Las fábricas de aprendizaje representan un entorno de fabricación realista para la educación , la formación y la investigación . En las últimas décadas, se han construido numerosas fábricas de aprendizaje en el ámbito académico y en la industria. [1]
El término fábrica de aprendizaje consta de dos palabras. La palabra " aprendizaje " indica el desarrollo de competencias , mientras que la palabra " fábrica " define un entorno de fabricación realista. [2] La definición generalmente aceptada fue acordada dentro del CIRP CWG y publicada en la Enciclopedia CIRP: [3] Según la Academia Internacional de Ingeniería de Producción (CIRP), una fábrica de aprendizaje se define por
Dependiendo del propósito de la fábrica de aprendizaje, el aprendizaje se lleva a cabo a través de la enseñanza , la capacitación y/o la investigación . En consecuencia, los resultados del aprendizaje pueden ser el desarrollo de competencias y/o la innovación. Es deseable un modelo operativo que garantice el funcionamiento sostenido de la fábrica de aprendizaje. [4]
La diferencia entre las fábricas de aprendizaje y las fábricas de modelos es que las fábricas de aprendizaje proporcionan un concepto didáctico y un modelo operativo para la capacitación.
El término "fábrica de aprendizaje" se acuñó por primera vez en los EE. UU. en 1994, cuando la National Science Foundation (NSF) otorgó un premio a un consorcio de la Universidad Estatal de Pensilvania. Se han apoyado proyectos de diseño relacionados con la industria en una instalación de 2000 m2 con máquinas, herramientas y materiales. Se pudieron resolver problemas reales de la industria en un entorno realista. En 2006, el programa recibió el Premio Gordon de la Academia Nacional de Ingeniería para la Innovación en Educación en Ingeniería. En Europa, se han diseñado cada vez más fábricas de aprendizaje en la última década. Una de las primeras fábricas de aprendizaje de esta ola es el "Centro para la Productividad Industrial" fundado por el Instituto de Gestión de la Producción, Tecnología y Máquinas Herramientas (Technische Universität Darmstadt), establecido en 2007 (ver sección 3). [1] En 2011, se estableció la Iniciativa sobre "Fábricas de Aprendizaje Europeas" con la 1.ª Conferencia sobre Fábricas de Aprendizaje en Darmstadt (Alemania). [5] La Iniciativa ha dado lugar a una colaboración europea sobre el tema de las fábricas de aprendizaje. En 2017, la iniciativa decidió incluir fábricas de aprendizaje de todos los continentes y cambió su nombre a “Asociación Internacional de Fábricas de Aprendizaje”.
En la fábrica de aprendizaje de procesos CiP de la Universidad Técnica de Darmstadt, fundada en 2007, se desarrollan competencias para la producción eficiente y la Industria 4.0 . En ella se simulan el suministro de materias primas, el mecanizado, el control de calidad, el montaje, el embalaje y los procesos indirectos de forma similar a una pequeña y mediana empresa . Además de las ocho variantes del cilindro neumático , en un área de mecanizado eficiente se implementan los requisitos individualizados por el cliente de diferentes medidas. En unos 500 m2 , los alumnos aplican métodos eficientes y resuelven problemas por propia experiencia. La fábrica de aprendizaje puede representar diferentes escenarios, desde un entorno de producción desequilibrado y derrochador hasta un estado eficiente y digital. Los 15 módulos de aprendizaje diferentes están estructurados en conceptos básicos de eficiencia, elementos básicos de eficiencia y pensamiento eficiente. En un módulo de aprendizaje, las experiencias prácticas se alternan con la enseñanza teórica. La fábrica de aprendizaje de procesos CiP forma parte del centro de competencias para pymes de la región del Rin-Meno, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania. Con las nuevas tecnologías de la Industria 4.0 implementadas, el concepto de lean se amplía. Se implementan diferentes tecnologías, por ejemplo, trazabilidad de productos, asistencia a los trabajadores, gestión digital de la planta, mantenimiento predictivo, Milk Run 4.0 y AGV. Con cada tecnología implementada se integran nuevos temas para los módulos de aprendizaje. Además, el instituto operativo ha establecido muchas fábricas de aprendizaje para el mundo académico y la industria en todo el mundo. [5] [6] [7]
En la fábrica piloto de la TU Wien se trabaja con la Industria 4.0. Se trata de un entorno de pruebas realista con máquinas reales, cadenas de producción reales y un producto real. En 900 m2 se fabrica una impresora 3D que utiliza el principio de modelado por deposición fundida. Las dimensiones de la impresora se pueden configurar según los requisitos del cliente. Se integran diferentes conceptos de la Industria 4.0, como por ejemplo la adaptabilidad de procesos y diseño, un alto grado de interacción hombre-máquina y el uso de análisis de datos para la transparencia y la optimización. El transporte AGV conecta la fabricación con el área de montaje. El material se repone automáticamente. Además, los operarios reciben asistencia mediante robots colaborativos, sistemas de asistencia, tecnología de sensores y procesamiento de imágenes. [5] [6] [8]
La Stellenbosch Learning Factory de la Universidad de Stellenbosch ofrece formación en operaciones eficientes y ergonomía, y es una plataforma de investigación para la Industria 4.0. Los grupos destinatarios son socios industriales y estudiantes de ingeniería industrial. Entre los nuevos desarrollos se incluye un programa de doble titulación de máster con la Universidad de Reutlingen . Los estudiantes alemanes tienen la posibilidad de visitar una escuela de verano. En la fábrica de aprendizaje se han integrado un sistema de seguimiento y localización RFID y una visualización de KPI en tiempo real. El producto de la Universidad de Stellenbosch es un tren de juguete en escala O. [5]
La iFactory de la Universidad de Windsor se centra en los temas de aprendizaje integrado de productos y sistemas e Industria 4.0. En una superficie de 200 m2 se han montado mesas de trabajo y tensores de cinturones de seguridad para automóviles. El seguimiento de los procesos y la planificación y programación de las operaciones de producción se pueden realizar mediante etiquetas RFID. El sistema completo es modular y reconfigurable con equipos de FESTO Didactic. El objetivo principal de la fábrica de aprendizaje es la investigación, la enseñanza y la demostración para estudiantes y la industria. La fábrica de aprendizaje se creó en 2011 y es la primera de su tipo en Norteamérica. [5] [6]
El Laboratorio de Excelencia Operativa de la Universidad de Luxemburgo es un lugar para que los socios industriales adquieran experiencia práctica con herramientas lean y demuestren nuevas tecnologías relacionadas con la Industria 4.0. Algunos ejemplos de nuevas tecnologías son la integración de RFID, la realidad aumentada y los manuales digitales. Además, se forma a los estudiantes de máster de ingeniería. La fábrica de aprendizaje es una plataforma para adaptar nuevas características tecnológicas para desarrollar, analizar y validar su utilidad en líneas de montaje o desmontaje. El producto de la fábrica de aprendizaje es una perforadora. [5]
El centro de atención de la Learning Factory for Lean Production (LSP) de la TU München es la producción lean. El producto fabricado es una caja de cambios real con 24 variantes. La instalación consta de una zona de montaje, una zona de taller kaizen y una zona de enseñanza teórica. Se representan los procesos de logística, montaje, control de calidad y embalaje. Durante el curso se recrea un recorrido lean típico: desde una situación insatisfactoria hasta un estado lean. La teoría se enseña en las sesiones de clase teóricas. Cada año se ofrecen de cuatro a seis cursos de formación. El equipo móvil se puede transportar a cualquier lugar. [5] [6]
Los temas principales de la fábrica de aprendizaje LPS son la producción ajustada, la Industria 4.0 y la eficiencia de los recursos. Fue fundada en 2009 por la Universidad del Ruhr de Bochum . En una superficie de 1.800 m2 se fabrican tapones de botellas, porta tapones de botellas y diversos productos bajo pedido . El entorno de producción incluye diversas máquinas herramienta, transportes de carga, estaciones de montaje manual y diversos robots industriales. Los temas principales son la producción ajustada, la Industria 4.0 y la eficiencia de los recursos. Cada año, 900 estudiantes realizan ejercicios prácticos. Se producen productos reales que se compran para la industria. Además, en la fábrica de aprendizaje se llevan a cabo numerosos proyectos de investigación, por ejemplo, el modelo de madurez de la Industria 4.0, los sistemas de asistencia y aprendizaje, los sistemas de producción ciberfísicos y la robótica industrial. Desde 2018, la fábrica de aprendizaje forma parte del centro de competencia SME 4.0 Siegen. [5] [6] [9]
El Werk150 (anteriormente ESB Logistics Learning Factory) de la ESB Business School es un auténtico entorno de aprendizaje, desarrollo e investigación. El centro, que se puso en marcha en 2014, ofrece una infraestructura de vanguardia para la formación y el perfeccionamiento de los estudiantes. Además, se abordan temas de actualidad de la investigación aplicada y se desarrollan y prueban nuevos métodos, herramientas y tecnologías futuras, así como métodos de control para sistemas de trabajo y logística adaptables. Los resultados de la investigación aplicada se integran continuamente en las actividades del curso. El Werk150 representa una empresa de producción modelo con toda su cadena de valor industrial y una cartera de productos y servicios cambiante. En particular, se replican y se examinan en su totalidad los procesos en las áreas de ingeniería de productos y sistemas de trabajo, entrada de mercancías, almacenamiento, preparación de pedidos, producción, montaje y fabricación aditiva, así como la distribución.
En el Werk150 se estudian y transmiten los requisitos e influencias de la Industria 4.0 en cursos de formación y perfeccionamiento. Dispone de un gemelo o imagen digital que se vincula con una fábrica real mediante tecnologías de la información y la comunicación. De este modo, tanto los productos como la producción se pueden planificar y simular de forma virtual, la producción se puede controlar digitalmente y el estado y la ubicación de los pedidos, las piezas y los recursos se pueden supervisar en tiempo real.
El P2O-Lab es una fábrica de aprendizaje de 110 m2 situada en las instalaciones de la Universidad Tecnológica de Dresde . [10] Basándose en planteamientos de soluciones de los campos de la modularización , la digitalización y la inteligencia artificial , el P2O-Lab investiga los próximos pasos para atender a mercados altamente variables con ciclos de vida de productos casi binarios . [11] El P2O Lab se pregunta qué requisitos, modelos, métodos y herramientas deben cumplirse para ello. Como UserStory que lo acompaña , el objetivo es derivar, evaluar e implementar un proceso adecuado a partir de módulos de planta existentes directamente desde el pedido de producto. Los hallazgos de la investigación actual se están incorporando posteriormente a la docencia de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la TU Dresden . Además, los estudiantes, así como las personas externas, tienen la oportunidad de adquirir experiencia práctica en el P2O-Lab en el contexto de talleres y pasantías.
Desde 2011, la plataforma de aprendizaje MPS de Daimler AG fabrica diferentes productos en 3000 m2 con el tema principal de la producción eficiente. Se utilizan los componentes originales de la producción, así como modelos a escala 1:10 con varias simulaciones. Se simulan un taller de prensa, un taller de carrocería, un taller de pintura, un taller de montaje y una logística como partes de la industria del automóvil. Los productos ensamblados se pueden reutilizar después del curso: p. ej., unidades de control del techo, parasoles, cubiertas, alfombrillas o rasgaduras de la habitación. Los cursos los imparten empleados internos cualificados con conocimientos didácticos y una larga experiencia en el área de producción. El curso consta de un 20 % de teoría y un 80 % de práctica. Se ofrecen más de diez módulos de aprendizaje diferentes para los participantes, que se llevan importantes conocimientos a su trabajo diario. La plataforma de aprendizaje MPS recurre cada vez más a la cooperación con socios externos, como la Universidad Técnica de Darmstadt. [6]
La fábrica de aprendizaje de Festo en Scharnhausen es operada por Festo AG desde 2014 y se centra en cuatro áreas temáticas diferentes: procesamiento mecánico (1), montaje de válvulas y terminales de válvulas (2), automatización y mejora de procesos (4) y administración de la fábrica de aprendizaje (4). En cuatro salas de 220 m² se fabrican válvulas y terminales de válvulas neumáticas. Se ofrecen más de cuarenta módulos de aprendizaje en catorce puestos de trabajo diferentes. Los participantes son exclusivamente de Festo, especialmente para la formación de nuevos operadores y la cualificación avanzada de los trabajadores en activo. Cada líder de equipo o un especialista de equipo cualificado forma a los operadores por sí mismo. Por ello, se han desarrollado módulos de "formación de formadores". Los cursos de formación se desarrollan continuamente y se integran nuevos productos, nuevos procesos y nuevos equipos de producción. [6]
El concepto de fábricas de aprendizaje ofrece potencial a los enfoques didácticos y técnicos anteriores. A través del entorno realista, los estudiantes están más motivados y se facilita el desarrollo de competencias. Es posible el aprendizaje basado en problemas , proyectos o investigación. El aprendizaje orientado a la acción produce ventajas significativas en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. [12] Los métodos, innovaciones y tecnologías se pueden transferir a la industria con mayor facilidad. A través de las fábricas de aprendizaje, los estudiantes pueden aplicar métodos en un entorno de producción realista sin el efecto negativo de detener las líneas de producción en su propia empresa. [13]
Las fábricas de aprendizaje están diseñadas en tres niveles de diseño: [6]
Se pueden ver más detalles sobre el proceso de diseño de fábricas de aprendizaje en la disertación de Michael Tisch con el título "Modellbasierte Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung von Lernfabriken für die schlanke Produktion". [14]
El concepto de fábrica de aprendizaje también es limitado. La planificación, el desarrollo, la construcción y el funcionamiento de las fábricas de aprendizaje requieren recursos financieros y de personal. Las fábricas de aprendizaje físicas necesitan espacio en una instalación. Se deben comprar y mantener máquinas, lugares de trabajo y otros elementos de la fábrica. Los socios y el personal deben estar dispuestos y ser capaces de participar en una fábrica de aprendizaje. La sostenibilidad debe garantizarse mediante un modelo operativo. Además, las fábricas de aprendizaje mapean secciones limitadas de entornos de producción. Una sola fábrica de aprendizaje no puede proporcionar un entorno general adecuado para todos los desafíos académicos e industriales. Se abordan sectores industriales específicos, temas abordados, procesos de producción individuales, departamentos de la empresa y grupos objetivo. Las capacidades de mapeo de las fábricas de aprendizaje son limitadas. [13]