Интеграция производственных, цифровых, образовательных и бережливых технологий как условие эффективной подготовки квалифицированных специалистов для строительной отрасли

Строительство традиционно является одной из ключевых отраслей экономики и рассматривается в качестве важного фактора стабильного и устойчивого социально-экономического развития страны. Продукция строительной отрасли остается весьма востребованной, что обуславливает необходимость ее интенсификации и превращения в эффективную, конкурентную, высокотехнологичную и открытую [1]. В основу подобных изменений, безусловно, «заложены» высококвалифицированные кадры. Проблема подготовки квалифицированных кадров — ключевой вызов для рынка труда, поскольку система образования не всегда успевает за стремитель- ным развитием строительной отрасли. Одним из механизмов решения данной проблемы является интеграция производственных, цифровых, бережливых и образовательных технологий в процесс подготовки будущих специалистов для строительной отрасли, в том числе в рамках реализации федерального проекта «Профессио-налитет».

Материалы и методы исследования

Интеграция — это форма взаимодействия элементов, существенно повышающая эффективность функционирования каждого из них. Эффективность взаимодействия во многом определяет возможности и условия инновационного развития экономики, переход к постиндустриальной экономике (экономике знаний) [2]. Интенсификация экономики выдвигает новые требования к рабочим кадрам, качеству инженерно-технических работников, в том числе в строительной отрасли. Подготовка высококвалифицированных рабочих кадров не частная корпоративная задача, но главное условие развития реального сектора региональной экономики. Одним из возможных вариантов решения данной проблемы можно назвать дуальную систему образования, в основу которой положены принцип интеграции, максимальная возможность формирования реальных профессиональных компетенций на производстве [3]. Современный техник-строитель должен не только свободно владеть своей профессией, иметь набор профессиональных квалификаций и способности к эффективной работе, но и быть готовым к постоянному профессиональному росту и мобильности, компетентным как в своей, так и смежных областях деятельности, связанных с цифровизацией строительства. Достичь такого результата возможно путем интеграции в образовательный процесс производственных, цифровых, бережливых и образовательных технологий.

В педагогике профессионального образования действуют следующие общие дидактические принципы: научности; системности и последовательности; связи обучения с жизнью; мотивации учения и труда; активности и самостоятельности; наглядности и абстрактности; индивидуализации и дифференциации обучения и т. д. Каждый из них по-своему реализуется в среднем профессиональном образовании [4]. Сегодня в региональной системе профессионального образования достаточно полно выделены и обоснованы принципы интеграции СПО и производства. Традиционно в подготовке специалистов среднего звена особое значение имеет принцип связи обучения с жизнью, отражающий требования производства как сферы труда будущего профессионала, взаимодействие теории с практикой [5]. С учетом интенсификации всех отраслей экономики, в условиях активной цифровизации строительной отрасли необходима подготовка принципиально новых профессиональных кадров, отличающихся не только хорошей теоретической подготовкой, но и практическими навыками работы в условиях реального производственного процесса. Все это приводит к необходимости изменения подхода к профессиональному образованию различных уровней, в том числе в среднем профессиональном образовании.

Интеграцию среднего профессионального технического образования с производством мож- но определить как динамичную многокомпонентную систему. При этом каждому состоянию системы должны соответствовать определенные связи между ее компонентами, отражающие ту или иную форму интеграции. Интеграция дает возможность совместного использования ресурсов, возможность создания друг для друга благоприятных условий существования [6]. Таким образом, добившись полной интеграции производственных предприятий и образовательных учреждений, можно получить возможность изменения образовательных программ и технологий подготовки рабочих кадров с учетом требований, предъявляемых к ним потенциальным работодателем. Основным условием полной интеграции производственных предприятий и образовательных учреждений является интеграция технологий подготовки квалифицированных специалистов — образовательных, производственных, цифровых, технологий бережливого производства. Необходимость выпускать не просто грамотных специалистов, а инновационно ориентированных, способных адаптироваться в современном производственном процессе требует обновления как содержания образования с учетом требований отрасли, конкретных работодателей и перспектив развития экономики, так и технологий обучения, широкого внедрения в образовательный процесс технологий проектного обучения, информационно-коммуникационных и VR-технологий [7].

Особого внимания заслуживает цифровизация строительной отрасли, кардинально меняющая рынок труда. Профессии, которые казались вечными, в ближайшем времени окажутся в прошлом. Раньше без знаний и квалификации легче всего было устроиться именно на стройку, где всегда ценились «руки» и физическая выносливость. Многие профессии не нуждались в особой квалификации, им обучали прямо во время рабочего процесса. Но с приходом технологий потребность в неквалифицированном труде пошла на спад, а в специалистах, обладающих знаниями и компетенциями в IT, напротив, выросла1.

Информационное моделирование в строительстве становится обязательным для участников рынка, застройщики вынуждены привлекать специалистов, способных работать с цифровыми проектами, что подтверждает решение ГБПОУ «Южно-Уральский государственный технический колледж» о подготовке специалистов среднего звена, владеющих компетенциями в области BIM-моделирования по всем специальностям УГС 08.00.00 Техника и технологии строительства. Подготовка таких специалистов невозможна без интеграции образовательных, производственных, цифровых технологий и технологий бережливого производства.

Информационное моделирование зданий (BIM) стало наиболее часто используемой технологией в строительной отрасли, которую можно одновременно рассматривать и как производственную технологию для проектирования объектов капитального строительств и незаменимый инструмент для прогнозирования и повышения безопасности строительства в целом, и как цифровую, позволяющую создавать, редактировать и обмениваться цифровыми моделями, используя программное обеспечением BIM, и как технологию бережливого производства, обеспечивающую автоматическое обнаружение коллизий и выявление ошибок, что существенно сокращает потерю времени на их поиск и исправление, обнаружение конфликтов1. Таким образом, процесс формирования профессиональных и цифровых компетенций неразрывно связан с процессом формирования «бережливого сознания» через усовершенствование всех образовательнопроизводственных технологий [8].

Результаты исследования и их обсуждение

Наиболее ярко интеграция образовательных, производственных, цифровых технологий и технологий бережливого производства прослеживается в условиях реализации новой образовательной технологии «Профессионалитет» с учетом использования в образовательном процессе современной образовательно-производственной инфраструктуры и при участии в нем специалистов предприятий-работодателей. Так, с опорой на требования работодателей в процесс подготовки специалистов среднего звена по специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений включены дополнительные профессиональные компетенции, направленные на освоение широкого спектра квалификаций (бетонщик, арматурщик, облицовщик-плиточник, замерщик на картографо-геодезических и маркшейдерских работах), предусмотрено освоение дополнительного вида профессиональной деятельности — участие в разработке информа- ционной модели объекта капитального строительства, формируются навыки автоматизации строительного контроля и ведения документации по строительным объектам.

Обучение студентов рабочим профессиям в рамках программы подготовки специалистов среднего звена осуществляется на полигонах и учебно-производственных участках образовательно-производственного центра (кластера), оснащенного современным учебно-производственным оборудованием и инструментом, что позволяет моделировать условия реального производственного процесса и отрабатывать навыки применения современных производственных технологий строительства. Особенно ценным является участие инженерно-технических работников строительных компаний в учебном процессе в качестве наставников, а работодателей — в процедурах оценки качества подготовки. Все обучение по профессиональным модулям по освоению рабочих профессий организовано в форме практической подготовки в виде практических работ и практики. В ходе практической подготовки студенты не только осваивают производственные технологии, но и отрабатывают навыки организации рабочего места по системе 5С, что способствует формированию культуры бережливого производства.

Выбирая приоритетные направления развития обучающихся в сфере цифровизации строительной отрасли, ЮУрГТК определил содержание цифрового модуля, включающего основные направления цифровизации строительства. Так, в учебный план образовательной программы специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений введен вариативный профессиональный модуль (цифровой модуль) ПМ.06 Участие в разработке информационной модели объекта капитального строительства, в состав которого входят два междисциплинарных курса: МДК 06.01 Разработка информационных моделей в строительстве и МДК 06.02 Разработка цифровой модели местности.

Для освоения дополнительного вида деятельности создана соответствующая инфраструктура — лабораторный комплекс на две лаборатории, оборудованные современными компьютерными комплексами с установленным программным обеспечением (ПО), VR-системами. Также выделена зона защиты проектов, где установлен 3D-принтер для печати реальных моделей объектов капитального строительства в масштабе. Лаборатория «Разработка цифровой модели местности» дополнительно оснащена геосканером для создания цифровой модели местности, АРМом для обработки результатов сканирования, беспилотным комплексом для аэрофотосъемки.

Вариативный профессиональный модуль (цифровой модуль) предусматривает формирование следующих вариативных профессиональных компетенций:

• 1.    Обеспечивать техническое сопровождение информационного моделирования объекта капитального строительства.

• 2.    Разрабатывать и использовать структурные элементы информационной модели объекта капитального строительства на каждом этапе жизненного цикла.

• 3.    Разрабатывать архитектурно-строительные чертежи с использованием технологии информационного моделирования.

Все эти компетенции требуют от специалиста высокого уровня цифровой инженерной культуры для успешного осуществления профессиональной деятельности. Профессиональный модуль «Участие в разработке информационной модели объекта капитального строительства» также способствует формированию и развитию ключевых компетенций цифровой экономики.

Изучая вышеназванный профессиональный модуль, обучающиеся используют российское программное обеспечение Renga и Pilot-BIM.

Программа Renga относится к BIM-системе и позволяет создавать информационные модели объектов капитального строительства всех разделов проектной документации. На основании цифровой модели здания выпускается рабочая документация, отвечающая требованиям ГОСТ. Важным моментом в формировании документации является тот факт, что предварительные настройки ПО обеспечивают в основном невозможность отклонения оформления от принятых стандартов. Таким образом исключаются ошибки по части оформления проектной документации, и пользователь в процессе применения программного обеспечения осваивает фундаментальные основы этого процесса. Программа Renga позволяет организовывать совместную работу нескольких участников процесса проектирования, тесно связанную с использованием среды общих данных (СОД). Данную функцию осуществляет отечественная разработка — программа Pilot-BIM. Этот факт является неоспоримым преимуществом, поскольку разработчики смогли внедрить в программу все основные особенности государственных стандартов. Отдельного внимания заслуживают технологии обучения студентов. Среда общих данных позволяет осуществлять взаимодействие всех участников строительного процесса, а в рамках обучения — студента и пре-подавателя1. Программное обеспечение дает возможность осуществлять выдачу заданий, их проверку и выдавать замечания, устанавливать сроки выполнения, назначать аудиторов заданий, вести переписку по различным темам. Все это в полной мере позволяет отработать у студентов навыки коммуникации в цифровой среде.

Важным аспектом ТИМ-проектирования является кооперация в цифровой среде в рамках проектного обучения студентов. В процессе обучения каждый из участников получает определенное задание от преподавателя. Формируется ответственность за общее дело и за результат проекта. Отсутствие элемента здания или некачественное его представление отразится на общем результате проекта, но ответственность за эту часть работы определяется индивидуально. При отрицательном результате работы — отсутствие качественного исполнения элементов — предусмотрены два варианта развития событий.

Первый предполагает сдачу проекта в текущем виде. Плюсом такого варианта является четкое представление о результате работы каждого участника проекта и легкость обоснования оценки работы. Обучающиеся могут наглядно видеть, за что выставляется та или иная отметка, тем самым формируется понятие объективности оценки их труда. Студенты, выполнившие свои работы на «отлично» и «хорошо», получают соответствующую оценку собственных навыков, что формирует уверенность в своих силах и способность объективной самооценки. Главным минусом описанного варианта является отсутствие итогового результата группы обучающихся. В профессиональной жизни такой подход не даст возможности завершить работу и реализовать проект. Вся текущая работа без конечного результата в сфере строительства не отвечает главной задаче проектирования — принятие и выдача законченных проектных решений. Следовательно, такой принцип не моделирует реальный производственный опыт и не способствует закреплению требуемых профессиональных навыков.

Второй вариант включает в себя выполнение комплексного группового проекта, предполагающего перераспределение обязанностей внутри коллектива. При данном варианте группа обучающихся достигает конечной цели, что является главным ориентиром процесса обучения. Среди минусов данного подхода — неяв- ное подведение итогов работы и выставление оценок за работу. В конечном итоге студенты получают законченный продукт, но теряется четкая градация степени участия каждого из членов группы. Особого внимания заслуживает формирование компетенции управления информацией и данными, что отчетливо прослеживается при работе с программным обеспечением Pilot-BIM и правильным построением взаимодействия внутри коллектива. Pilot-BIM — среда общих данных, в которой происходит обмен информацией и данными по текущему проекту, в нашем случае по заданию преподавателя. В зависимости от полученных задач (это могут быть различные разделы проекта — АР, КР, а также часть инженерных сетей) обучающиеся делятся на несколько групп, группа в свою очередь делится на подгруппы по каждому разделу, формируя тем самым отделы разделов проекта, что моделирует реальные производственные условия. В каждой из подгрупп назначается руководитель из числа наиболее успевающих студентов. Руководители получают задания от преподавателя и распределяют их между участниками подгрупп. Эта процедура проходит под контролем преподавателя. В случае, если, по мнению преподавателя, распределение происходит некорректно, он имеет право перераспределить задания, сделав замечание руководителю группы. При выдаче заданий важным аспектом является четкая формулировка и срок выполнения. Программное обеспечение имеет возможность прикреплять файлы при выдаче заданий и назначать сроки исполнения, выдавать замечания по принятому проекту и отправлять на доработку, корректируя конечный срок выполнения. Управляя процессом проектирования, руководители подгрупп могут своевременно реагировать на отклонения от сроков и достигать требуемого качества разработанных проектов.

Одной из составляющих частей ТИМ-пространства является работа с расчетной частью проекта на основании цифровой модели. ПО обеспечивает расчетные процессы и выдает результаты, на основании которых принимается проектное решение. Чем корректнее и точнее заданы исходные данные, тем достовернее придут результаты. Критический анализ полученных результатов — важный момент в расчетном процессе. Безусловно, не имеет смысла отвергать современные технологии и опираться лишь на ручные расчеты, не доверяя расчетным комплексам. Критическая оценка позволяет получать оптимальный результат при сбалансированном распределении временных и трудовых ресурсов. В данной схеме человеку отводится роль контролирующего и принимающего окончательное решение на основании полученных результатов. Роль цифрового оборудования — выполнение типовых операций в кратчайшие сроки и с максимальной точностью. Чтобы человек был способен произвести оценку действий цифрового помощника, он должен критически подходить к результатам, опираясь на фундаментальную базу своих знаний и практического опыта.

В процессе работы над совместным проектом участникам предстоит осуществлять поиск нормативной документации, а также существующих каталогов строительных конструкций. При этом формируется компетенция «саморазвитие в условиях неопределенности», которая предполагает способность человека ставить себе образовательные цели под возникающие жизненные задачи, подбирать способы решения и средства развития (в том числе с использованием цифровых средств) других необходимых компетенций1. Безусловно, основные нормативные документы, как и основные инструменты моделирования элементов конструкций, обучающимся уже знакомы. При моделировании новой конструкции осуществляется поиск наиболее легкого и качественного построения элемента. Для этого необходимо изучить рекомендации разработчика, учесть опыт других пользователей2. Таким образом, в рамках работы над проектом перед студентом ставится конкретная задача и предлагаются способы решения, которые ему вначале необходимо изучить, а затем на основании изученного материала принять решение или разработать свой вариант.

В процессе формирования цифровой копии объекта капитального строительства перед специалистом возникает множество задач, важно то, что каждая из них имеет не единственный вариант решения. Одного и того же результата всегда можно достичь несколькими способами. Студент в рамках работы над проектом должен стремиться к тому, чтобы реализовать задачу с минимальными трудовыми и временными ресурсами в каждой конкретной ситуации. В процессе выполнения поставленных целей креативное мышление обучающихся формируется как максимально профессионально ориентированное.

Таким образом, вариативный профессиональный модуль (цифровой модуль), разработанный на основании многолетнего опыта мягкого последовательного внедрения цифровых инструментариев в процесс обучения специалистов среднего звена, полностью отвечает требованиям рынка труда к специалистам в условиях цифровизации строительства и реализуется путем интеграции производственных, цифровых и образовательных технологий.

Другим требованием работодателей в рамках разработки образовательной программы ФП «Профессионалитет» по специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений стало формирование у студентов навыков монтажа строительных конструкций при возведении жилых многоэтажных зданий массовой для Челябинской области 97-й серии. Осуществить обучение на практике в условиях реальной строительной площадки невозможно, эффективно это можно сделать, используя VR-технологии и специально разработанный тренажер. Студенты проходят обучение, сталкиваясь со смоделированными с участием работодателей ситуациями, созданными на примере реальных кейсов. Обучение предполагает отработку последовательных операций в условиях проведения работ на высоте, при грузоподъемных операциях. Использование симуляторов обеспечивает лучшие результаты обучения и дает возможность отработать действия при возникновении различных типовых и внештатных ситуаций. Так студенты приобретают бесценный опыт, и в результате формируются затребованные работодателем навыки. Технологии виртуальной и дополненной реальности (VR и АR) сегодня можно рассматривать как одно из наиболее перспективных направлений внедрения сквозных цифровых технологий в образовательный процесс подготовки специалистов среднего звена, позволяющих значительно обогатить процесс обучения, сделать его более интерактивным и понятным [9]. Технология дополненной реальности используется для формирования навыков безопасного поведения на стройплощадке, что для строительной отрасли крайне актуально. Цифровые интерфейсы IT в строительстве накладываются на реальность. Очки дополненной реальности проецируют цифровые изображения или текст в поле зрения студентов. С помощью этих гаджетов обучающиеся могут видеть инструкции или правила техники безопасности во время работы, также обеспечиваются точные измерения любых конструкций или материалов. Эта информация помогает быстрее ориентироваться в производственном процессе.

Выводы

Особенности строительной отрасли как создающей основные фонды для остальных отраслей экономики, зависимость темпов и масштабов строительства от состояния всей социально-экономической сферы страны являются причиной того, что интеграция новых производственных, цифровых, образовательных и бережливых технологий стала необходимым и эффективным инструментом воздействия на данную сферу. Образование в российском обществе призвано удовлетворять потребности как личности в получении знаний, умений и навыков, так и общества в подготовке квалифицированных кадров. Достигнув эффективного взаимодействия производства и образования путем интеграции производственных, цифровых, образовательных и бережливых технологий, мы решим обе эти задачи и получим по-настоящему талантливых и ценных специалистов.