköze az un. Analog Discovery.  

Ez a kisméretű kiegészítő USB-n csatlakozik a számítógéphez, analóg és digitális kimenettel-bemenettel rendelkezik. Hordozható minilabort képez a számítógéppel. Alkalmas prototípus készítéséhez, vagy áramkör-tervezéshez, hibakereséshez is.  

Néhány jellemzője:

2-csatormás, 100MS/s, 10MHz-es oszcilloszkóp

16-csatornás, 100MS/s digitális kimenettel-bemenet

szabályozható tápegység

stb.

http://www.ni.com/analog-discovery

 

 

Egy további USB-s eszköz a myDAQ, amelyhez kiegészítő panelek illeszthetők, további funkciókkal.

Nyolc különböző alapműszert egyesít egy eszközben;  

digitális oszcilloszkóp

digitális multiméter

függvénygenerátor  

programozható tápegység

logikai be-ki kapuk

A kiegészítő panelekkel egyfajta multidiszciplináris eszközt képezhetünk belőle; analóg és digitális szenzorokat illeszthetünk, biológiai, orvos-elektronikai alkalmazások képezhetők, energetikai prototípus rendszerek alakíthatók, stb.   

Olyan nyitott platform, amelyhez az oktatók maguk is fejleszthetnek további kiegészítőket.   

http://www.ni.com/hu-hu/shop/select/mydaq-student-data-acquisition-device

http://www.innoteka.hu/cikk/ni_mydaq_tenyernyi_eszkoz_nyolc_meromuszer_tudasaval_a_diakoknak.768.html  

http://hungary.ni.com/debrecen/mydaq_tanari_2015 

http://sukjaro.eu/ELFT-NI-palyazat/myDAQ_magyar.pdf 

 

 

Az NI ELVIS mérőműszer és munkaállomás egyben. 18 mérőműszer képességeit hordozza, elsősorban szakképzési intézményeknek ajánlja a gyártó. Elektronika és mechatronika, ill. kommunikációs rendszerek oktatásában hasznosítható. Cserélhető panel szolgál az adott oktatási intézmény igényeihez való alakításra.  ftp://ftp.ni.com/pub/branches/ee/2012/hungary/national_instruments_elvis_hu.pdf 

NI ELVIS II Hardware:

http://www.ni.com/hu-hu/support/model.ni-elvis-ii.html 

http://www.uio.no/studier/emner/matnat/ifi/INF1410/v09/obliger/ELVISUM.pdf

NI ELVIS Software :

https://users.itk.ppke.hu/~takacsgy/elvisleiras.doc 

NI ELVIS partnerek:

ftp://ftp.ni.com/pub/branches/latam/brazil/090701_elvis_platform_brochure.pdf

http://www.adeptscience.co.uk/download/dldtyp/3/0/All/Add-ons-Plug-ins+-+Current+Version.html 

NI ELVIS áramkörtervező-tanfolyamok:
http://search.ni.com/nisearch/app/main/p/ap/tech/lang/hu/pg/1/sn/n16:CircuitsElectronics,ssnav:cwr

http://www.ni.com/tutorial/6030/en

https://mythinkscape.com/courses

 

 

Hatékony kiegészítő elem elektronikai áramkör tervezéshez az ELVIS Multisim szolgál.

Olyan áramkör-szimuláló szoftver-környezet ez, amelyben elektronikai komponensek

spice-modeljének felhasználásával lehet áramköröket komponálni. A rendszer része a műszerek szimulálása is.

https://www.maximintegrated.com/en/design/tools/modeling-simulation/spice/

http://www.ni.com/product-documentation/53292/en

https://beta.multisim.com/

http://www.ni.com/multisim/what-is 

http://www.ni.com/newsroom/release/ni-multisim-13-0-enhances-analog-digital-and-power-circuit-simulation-for-education-research-and-professional-design/en

 

 

Magyar középiskolások számára az NI évente hirdet LabVIEW grafikus programozó versenyt  

VISUAL THINKING címszóval. Az idei feladat Okos Város „SMART City" parkolási rendszer fejlesztése volt. A 2-3 fős csapatok valós mérnöki megoldásokon dolgozhatnak LabVIEW és myDAQ használatával. Az idei döntő 2017 április 21-n lesz Debrecenben.

 

Francia szakközépiskolák gyakorlati laborfejlesztési reformja National Instruments  technológiák felhasználásával zajlik. 200 iskola adoptálta az NI technológiát a gyakorlati oktatásban, 7.200 hallgató tanulja a grafikus rendszertervezést, s 1.200 oktatót képeztek már ki.

 

Mérnöki és matematikai (STEM) oktatási program az USA-ban: 

Project Lead the Way program (PLTW)

https://www.pltw.org 

http://www.skillsusa.org/about/why-career-technical-education/stem-and-cte-alignment/project-lead-way-skillsusa 

Ez a világszínvonalú tanterv és képzési program, digitális elektronikai kurzusként az NI mérő- adatgyűjtő eszközét, a MyDAQ-ot és Multisim nevű szimulációs programját használja a legfontosabb fogalmak gyors átadásához. Jelenleg több mint 3000 amerikai középiskola használja ezt a tanmenetet.

 

 

Az NI LabVIEW-RIO robot-architektúrát 240 ezer diák használja:

http://www.ni.com/white-paper/10894/en

 

 

 

NI tanfolyamok:

http://hungary.ni.com/akademia/tanfolyamok 

http://hungary.ni.com/tanfolyamok/online-tanfolyamok 

 

 

National Instruments Hungary  

http://www.ni.com/hu-hu.html  

 

http://ni.com

 

 

Harmat Lajos