Des analyses du monde réel réunissent des classes d'ingénierie sur deux continents

Défi

Les étudiants en ingénierie de premier cycle se lancent en grande majorité dans des carrières industrielles après avoir obtenu leur diplôme. Les préparer non seulement à réussir, mais aussi à apporter une réelle innovation et une vision globale à leurs domaines, n’est pas une tâche facile.

Solution

Les étudiants sont encouragés à utiliser JMP à l’intérieur comme à l’extérieur de la classe.

Résultats

En utilisant JMP pour enseigner l’ingénierie, Pan prépare ses étudiants à des carrières compétitives dans certaines des plus grandes entreprises non seulement aux États-Unis mais dans le monde entier.

Lorsque les étudiants de premier cycle de la California Polytechnic State University (Cal Poly) choisissent de se spécialiser en ingénierie, ils savent qu'ils sont destinés à une carrière dans un secteur qui récompense l'innovation, en particulier lorsque cette innovation est soutenue par des analyses précises et exactes. À ce titre, la préparation des étudiants à l’emploi dans le secteur de l’ingénierie est devenue la pierre angulaire de la pédagogie du 21e siècle dans les classes d’ingénierie de niveau universitaire du monde entier.

Jianbiao John Pan, PhD, est professeur d'ingénierie industrielle et de fabrication à Cal Poly et expert en microélectronique et en packaging électronique. Chaque trimestre, il enseigne des cours de premier cycle sur une gamme de sujets, du niveau d'introduction à la conception et à l'analyse des tests d'ingénierie aux cours avancés, notamment l'ingénierie de la qualité, la conception d'expériences et l'ingénierie de la fiabilité.

Comme d’autres leaders dans le domaine de l’enseignement de l’ingénierie, Pan cherche à dynamiser ses étudiants grâce à un apprentissage actif et coopératif basé sur des projets.

Jianbiao John Pan, PhD, est professeur d'ingénierie industrielle et de fabrication et expert en microélectronique et en packaging électronique. Ses cours en ingénierie de fabrication sont spécifiquement conçus pour préparer les étudiants à des carrières de haut niveau dans l’industrie.

Le Cal Poly College of Engineering est l'un des principaux établissements d'enseignement en ingénierie du pays. Les professeurs de Cal Poly adoptent une philosophie d’enseignement basée sur des projets qui combine la théorie et la pratique. Sa mission ? « Offrir une excellente formation par l’apprentissage pratique et former des professionnels recherchés et prêts à exercer dès le premier jour. »

Pan présente aux étudiants un exemple de la manière dont l’analyse peut être utilisée pour aider à surmonter les défis liés à l’amélioration de la qualité et des processus. Tandis qu'il démontre l'analyse, les étudiants suivent dans JMP sur leurs propres écrans, jouant avec les données pour voir par eux-mêmes ce qui est possible.

« JMP est très puissant et dispose de graphiques très dynamiques », explique Pan. Cette flexibilité, associée à son interface conviviale, fait de JMP un outil important pour les étudiants qui souhaitent apprendre eux-mêmes les concepts d'ingénierie en explorant et en expérimentant les données. « Alors que nous examinions les concepts, le Dr Pan ouvrait JMP et montrait, de manière très concrète, à quoi cela ressemblait », explique l'étudiant diplômé David Otsu. « JMP a été un excellent outil d’apprentissage et d’application de ces connaissances. »

Les analyses interactives JMP^® facilitent l'apprentissage engagé en matière de qualité, de fiabilité et de conception d'expériences

L’idée est que si vous contextualisez la théorie en la formulant dans des problèmes auxquels on peut s’identifier, les étudiants seront plus stimulés intellectuellement. Cependant, l’introduction d’applications et de pratiques en classe nécessite également l’introduction de nouvelles technologies plus accessibles aux étudiants.

Pour Pan, cela signifie présenter à ses étudiants le logiciel de découverte statistique JMP. « JMP est très puissant et possède des graphiques très dynamiques, j'aime beaucoup ça », dit-il. « Vous pouvez facilement manipuler l'échelle et le type sur les axes y et x, et même modifier la taille de la police. « Tu as tellement de liberté. » Dans son cours sur la conception de tests d'ingénierie, Pan dit qu'il s'appuie sur des modèles d'analyse : distribution, ajustement Y par X, paires appariées et modèle d'ajustement. Dans les cours plus avancés, il ajoute la conception d'expériences, la qualité et les processus, ainsi que la fiabilité et les capacités de survie au mélange.

En projetant JMP pendant ses cours, Pan démontre étape par étape même les concepts les plus avancés avec des visuels interactifs que les étudiants peuvent ensuite reproduire eux-mêmes, qu'ils suivent JMP sur un ordinateur portable pendant le cours ou qu'ils utilisent JMP pour terminer leurs devoirs. « Pour de nombreux devoirs et projets assignés dans mes cours », explique Pan, « les élèves créent des tracés et des visualisations. » Ces résultats sont excellents non seulement pour rendre compte et communiquer les résultats, mais également pour approfondir la compréhension par les étudiants des concepts et de la théorie sous-jacents aux défis du monde réel qu'ils pourraient rencontrer plus tard lorsqu'ils travailleront dans l'industrie manufacturière.

« Je me concentre sur l’ingénierie des matériaux et de nombreuses expérimentations sont nécessaires dans ce domaine. Heureusement, l'ensemble du processus de conception d'expériences est facilité par JMP. Par exemple, si vous effectuez une sorte de factorielle fractionnaire, il est très facile de tout configurer pour qu'il soit généré dans JMP. Étant donné qu'il est très interactif et intuitif, JMP facilite grandement l'analyse des données et leur utilisation à la volée. Pour quelqu'un comme moi qui apprend de manière visuelle, c'est vraiment utile.

— David Otsu, étudiant diplômé

Par exemple, dans un récent projet final, plusieurs étudiants ont examiné la cristallinité de l’acide polylactique, un polymère thermoplastique polyvalent et biodégradable produit à partir de sources renouvelables comme le maïs et la canne à sucre. La biodégradabilité du polymère en fait une alternative idéale et plus durable sur le plan environnemental aux applications traditionnelles de produits de base comme les emballages alimentaires et la vaisselle jetable.

Sachant que l'acide polylactique peut être traité à divers degrés de cristallinité, les étudiants de Pan ont cherché à identifier et à étudier les facteurs affectant la cristallinité - et donc aussi son potentiel en tant que plastique alternatif viable - en faisant varier la qualité du polymère, le temps de séjour et la vitesse de refroidissement. « Dans notre première phase, nous nous sommes concentrés sur une méthode de fabrication pour la cristallinité du PLA qui était très réaliste – un processus que vous utiliseriez réellement dans l'industrie – mais cela n'a pas fonctionné », se souvient David Otsu, étudiant diplômé de Cal Poly. « Nous avons donc dû passer à une phase différente où nous avons fait la même chose dans un environnement de laboratoire – très contrôlé mais pas quelque chose que vous utiliseriez pour la production. « Et à partir de ces résultats, nous avons pu passer à une étape qui se situait quelque part entre les deux : un processus contrôlé en laboratoire qui pourrait réellement être utilisé pour générer des produits au final. » De plus, en analysant les interactions de leurs variables, Otsu et ses pairs ont pu affirmer avec un haut degré de confiance que le matériau et la vitesse de refroidissement ont un impact significatif sur la cristallisation. « JMP nous a aidé à mettre en place une série d’expériences et a permis à l’ensemble du projet de se dérouler de manière fluide et rapide en nous permettant de planifier les choses à l’avance », dit-il. « Comme JMP est très simple à utiliser, nous avons pu nous adapter aux changements et aux problèmes qui sont survenus au cours de ce processus. »

Des étudiants en ingénierie des États-Unis et de Chine travaillent ensemble pour concevoir des solutions aux défis du monde réel

À Cal Poly, l’apprentissage ne se limite pas uniquement à la salle de classe ou au campus. En plus d'enseigner pendant l'année scolaire, Pan dirige un programme d'études à l'étranger unique pour les futurs ingénieurs, appelé Engineering in China, pour lequel Cal Poly s'est associé à l'Université de technologie du Zhejiang (ZJUT) à Hangzhou. À l'été 2016, 11 étudiants de Cal Poly et 22 de ZJUT ont étudié l'ingénierie de qualité et ont travaillé ensemble en équipe pour identifier et résoudre des défis d'ingénierie du monde réel à l'aide de JMP.

Au cours de l’été, Pan a enseigné aux étudiants les bases de l’ingénierie de qualité et de l’ANOVA. Les étudiants ont ensuite développé ce qu’ils ont appris en préparant un projet d’équipe. Il leur a été demandé d’identifier un problème d’ingénierie visant à améliorer la qualité au sein d’un système existant – un hôpital, une banque ou un réseau de transport, par exemple –, de recueillir des données pertinentes à ce problème, d’analyser ces données, de préparer une présentation et de produire un rapport.

Cal Poly offre également aux étudiants en ingénierie une opportunité unique d'étudier à l'étranger en Chine. Les cours d'ingénierie de qualité sont enrichis d'un volet de projet indépendant dans lequel les étudiants sont mis au défi de concevoir des solutions à des problèmes d'ingénierie du monde réel. « J'ai suivi le cours d'ingénierie de la qualité du professeur Pan en Chine et j'ai travaillé avec des étudiants [de l'Université de technologie du Zhejiang] sur un projet portant sur le système de transport à Hangzhou. « JMP a été très utile, tant en classe que pour le projet », explique Wade Bedinger, étudiant de premier cycle.

« JMP est flexible, vous pouvez donc faire beaucoup de choses différentes. Vous pouvez modifier vos graphiques pour les adapter parfaitement aux présentations et manipuler les axes pour afficher les données sur lesquelles vous souhaitez vraiment vous concentrer.

— Wade Bedinger, premier cycle

Lorsqu’une équipe a observé des temps d’attente longs et un système d’enregistrement inefficace dans un hôpital local de Hangzhou, les étudiants ont vu une opportunité d’amélioration. Ils ont entrepris de concevoir une solution qui améliorerait l’expérience du patient. Pour ce faire, ils ont commencé par recueillir des données : nombre de patients selon l’heure de la journée, durée des temps d’attente et temps passé dans le processus d’inscription. Les étudiants ont ensuite analysé les données et formulé des recommandations d’amélioration.

« [Dans la classe du Dr Pan], nous avons utilisé les processus Six Sigma pour analyser les projets d'équipe. Le projet m'a certainement aidé à apprendre le contrôle statistique des processus et un certain nombre de modules de qualité différents, en examinant les graphiques disponibles. « L’interface de JMP est très agréable : vous pouvez utiliser les données brutes pour créer des graphiques et analyser et interpréter les données. »

— Kyle Batman, étudiant de premier cycle

L’objectif d’apprentissage du programme, explique Pan, n’est pas seulement de permettre aux étudiants d’appliquer les concepts d’ingénierie appris aux systèmes existants, mais de « former nos étudiants à fonctionner dans un environnement d’équipe internationale multidisciplinaire ». C'est une compétence très, très importante : être capable de travailler en équipe, de comprendre différentes cultures et de surmonter les barrières linguistiques. Et c’est un point qui est particulièrement pertinent dans le domaine de l’ingénierie aujourd’hui.

« Il est très important de s’adapter à l’industrie », explique Pan. Alors que de nombreuses entreprises manufacturières mondiales cherchent à embaucher des diplômés de haut niveau, Pan veille à ce que ses étudiants quittent Cal Poly avec la bonne boîte à outils : une compréhension supérieure des concepts et de la théorie de l'ingénierie, une capacité démontrée à travailler en collaboration avec des pairs de tous horizons et de toutes nationalités, et une expérience des technologies du métier.

Préparer les étudiants à intégrer des carrières industrielles après l'obtention de leur diplôme

Il y a plusieurs années, après avoir assisté à une série de réunions de l'American Society for Quality à San Jose, en Californie, Pan dit avoir remarqué que de nombreux leaders de l'industrie utilisaient JMP. « J'ai pensé que ce serait une bonne idée que nos étudiants sachent comment utiliser JMP, car beaucoup d'entre eux travailleront ensuite pour ces entreprises en Californie.

« Nous offrons la formation et, grâce à leur connaissance du logiciel une fois diplômés, nos étudiants auront un avantage. »

« En étudiant l’ingénierie de la qualité avec le Dr Pan en Chine, j’ai élargi ma compréhension des moyens de traiter de grandes quantités de données. Nous avons pu mettre en pratique nos connaissances en ingénierie et en statistique avec différents logiciels, même si j'utilise principalement JMP. Je sais que dans le domaine de la fabrication, chaque fois que vous avez affaire à des analyses avec plusieurs dimensions, des logiciels statistiques comme JMP joueront un rôle essentiel pour m'aider à analyser de grands ensembles de données. « On me dit que dans le secteur manufacturier, JMP est ce que tout le monde utilise pour l'analyse. »

— Kyle Batman, étudiant de premier cycle