Příprava na kariéru v čele leteckého a kosmického průmyslu

Představte si: Jste letecký inženýr s krátkou lhůtou na vývoj komponenty pro raketový motor. Žádný problém, pomyslíte si – koncepty znáte nazpaměť a model v CAD vypadá skvěle. Ale pak zkontrolujete 3D tištěný díl, který jste si nechali vyrobit externě, a něco je špatně. Úhel lopatek rotoru je špatný a průměr je větší, než bylo v návrhu. Dodavatel se vám neozývá. Najednou jste nad rozpočtem. Něco teče. Při testování čerpadla si nejste jisti, odkud se bere ta vibrace.

Úspěšné zvládnutí podobných nočních můr může inženýra udělat, nebo zlomit. Řešení problémů v reálném čase během montáže je však něco, co jen málokterý vysokoškolák zažije jako součást studia. Vstupuje do hry předmět 16.811 (Pokročilá výroba pro letecké inženýry), nový laboratorní kurz s důrazem na komunikaci, který umožňuje studentům třetího a čtvrtého ročníku vést celý inženýrský cyklus a sbírat zkušenosti, které zrcadlí výzvy, kterým budou čelit jako praktikující inženýři.

Pouhých 13 týdnů studenti navrhují, budují a testují laboratorní elektroturbopumpu, typ čerpadla používaného v kapalinových raketových pohonných systémech k dodávání paliva a oxidačního činidla do spalovací komory pod vysokým tlakem. Týmy po dvou či třech studentech procházejí celým výrobním procesem, přičemž vyvažují rozpočet, dokumentují a testují.

Kurz vyvinuli a vyučovali Zachary Cordero, Esther a Harold E. Edgerton Associate Professor, a Zoltán Spakovszky, profesor letecké techniky T. Wilsona, spolu s týmem asistentů, technických instruktorů a expertů na komunikaci. Poprvé proběhl minulý podzim a byl otevřen studentům, kteří dokončili sjednocené inženýrství, základní kurz 16 zahrnující čtyři disciplíny v jádru leteckého inženýrství. Po oznámení vyvolal takový zájem, že místa byla přidělována losováním.

„Někdy se předpokládá, že studenti získají praktické zkušenosti prostřednictvím mimoškolních aktivit, ale nemusí. Studenti v této třídě získají tyto zkušenosti díky přístupu k nejmodernějším nástrojům pro návrh a výrobu, jako je 3D tisk kovů,“ říká Cordero. „Nejenže se naučí, jak řešit zadání, ale naučí se, jak být inženýrem.“

Školení pro rychle se vyvíjející oblast

Kurz vznikl na základě zpětné vazby od účastníků každoroční letní dílny, kterou Cordero organizuje a která se zabývá problémy s materiály ve vícekrát použitelných raketových motorech. Účastníci z průmyslu, vlády a akademické sféry důsledně zdůrazňovali potřebu, aby příští generace inženýrů byla obeznámena s pokročilými inženýrskými koncepty a zároveň měla silné základy. Zkušenosti s novými výpočetními nástroji pro návrh a procesy, jako je aditivní výroba, se stávají nezbytnými pro úspěch v leteckém průmyslu. „Naším posláním je vzdělávat, inspirovat a motivovat příští generaci leteckých inženýrů. Musíme naslouchat tomu, co naši průmysloví partneři od inženýrů chtějí, a přizpůsobit náš studijní plán tak, aby splňoval tyto potřeby,“ říká Cordero.

Spakovszky, Cordero a tým budovali kurz dva roky prostřednictvím workshopů v rámci nezávislých aktivit, přičemž vyvíjeli nezávislé moduly, které vyučují koncepty konstrukce turbopumpy. První sada laboratoří se zaměřuje na rotory – rotující součástku s lopatkami, která nasává kapalinu do čerpadla a zvyšuje její tlak. Druhá laboratoř rozebírá rotorový systém, který podporuje rotor čerpadla, a třetí pokrývá integraci rotorového agregátu do skříně a konečné testování.

Během celého kurzu studenti dostávají výuku technické komunikace a školení na všechny strojírenské nástroje dostupné v laboratoři Arthura a Lindy Gelbových. Za učením konceptů a nástrojů je většina návrhu a implementace na studentech.

„Jsou tlačeni k tomu, aby se naučili učit se sami,“ říká Spakovszky. „Klíčovým rozdílem je, že neexistuje žádné řešení. V jiných kurzech máte problém a instruktor má řešení. Toto je otevřené a každý tým má jiný návrh.“ Řízení projektů je ponecháno na každém týmu, přičemž instruktoři a asistenti slouží jako zdroje, nikoliv vedoucí. Každý tým spolupracuje s dodavateli, aby pomohl realizovat své návrhy. Studenti prováděli analýzu strojů pomocí softwarových nástrojů Agile Engineering Design System (AEDS) a Advanced Rotating Machine Dynamics (ARMD) od Concepts NREC. Rotory byly tištěny v MIT SHED (laboratoř pro bezpečnost, zdraví a ochranu životního prostředí), s podporou Tolgy Duraka, řídícího ředitele pro životní prostředí, zdraví a bezpečnost, a průmyslovými spolupracovníky z Desktop Metal.

„Mnoho otázek návrhu, na kterých jsme pracovali, nemá jednoznačné odpovědi,“ říká studentka Danishell Destefano. „Naučila jsem se hodně o tom, jak číst odbornou literaturu a porovnávat kompromisy v návrhu, abych si mohla sama dělat rozhodnutí.“

Na podlaze

„Výroba věcí je opravdu těžká,“ říká Spakovszky. „Kromě výroby dílů a komponent vyžaduje montáž rotujících strojů pečlivé určení tolerancí rozměrů dílů a přesnou výrobu rozhraní pro splnění specifikací návrhu.“

Jádro kurikula tvoří samotný výrobní proces s jeho mnoha složkami, které představují jedinečnou výzvu pro studenty, kteří nemuseli zažít typ rychlého návrhového cyklu, který se v oboru stává stále běžnějším. Kurz využívá souběžné inženýrství jako metodu, která zdůrazňuje úzké vazby mezi základními koncepty, funkčními požadavky, návrhem, materiály a výrobou.

Studentské týmy dokumentují své výsledky z laboratoře v písemných zprávách a pravidelně prezentují průběh práce. Přednášející Jessie Stickgold-Sarah vyučovala třídu profesionální komunikaci. Na konci semestru studenti získají schopnost nejen vytvářet nové věci, ale také o svých výtvorech komunikovat.

„Opravdu jsem si užívala práci s touto skupinou studentů,“ říká Stickgold-Sarah. „Hlavní práce a prezentace vyžadovaly od studentů vyjádření myšlenkového procesu pomocí sekvence návrh-výroba-test a vysvětlení a zdůvodnění jejich voleb na základě jejich technického porozumění základním tématům. Byli neuvěřitelně pracovití a oddaní a práce a prezentace, které vytvořili, předčily moje očekávání.“

Kurz vrcholí závěrečnou prezentací, kde týmy prezentují své poznatky a získají zpětnou vazbu od svých instruktorů z MIT a zástupců průmyslu – potenciálních budoucích kolegů a zaměstnavatelů.

Ať už studenti jdou přímo do kariéry v raketovém nebo proudovém pohonu, šíře dovedností, které se v kurzu naučí, má uplatnění v různých oborech. „Největší dovedností, kterou jsem získala, je řízení času a projektů. Postavit čerpadlo za semestr je docela náročná výzva a učit se, jak si řídit čas a pracovat s týmem, byla skvělá měkká dovednost k osvojení,“ říká Destafano.

Kurz zdůrazňuje skutečnost, že výrobní proces může být stejně důležitý jako produkt. „Doufám, že díky tomu získají důvěru v to, že budou prozkoumávat neznámé a vypořádají se s nejistotou v inženýrských systémech,“ říká Cordero. „Ve skutečném světě věci tečou. Věci nejsou takové, jak jste si původně představovali, nebo se nechovají tak, jak jste si mysleli, že by se měly chovat. A studenti museli reagovat a odpovídat. To je skutečný život. Je to intuitivní, zdravý rozum, jistě – ale tuto dovednost si můžete vylepšit a rozvíjet v ní důvěru.“