1 Uvod

Pro Hackin ‘ (Product Hackathons for Innovative Development) je mednarodni projekt, ki ga financira Erasmus in je namenjen napredku visokošolskih pristopov. Štiri univerze – UL-FS, TUW, POLIMI in UNI-ZG so vodilne institucije v tem projektu.

Glavni cilj projekta je uvesti produktne hekatone v predmete  konstruiranja, s ciljem izboljšati kakovost učne izkušnje študentov. Koncept hekatonov ni nov na področjih, kot sta programiranje in razvoj programske opreme, vendar je še vedno premalo raziskan za uporabo na drugih inženirskih področjih. Številne prednosti hekatonov, npr. hitro in učinkovito ustvarjanje idej v kratkem času, večja osredotočenost in motivacija udeležencev ter intenzivno sodelovanje in timsko delo so nekateri izmed vidikov, ki bi lahko bistveno izboljšali projektno zasnovane predmete konstruiranja. Cilj tega projekta je torej raziskati potencial hekatonov v izobraževanju o konstruiranju in razviti metodologijo za njihovo izvajanje kot sredstva odprte inovacijske prakse med univerzami in podjetji.

2 Hekatoni izdelkov

Produktni hekatoni so nova oblika časovno intenzivnih tekmovanj v reševanju problemov, ki so osredotočena na konstruiranje fizičnih izdelkov. Načrtovanje in razvoj fizičnih izdelkov običajno zajemata pravočasen in kompleksen proces, ki ima svoje posebnosti in značilnosti. Splošni cilj tega projekta je vključiti ključne elemente procesa inženirskega načrtovanja v hekatone, da bi zagotovili nov, privlačen in participativen učni pristop za študente inženirstva, ki bi spodbudil pobude za odprte inovacije. Da bi razvili metodologijo za konceptualizacijo in izvedbo hekatonov izdelkov ter njihovo integracijo v inženirsko izobraževanje, smo najprej identificirali glavne značilnosti hekatonov:

• Časovno omejen dogodek
• Kratko trajanje (1-2 dni)
• Zaprto okolje
• Vključevanje deležnikov
• Začne se z uvodom
• Odprta naloga/izziv iz resničnega sveta
• Konkurenca
• Udeleženci
• Timsko delo
• Nagrade
• Brez vsiljene delovne strukture
• Rezultati so zasnove rešitev
• Pitch predstavitve

Kot del tradicionalnega poučevanja procesa inženirskega načrtovanja v projektnih nalogah predmetov konstruiranja študentje izkusijo problemsko učenje, ki ga lahko opišemo kot petstopenjski proces (Hmelo -Silver, 2004): 1) razumevanje problema, 2) Raziskovanje problema, 3) Identifikacija, iskanje in interpretacija relevantnih informacij, 4) Raziskovanje možnih rešitev in konstruiranje rešitve problema in 5) Analiza rešitve in procesa, ki je pripeljal do njenega nastanka. Obstajajo različne izvedbe problemsko temelječega učenja, odvisno od njihovega fokusa – identifikacija problema ali generiranje rešitve (problemi, ki jih definirajo industrija ali študenti). Kot tak je mogoče ta koncept problemsko temelječega učenja enostavno prenesti v kontekst procesa inženirskega načrtovanja in preslikati na različne stopnje procesa.

Proces konstruiranja lahko širše gledamo kot iterativ razjasnitve problema, zamisli, evalvacije, izdelave prototipov in testiranja. Ti koraki so zelo dobro usklajeni s procesom razvoja rešitve, ki je prisoten v hekatonih. Vendar pa zaradi vnaprej določenega vrstnega reda stopenj v inženirskem načrtovanju uvedba hekatonov zahteva postavitev strukture predmeta z določenimi mejniki, ki bi usmerjali proces načrtovanja. Pri izvajanju hackatonov izdelkov je treba upoštevati časovno omejevalno naravo hekatonov skupaj z minimalnim časom, ki je potreben za ustvarjanje oprijemljivih rezultatov načrtovanja. Iz tega razloga bodo produktni hackatoni najučinkovitejši, če bodo pokrivali le nekaj stopenj procesa konstruiranja naenkrat z jasno definiranim rezultatom.

Kot je navedeno zgoraj, je proces načrtovanja razdeljen na več stopenj načrtovanja, pri čemer mora vsaka stopnja rezultirati v oprijemljivi, bolj jasno definirani inženirski rešitvi izdelka. Faze procesa konstrukcijsko- razvojnega procesa z njihovimi pričakovanimi rezultati so prikazane spodaj:

V industrijskem okolju se projekti inovativnega konstruiranja običajno začnejo z odprtim/slabo opredeljenim problemom, ki ga zastavlja organizacija, ki zagotavlja dovolj prostora za ustvarjalnost. Skozi prvo fazo (fuzzy-front end) se problem konstruiranja postopoma razjasni z uporabo različnih uporabniških in tržnih raziskovalnih tehnik, zahteve za izdelek pa se oblikujejo v predlog konstruiranja. V naslednji fazi so definirane funkcije izdelka in predlaganih več konceptov. Po identifikaciji perspektivnih preliminarnih konceptov se razvoj nadaljuje z raziskovanjem možnih principov delovanja in definiranjem delnih konstrukcijskih rešitev. Te rešitve se nato združijo in izberejo se ustrezne fizične komponente izdelka. V končni fazi je virtualni in/ali fizični prototip izdelka običajno izdelan, testiran in ovrednoten, preden gre izdelek lahko v proizvodnjo.

Zato so ključni vidiki inovativnega procesa konstruiranja, ki jih je treba upoštevati pri hekatonih izdelkov:

• Odprta inženirska naloga
• Faze in mejniki načrtovanja
• Primerno trajanje
• Konstrukcijsko-oblikovalske metode in orodja
• Rezultat v obliki prototipov konstruiranja
• Predstavitve rešitev in izdelkov
• Vključevanje deležnikov

3 Izvajanje hekatonov pri predmetu konstruiranja

V tem projektu raziskujemo, kako je mogoče hekatone izdelkov implementirati v učni načrt za študente inženirstva. Ta pristop spodbuja samoregulirano učenje, toda za razliko od običajnih projektno temelječih predmetev lahko študenti prek produktnih hackatonov pridobijo dragoceno znanje in veščine za časovno omejeno reševanje problemov. Več podrobnosti o izvedbi univerzitetnega predmeta, kjer smo izvajali produktne hekatone, najdete v sklopu drugega rezultata projekta: Študija primera.

4 Metodološki okvir

Konstruiranje in inženiring fizičnih izdelkov obsegata dolgotrajen in kompleksen proces. Glede na časovne omejitve hekatonov in njihovega izvajanja v celotnem univerzitetnem predmetu smo se odločili, da konvencionalni proces konstruiranja z opredeljenimi mejniki razdelimo na vrsto hekatonov. Inženirski izziv je obsegal tri zaporedne hekatone izdelkov, od katerih se je vsak osredotočal na eno glavno fazo procesa konstruiranja: idejo, konceptualno zasnovo in utelešenje. To nam je omogočilo, da smo jasno določili pričakovanja in določili zahtevane rezultate za vsak hekaton. S temi tremi hekatoni smo želeli raziskati vlogo hekatonov in v kolikšni meri lahko koristijo učnemu procesu. Med vsakim hekatonom je bilo predlaganih nekaj oblikovalskih rešitev, vsakič z drugačno stopnjo podrobnosti. Spodnja slika prikazuje primerjavo tradicionalnega procesa konstruiranja s procesom, ki temelji na produktnih hekatonih.

Hekatone je treba enakomerno porazdeliti čez celotno trajanje univerzitetnega predmeta, da bi uravnotežili njihovo delovno obremenitev z drugimi predmetnimi obveznostmi v istem semestru. V okviru hekatonov bi morali biti študenti sposobni ustvariti večino oprijemljivih rezultatov, tj. konstrukcijskih idej. Študentske ekipe bodo imele med hekatoni čas, da konsolidirajo prejete povratne informacije predstavnikov podjetja s svojimi predlaganimi idejami, ocenijo rezultate, prepoznajo potencialne izboljšave in razjasnijo smer, v katero bodo ubrane.

Pred vsakim hekatonom je treba študentom zagotoviti gradivo z navodili o metodah načrtovanja in orodjih, ki bi jih bilo treba/lahko uporabiti na posameznih hekatonih. Ta gradiva morajo študentom zagotoviti osnovne teoretične osnove in najboljše prakse za uporabo različnih metod in orodij. Poleg tega bi morali biti akademski trenerji na voljo vsaki ekipi za pomoč in svetovanje o teh zadevah.

Hekaton #1: Generiranje idej

Za pravilno izvedbo tega začetnega hekatona je bilo študentom naročeno, da izvedejo:

• Tržne raziskave
• Raziskava uporabnikov
• Razmišljanje o idejah in navodilih za izdelke
• Določite vsaj 3 produktne vizije na ekipo

Skupaj z uvodnimi lekcijami in vajami, ki so jih vodili predavatelji, so študentje prejeli materiale za samostojno učenje (v tednu pred dogodkom), ki so jih lahko uporabili tudi med hekatonom.

Orodja:

• Predstavitve in prosojnice z navodili, ki pojasnjujejo idejno fazo
• Uvod v raziskovanje trga in uporabnikov s pregledom njihovih metod
• Primeri in predloge za tehnike možganske nevihte
• Tehnike in primeri za izvajanje tržnih raziskav
• Tehnike in predloge za izvajanje raziskav uporabnikov
• Orodja, primeri in predloge za ustvarjanje vizije izdelka

Z metodološkega vidika je pomembno poudariti, da je bil 1. hekaton izveden kot virtualni dogodek. Prav tako so morali predavatelji za uvedbo hekatona kot dogodka in njegovo integracijo kot del predmeta upoštevati tudi druge študijske obveznosti študentov. Zaradi tega je bil hekaton razdeljen na 2 zaporedna dneva, vsak dan po 4 delovne ure v popoldanskem času. Da bi olajšali vidike sodelovanja v virtualnem okolju med tovrstnimi časovno omejenimi dogodki, so trenerji predhodno pripravili infrastrukturo za e-učenje. Soigralci (študenti so bili razdeljeni v ekipe po 8) so komunicirali preko MS Teams in so se lahko na zahtevo razdelili v manjše podskupine znotraj ekipe. Poleg tega je večina ekip uporabljala orodje Miro kot tablo za deljenje, predstavitev in združevanje svojih problemov, idej in rešitev. Občasno so študenti prosili svojega trenerja, da jim pomaga z razlago metod in jim svetuje, kako organizirati delo.

Hekaton #2: Razvoj konceptov

V drugem hekatonu so bili študentje razporejeni na:

• Iskanje rešitve za funkcije izdelka
• Ustvarjanje množice konceptov izdelkov

Zagotovljena navodila in materiali so bili:

• Predstavitev in diapozitivi, ki pojasnjujejo fazo idejne zasnove
• Predavanje in predloge za definiranje projektnih zahtev
• Predavanje in predloge za metode in tehnike konceptualnega konstruiranja
• Materiali za branje: izbrana poglavja iz knjig konstruiranja o tehnikah za konceptualno načrtovanje

Drugi hekaton je ponovno potekal kot virtualni dogodek. Razdeljen je bil na 2 zaporedna dneva, vsak dan po 4 delovne ure v popoldanskem času, z dodanimi odmori. Komunikacija in sodelovanje med študenti je bilo podprto na podoben način kot 1. hekaton. Vendar je bila v tem hekatonu bolj poudarjena uporaba grafičnih orodij za vizualizacijo idej kot v 1. fazi. Ponovno je bilo študentom omogočeno, da učitelje zaprosijo za pojasnila in razlago o uporabi različnih orodij za konstruiranje in IKT.

Hekaton #3: Utelešanje

V 3. fazi so študentje morali:

• Opredelitev izvedbe izdelka: deli izdelka in materiali
• Izvedite študije izvedljivosti in izdelave
• Ustvarite virtualni prototip izdelka (3D modeli/podrobne skice, izračuni)

Dobili so poučna gradiva:

• Predstavitev in diapozitivi, ki pojasnjujejo fazo zasnove izvedbe
• Diapozitivi in vadnice za orodja za modeliranje in simulacijo CAD (OnShape, Simscale)
• Predavanja o CAD in CAE

Ta hekaton je bil organiziran kot dogodek v živo v fizičnem okolju. Ta dogodek je bil organiziran v učilnici CAD (računalniško podprto načrtovanje) na TUW na Dunaju v Avstriji in je skupno trajal 12 ur. Študenti so uporabili sodelovalno orodje CAD v oblaku (Onshape) za ustvarjanje virtualnih prototipov svojih modelov. Študenti so morali razdeliti in delegirati delovno obremenitev, vsak član ekipe pa je moral prispevati individualno s svojim računalnikom in računom. Glavni cilj tega hekatona je bil integrirati njihove podrešitve (za različne funkcije) v eno koherentno celoto in ustvariti virtualno predstavitev njihove rešitve.
Digitalna komunikacijska orodja so bila še vedno uporabljena za komunikacijo z osebno neprisotnimi člani (samo dva) ter za podporo določenih diskusij in deljenja vsebin med delom. Hekaton se je zaključil s pregledom konstruiranja, kjer so razpravljali in analizirali virtualne prototipe.

Zaključek inženirskega izziva

Končno, po tretjem hekatonu so imeli študentje nekaj več časa za dokončanje svojih zasnov in pripravo končnih predstavitev svojih idej. Rezultat vsake ekipe je bila podrobna rešitev izdelka/storitve, ki je vključevala več oblikovalskih podrešitev za različne funkcije konstruiranja. Končne oblikovalske rešitve so bile predstavljene predstavnikom industrije in širšemu občinstvu na zaključnem zaključnem dogodku.

5 Postavitev

Za razvoj in validacijo metodologije za uvajanje in izvajanje hekatonov kot dela inženirskega izobraževanja je bil projekt razdeljen na 3 zaporedna študijska leta, med katerimi je načrtovana izvedba serije produktnih hekatonov v različnih okoljih. Postavitve se lahko razlikujejo glede na vrsto okolja (virtualno, fizično, hibridno), različne stopnje procesa razvoja izdelka (konceptualizacija, utelešenje itd.), znotrajšolsko/izvenšolsko dejavnost, samostojni dogodek/niz hekatonov itd. Iz tega razloga bo skozi projekt doseženo boljše razumevanje učnih rezultatov in učinkov hekatonov.

Študentje bodo lahko v okviru študijske dejavnost sodelovali pri mednarodnem predmetu inženirskega konstruiranja. Ta predmet bo služil za potrditev naših predhodnih ugotovitev v prvih dveh projektnih letih, pa tudi za opredelitev korakov za izboljšanje v prihodnjih letih. Vsako leto se bo skupina 40 študentov inženirstva udeležila inženirskega izziva, ki ga dodeli industrijski partner, med 1-semestrskim predmetem konstruiranja in razvoja izdelkov. Študenti bodo delali v mešanih mednarodnih ekipah (do 8 članov) in sodelovali z uporabo različnih konstrukcijskih in komunikacijskih orodij. Na koncu vsakega hekatona bodo svoje rezultate predstavili industrijskim partnerjem, ki naj nato pregledajo in pokažejo smer nadaljnjega razvoja izdelka za vsako ekipo. Končni rezultati hekatonov so sestavljeni iz števila podrobnih produktnih rešitev, ki so jih razvile študentske ekipe. Delijo jih s predstavniki industrije, ki lahko ideje uporabijo za svoje prihodnje izdelke. Skozi hekatone se študentje na privlačen način naučijo procesa konstruiranja in pridobijo praktično izkušnjo dela na resnični industrijski nalogi. Poleg tega se skozi izziv ustvarjajo povezave med vsemi deležniki projekta. Na ta način je omogočeno odprto inoviranje med študenti, akademskim osebjem in industrijo.

Med izzivom vsako ekipo spremlja mentor, akademski svetovalec, ki jim pomaga z razlagami in predlogi metod in orodij za uporabo. Za spodbujanje ustvarjalnosti in inovativnosti bo splošni izziv opredeljen kot odprta in slabo definirana naloga, ki bo študentom omogočila raziskovanje in konceptualizacijo različnih alternativ za razvoj inovativnih konstrukcijskih rešitev. Kot je navedeno zgoraj, bo znotraj predmeta vsak izziv razvoja izdelka obsegal 3 hekatone izdelka za različne faze procesa konstruiranja. Vendar se lahko njihovi glavni cilji in pričakovani rezultati razlikujejo glede na izkušnje, pridobljene v prejšnjem letu. Tako bi lahko preizkusili različne časovne razporede in obsege hekatonskih dejavnosti, da bi povečali potencialno vrednost za študente in industrijske partnerje. Dodaten vidik, ki je v zadnjih letih postal bolj aktualen, je razlikovanje med delovnimi principi in praksami v fizičnih, virtualnih in hibridnih okoljih. Trajanje vsakega hekatona je treba prilagoditi glede na načrtovano okolje in pričakovane rezultate, npr. spletni dogodek ali dogodek v živo, in naj traja od nekaj ur do celega dneva (npr. 12 ali 24 ur). Različne konstrukcijske dejavnosti in komunikacijski mediji bodo povzročili različne zahteve do udeležencev in lahko vplivajo na ravni stresa, motivacijo in zavzetost. Zato bodo v tem projektu obravnavani, testirani in ovrednoteni številni vidiki hekatonov, da bi našli optimalne parametre za hekatone izdelkov.