Le analisi del mondo reale uniscono le aule di ingegneria di due continenti

La sfida

La maggior parte dei laureati in ingegneria finisce per intraprendere una carriera nell'industria dopo la laurea. Prepararli non solo al successo, ma anche a portare una vera innovazione e una visione globale del mondo nei loro campi, non è un compito facile.

Soluzione

Gli studenti sono incoraggiati a utilizzare JMP sia in classe che fuori.

I risultati

Utilizzando JMP per insegnare l'ingegneria, Pan prepara i suoi studenti a carriere competitive presso alcune delle migliori aziende non solo negli Stati Uniti ma in tutto il mondo.

Quando i laureandi della California Polytechnic State University (Cal Poly) scelgono di specializzarsi in ingegneria, sanno di essere destinati a una carriera in un settore che premia l'innovazione, soprattutto quando questa è supportata da analisi precise e accurate. Per questo motivo, la preparazione degli studenti all'impiego nell'industria ingegneristica è diventata la pietra miliare della pedagogia del XXI secolo nelle aule universitarie di ingegneria di tutto il mondo.

Jianbiao John Pan, PhD, è professore di Ingegneria industriale e di produzione presso il Cal Poly ed esperto di microelettronica e packaging elettronico. Ogni trimestre insegna corsi universitari su una serie di argomenti, dal livello introduttivo di Progettazione e analisi dei test ingegneristici a corsi avanzati come Ingegneria della qualità, Progettazione degli esperimenti e Ingegneria dell'affidabilità.

Come altri leader nella formazione ingegneristica, Pan cerca di stimolare i suoi studenti attraverso un apprendimento attivo e cooperativo basato su progetti.

Jianbiao John Pan, PhD, è professore di Ingegneria industriale e di produzione ed esperto di microelettronica e packaging elettronico. I suoi corsi di ingegneria manifatturiera sono specificamente progettati per preparare gli studenti a carriere di alto livello nel settore.

Il Cal Poly College of Engineering è una delle istituzioni leader a livello nazionale per la formazione in ingegneria. I professori del Cal Poly sposano una filosofia di insegnamento basata su progetti che combina la teoria con la pratica. La loro missione? Fornire un'eccellente formazione "Learn by Doing" (imparare facendo) e laureare professionisti pronti per il primo giorno di lavoro".

Pan illustra agli studenti un esempio di come l'analitica possa essere utilizzata per aiutare a superare le sfide del miglioramento della qualità e dei processi. Mentre l'autore dimostra l'analisi, gli studenti seguono la procedura in JMP sui loro monitor, giocando con i dati per vedere da soli cosa è possibile fare.

"JMP è molto potente e ha una grafica così dinamica", dice Pan. Questa flessibilità, unita alla sua interfaccia facile da usare, rende JMP uno strumento importante per gli studenti, che possono imparare da soli i concetti dell'ingegneria esplorando e sperimentando i dati. "Mentre analizzavamo i concetti, il dottor Pan tirava fuori JMP e mostrava - in modo molto tangibile - come si presentava", racconta lo studente laureato David Otsu. "JMP è stato un ottimo strumento per imparare e poi per applicare le conoscenze acquisite".

Le analisi interattive di JMP^® facilita l'apprendimento della qualità, dell'affidabilità e della progettazione degli esperimenti.

L'idea è che, se si contestualizza la teoria inserendola in problemi relativi, gli studenti saranno più stimolati intellettualmente. L'introduzione delle applicazioni e della pratica in classe, tuttavia, richiede anche l'introduzione di nuove tecnologie più accessibili agli studenti.

Per Pan, ciò significa introdurre i suoi studenti al software di rilevazione statistica JMP. "JMP è molto potente e ha una grafica dinamica: mi piace molto", afferma. "È possibile manipolare facilmente la scala e il tipo di testo sia sull'asse y che sull'asse x e persino modificare la dimensione dei caratteri. Hai così tanta libertà". Nel suo corso sulla progettazione di test ingegneristici, Pan dice di affidarsi a modelli di analisi: Distribuzione, Adattamento di Y per X, Coppie abbinate e Modello di adattamento. Nei corsi più avanzati, aggiunge la progettazione di esperimenti, qualità e processi, affidabilità e capacità di sopravvivenza.

Proiettando JMP durante le sue lezioni, Pan dimostra passo dopo passo anche i concetti più avanzati con immagini interattive che gli studenti possono poi replicare da soli, sia che seguano JMP su un computer portatile durante la lezione, sia che usino JMP per completare i compiti. "Per molti compiti e progetti assegnati nelle mie classi", spiega Pan, "gli studenti creano trame e visualizzazioni". Questi risultati sono ottimi non solo per riferire e comunicare i risultati, ma anche per approfondire la comprensione dei concetti e della teoria alla base delle sfide del mondo reale in cui potrebbero imbattersi in seguito lavorando nell'industria manifatturiera.

"Mi occupo di ingegneria dei materiali e in questo campo è necessaria molta sperimentazione. Fortunatamente, l'intero processo di progettazione degli esperimenti è facilitato da JMP: ad esempio, se si sta eseguendo una sorta di fattoriale frazionario, è davvero facile impostare il tutto in modo che venga generato in JMP. Essendo così interattivo e intuitivo, JMP rende molto più facile guardare i dati e lavorarci al volo. Per una persona come me che apprende in modo visivo, è davvero utile".

- David Otsu, studente laureato

Per esempio, in un recente progetto finale, alcuni studenti hanno esaminato la cristallinità dell'acido polilattico, un polimero termoplastico versatile e biodegradabile prodotto da fonti rinnovabili come il mais e la canna da zucchero. La biodegradabilità del polimero lo rende un'alternativa ideale e più sostenibile dal punto di vista ambientale alle tradizionali applicazioni di base, come gli imballaggi alimentari e le stoviglie monouso.

Sapendo che l'acido polilattico può essere lavorato a diversi gradi di cristallinità, gli studenti di Pan hanno cercato di identificare e studiare i fattori che influenzano la cristallinità - e quindi anche il suo potenziale come valida plastica alternativa - variando il grado del polimero, il tempo di permanenza e la velocità di raffreddamento. "Nella prima fase ci siamo concentrati su un metodo di produzione della cristallinità del PLA che fosse molto realistico, un processo che si usasse davvero nell'industria, ma non ha funzionato", ricorda lo studente laureato del Cal Poly David Otsu. "Quindi abbiamo dovuto passare a una fase diversa, in cui abbiamo fatto la stessa cosa in un ambiente di laboratorio, molto controllato ma non utilizzabile per la produzione. E da questi risultati siamo riusciti a passare a una fase intermedia, un processo controllato in laboratorio che alla fine poteva essere utilizzato per generare prodotti". Inoltre, analizzando le interazioni tra le variabili, Otsu e i suoi colleghi sono stati in grado di affermare con un elevato grado di sicurezza che il materiale e la velocità di raffreddamento hanno un impatto significativo sulla cristallizzazione. "JMP ci ha aiutato a impostare una serie di esperimenti e ha fatto sì che l'intero progetto si svolgesse rapidamente e senza intoppi, permettendoci di pianificare le cose in anticipo", spiega. "Grazie alla facilità di collaborazione con JMP, siamo stati in grado di adattarci ai cambiamenti e ai problemi che si sono presentati durante il processo".

Studenti di ingegneria degli Stati Uniti e della Cina lavorano insieme per progettare soluzioni alle sfide del mondo reale

Al Cal Poly, l'apprendimento non si limita solo all'aula o al campus. Oltre a insegnare durante l'anno scolastico, Pan conduce un programma di studio all'estero unico nel suo genere per aspiranti ingegneri, noto come Engineering in China, per il quale il Cal Poly ha stretto una partnership con la Zhejiang University of Technology (ZJUT) di Hangzhou. Nell'estate del 2016, 11 studenti del Cal Poly e 22 dello ZJUT hanno studiato l'ingegneria della qualità e hanno lavorato insieme in team per identificare e risolvere sfide ingegneristiche reali utilizzando JMP.

Nel corso dell'estate, Pan ha insegnato agli studenti le basi dell'ingegneria della qualità e dell'ANOVA. Gli studenti hanno poi messo a frutto quanto appreso preparando un progetto di gruppo. In esso si chiedeva loro di identificare un problema ingegneristico per il miglioramento della qualità all'interno di un sistema esistente - un ospedale, una banca o una rete di trasporti, ad esempio - di raccogliere dati pertinenti a tale problema, di analizzare i dati, di preparare una presentazione e di produrre una relazione.

Il Cal Poly offre inoltre agli studenti di ingegneria l'opportunità unica di studiare all'estero in Cina. Il corso di ingegneria della qualità è arricchito da una componente di progetto indipendente in cui gli studenti sono chiamati a progettare soluzioni a problemi ingegneristici reali. "Ho seguito il corso di Ingegneria della qualità del professor Pan in Cina e ho lavorato con gli studenti [della Zhejiang University of Technology] su un progetto che riguardava il sistema di trasporto di Hangzhou. Sia in classe che per il progetto, JMP è stato davvero utile", afferma lo studente Wade Bedinger.

"JMP è flessibile e consente di fare molte cose diverse. È possibile modificare i grafici per adattarli alle presentazioni e manipolare gli assi per mostrare i dati su cui ci si vuole concentrare".

- Wade Bedinger, studente universitario

Quando un team ha osservato i lunghi tempi di attesa e un sistema di registrazione inefficiente in un ospedale locale di Hangzhou, gli studenti hanno visto un'opportunità di miglioramento. Si sono messi a progettare una soluzione che migliorasse l'esperienza del paziente. Per farlo, hanno iniziato a raccogliere dati: numero di pazienti per ora del giorno, durata dei tempi di attesa e durata del processo di registrazione. Gli studenti hanno poi analizzato i dati e formulato raccomandazioni per il miglioramento.

"[Nel corso del dott. Pan] abbiamo utilizzato i processi Six Sigma per analizzare i progetti di gruppo. Il progetto mi ha sicuramente aiutato a imparare il controllo statistico dei processi e una serie di moduli di qualità diversi, osservando i grafici disponibili. L'interfaccia di JMP è molto bella: si possono usare i dati grezzi per creare grafici, analizzare e interpretare i dati".

- Kyle Batman, studente universitario

L'obiettivo di apprendimento del programma, spiega Pan, non è solo quello di far applicare agli studenti i concetti di ingegneria appresi ai sistemi esistenti, ma anche quello di "educare i nostri studenti a lavorare in un ambiente di squadra internazionale multidisciplinare". È un'abilità molto, molto importante: saper lavorare in gruppo, comprendere culture diverse e superare le barriere linguistiche". Ed è particolarmente rilevante nel campo dell'ingegneria di oggi.

"È così importante calibrare il settore", afferma Pan. Con tante aziende manifatturiere globali che cercano di assumere laureati di alto livello, Pan si assicura che i suoi studenti lascino il Cal Poly con il giusto bagaglio di strumenti: una comprensione superiore dei concetti e della teoria dell'ingegneria, una capacità dimostrata di lavorare in modo collaborativo con coetanei di ogni provenienza e nazionalità e l'esperienza con le tecnologie del mestiere.

Preparare gli studenti a intraprendere una carriera nell'industria dopo il diploma

Alcuni anni fa, dopo aver partecipato a una serie di riunioni della American Society for Quality a San Jose, in California, Pan ha notato che molti leader del settore utilizzavano JMP. "Ho pensato che sarebbe stata una buona idea per i nostri studenti sapere come usare JMP, perché molti di loro andranno a lavorare per queste aziende in California.

"Noi forniamo la formazione, e con la loro conoscenza del software una volta diplomati, i nostri studenti saranno avvantaggiati".

"Studiando ingegneria della qualità con il dottor Pan in Cina, ho ampliato la mia comprensione delle modalità di elaborazione di grandi quantità di dati. Abbiamo potuto fare pratica utilizzando le nostre conoscenze ingegneristiche e statistiche con diversi pacchetti software, anche se io uso principalmente JMP. So che nel settore manifatturiero, ogni volta che si ha a che fare con un'analisi a più dimensioni, un software statistico come JMP sarà parte integrante dell'analisi di grandi serie di dati. Mi hanno detto che nel settore manifatturiero tutti usano JMP per le analisi".

- Kyle Batman, studente universitario