Joos Vandewalle Hubert Van Belle Faculteit Ingenieurswetenschappen Groep Wetenschappen en Technologie K.U.Leuven

Strategisch en probleemoplossend denken in complexe innovatieve industriële omgevingen. Toepassingen van Technisch-Organizatorische en Systeem Benaderingen TOSB http://set.kuleuven.be/phd/dopl/strategischdenken Joos Vandewalle Hubert Van Belle Faculteit Ingenieurswetenschappen Groep Wetenschappen en Technologie K.U.Leuven

BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Eerste lezing J. Vandewalle De natuur van Technologie en het profiel van engineering De eigen natuur van technologie, engineering en innovatie ≠ toepassen van de wetenschappen  Context maatschappij, grand challenges for engineering, stand van zaken Vlaanderen, EU, relatie met onderwijs..  Verschillende profielen van het onderzoek in de faculteiten (complementariteit) 


2-3-2011

Literatuur National Academy of Engineering US Grand challenges for Engineering http://www.engineer ingchallenges.or g/cms/8996/9221.aspx  The Innovation Union hec.europattp://.eu/research/innovation-union/index_en.cfm Innovation priorities in Europe Barroso 4-2-2011 http://ec.europa.eu/research/innovation-union/index_en.cfm  W.B. Arthur, “The nature of technology, What it is and how it evolves” Free Press, New York, 2009.  S. H. Christensen, B. Delahousse, M. Meganck,(eds.) “ Engineering in Context” Academica, 2009.  R. Van Santen, D. Khoe, B. Vermeer, "2030: Technology that will change the world”, Oxford University Press, 2011 


2-3-2011

Ambitie van Brian Arthur De natuur van technologie analyseren, de rol van engineering daarin  De mechanismen van evoluties en revoluties van technologiëen begrijpen Vb overgang van elektronica met buizen naar halfgeleiderelektronica: disruptief 


2-3-2011

What is technology ? The combination of components into systems, functional units, processes, and products  A collection of phenomena captured and designed for a specific use  More and more based on science and less on craftsmenship, but more than applying science  Illustrative examples: radio, marsrover, power plant, computer, chip, bridge, robot, internet, homebanking, scanner, prosthesis, airplane.. 


2-3-2011

Technological Change Schumpeter three phases  Invention (the creation of new technologies);  Innovation (the commercial introduction of new technologies);  Diffusion (the spreading of new technologies)


2-3-2011

Standard engineering: i.e. What do engineers do in their day-to-day activities 

  

  

Design of products, processes, systems + validating and improving these, based on scientific methods, and craftmanship, and using a standard toolbox of methodologies, and by combining standard components with various functionalities Using known concepts and methods To bring the concepts to reality by combining the components adequately in the design Design is expression of how to combine the components using various means of expression mathematical models, algorithm, diagrams, drawings, software tools, ... language. Creative field Problem solving Cooperative effort, with topdown, bottom up, meet in the middle Standard engineering learns from past experiences


2-3-2011

Invention+Innovation Development of novel solutions at various elements of the designed system : in the concepts used to achieve the purposes, in the choice of component technologies, in the component combinations, in the materials, architectures and manufacturing techniques in the improvement and the optimization of the processes and products BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Tr ansfor mer towar ds SME’s

Fundamental- Applied

Only the combination of fundamental and application oriented research can lead to innovation for SME’s with a low capacity to absorb academic research. Industry, SME’s… University colleges

Diffusion of knowledge Basic Research Creativity Discovery

university

time BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Application Creativity Discovery

Tr ansfor mer for global industr y

Short term, applications

Long term, many options

Time frame

Universities transformer Industry

Low

High

R&D cost

Providing focus for universities and basic insight for industrial partners BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Ref Imec

Relationship between science and engineering 

 



Science (natural sciences and math) aims at uncovering phenomena, and building knowledge about nature and about truth (information, facts, truth, general principles..) Engineering builds from science and its own expertise Science also builds on technology for setting up physical experiments, and virtual experiments using mathematical models and simulation Science and technology co-evolve in a symbiotic way


2-3-2011

The origin of technologies central question raised by Darwin : how do novel species arise ?  Our question: how do new technologies arise ?  New technologies are not invented from nothing  At the creative heart of invention lies the appropriation some sort of mental borrowing that comes in the form of half-conscious suggestion. 


2-3-2011

Origination in STEM Science, Technology, Engineering and Mathematics All disciplines are purpose oriented systems  All are constructed from principles 

- For technology : conceptual methods - For science : explanatory structures - For mathematics : truth structures consistent with basic axioms 

Therefore STEM come into being via similar types of heuristic processes fundamentally linking problems and the implementations that will satisfy the needs


2-3-2011

Vgl met The structure of scientific revolutions Thomas Kuhn Wetenschappelijke revoluties vertrekken van radicaal vernieuwende paradigma’s wetten van Newton, relativiteitstheorie,  Incrementeel onderzoek werkt binnen bestaande paradigma’s (verfijnen, verbeteren, uitbouwen..)  Wanneer experimenten niet meer kunnen verklaard worden binnen bestaande paradigma’s ontstaat de nood voor nieuwe paradigma’s 


2-3-2011

The structure of scientific revolutions vs technological revolutions Thomas Kuhn scientific evolution happens according to cycles : When a radically new principle (paradigm) emerges, it is challenged. That principle is then worked out, applied to many examplars, becomes adapted, and is further elaborated (structural deepening), and runs into its limitations and a new cycle can start.  New technologies follow similar cycles 


2-3-2011

Structural deepening of technologies 

Technology needs not only to perform well but - Still operate under other external conditions (economic..) - Perform more tasks - Be safe, reliable, inclusive and sustainable



Structural deepening actions to overcome these limits -

Add, modify, substitute subsystems Enhance performance Monitor and react to changing circumstances Enhance safety and reliability, durability,…


2-3-2011

Cycles of technology/morphing The cycle is not the only dynamics  Radical change within a technology=morphing, disruptive technologies 

- E.g. electronics vacuum tubes replaced by transistors - E.g. from wartime use of computers to mainframes, and to home computer 

New offsprings/domains from parentage - E.g. Internet and IT grew out of computation and telecommunication - E.g. unintended additional functionality: SMS


2-3-2011

Consequences on competitiveness Technology proceeds out of deep understanding of phenomena, and these are embedded as a deep set of knowings, that resides in people and establishes itself locally and grows over time school, thinktank  Both in basic science and technology  Building capacity for advanced technology is like planting watering and weeding rather than five-year plans 


2-3-2011

Technology enslaving our nature versus technology extending our nature Make explicit the choices to be made  Impact on education 

- Understanding the issues, mental training, ethical awareness 

Impact on research - Research topics selection


2-3-2011

Challenges for engineering Complexity  Interdisciplinarity bio, nano, mechatronics, integration,..  National Academy of Engineering US: grand challenges 2009,  Kon. Vlaamse Academie voor Wetenschappen KVAB 


2-3-2011

Grand challenges for engineering 1.

2.

3.

4.

zonne-ener gie zon levert 10000 keer meer energie dan het huidige electrische energieverbruik van de mens. huidige zonnepanelen zijn nog niet rendabel genoeg: commerciële zonnepanelen bereiken een rendement van 10 à 20 procent, Zonnepanelen met betere rendementen (rond de 40%) fusie-ener gie hoge temperaturen hele reactor in een oogwenk smelten, en die materie moet dus op zijn plaats gehouden worden door ze in zeer sterk magnetisch veld in te sluiten. gevaarlijke neutronen vrij, die de reactor na een tijd zelf radioactief maken. Technieken voor CO2-opslag ontwikkelen. CO2 is een zgn. broeikasgas en speelt een belangrijke rol in de opwarming van de aarde diep in de aardkorst gestockeerd=CO2-sequestratie. Om economisch rendabel te zijn moeten reusachtige onderaardse volumes beschikbaar zijn. de CO2 ook gebruiken om aardoliereservoirs sneller en efficiënter leeg te pompen, De stikstofkr ingloop her stellen De atmosfeer 78% uit stikstof (N2), scheikundig bijna inert. Ingenieurs kunnen efficiëntere meststoffen maken die niet tot een overschot aan N2O leiden, of kunnen de techniek van meststofinjectie tot bij de plant zodat minder verloren gaat.


2-3-2011

Challenges 5) toegang tot zuiver water gar ander en 1/6 mensen ter wereld heeft onvoldoende toegang tot water, gezondheidsproblemen te weinig water in de buurt, en al vervuild ;ontzouten, met technieken die heel wat electriceit vergen waardoor het enkel weggelegd is voor rijke landen in het zuiden. Nieuwe technologie om zout van het water te scheiden. het wedergebruik van water te verbeteren 6) stedelijke infr astr uctuur ver beter en De infrastructuur van onze steden is organisch gegroeid, en ze veroudert transportsystemen en systemen voor water-, afval-, energie- en databeheer verbeterd worden voor milieuvriendelijke stadsontwikkeling. De infrastructuur van de toekomst duurzaam en snel aanpasbaar moeten zijn. 7) Medische infor matiesystemen ver beter en uitwisseling van patiëntgegevens met behoud van het belang van privacy zodat dokters per patiënt snellere en betere diagnoses kunnen stellen. Met een gestandaardiseerd systeem kan de specialist in het ziekenhuis direct uw gegevens oproepen die uw huisarts heeft ingevoerd 8)Beter e medicijnen en medische appar aten fabr icer en geneeskunde van de toekomst meer op maat van de patiënt, vanuit genetische informatie, die voor elke mens uniek is. Ingenieurs spelen hier een rol om naast dokters en farmaceutici de technologie voor deze omwenteling : toestellen voor een snellere genetische profilering van de patiënt; ontwikkeling van nanotechnologie om medicatie doelgericht op de juiste plaats te leveren en de ontwikkeling van synthetisch levensweefsel (een nieuw hart bv., mechanisch of echt levend). BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Challenges 9)Computer s ler en denken zoals de mens denkt Door computers te leren leren zoals een mens leert leren, stapsgewijs, doorheen de ontwikkeling, kunnen betere computersystemen ontwikkeld worden, en dit geeft ook inzicht in hoe onze hersens werken. Deze ontwikkeling van artifiële intelligentie heeft al vruchten afgeleverd en zijn weg gevonden naar de markt: spraak- en gezichtsherkenning is al enkele jaren gemeengoed.. intelligente prothesen. 10)Nucleair e ter r eur Ofwel bekomen terroristen verrijkt ("weapons grade") uranium ofwel maken ze"vuile" bommen die wel niet zo krachtig als Hiroshima zijn, maar in een stad vele slachtoffers en nucleaire vervuiling veroorzaken. Technologie ontwikkelen en implementeren om illegaal transport van grondstoffen op te sporen. 11) Computer beveiliging Hackers en cybercriminelen bedreigden essentiële systemen in bankieren, nationale veiligheid en de transportwereld evenals de privacy van individuen. Computerbeveiliging wordt met de dag belangrijker. 12) Enhance vir tual r eality Echte virtuele realiteit creëert de illusie dat je effectief in een andere ruimte vertoeft. Het kan gebruikt worden voor trainingen, behandelingen en communicatie. In de populaire cultuur is virtualiteit al doorgedrongen. Denk aan het virtuele universum in de film 'The Matrix’ BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Challenges 13)Ler en op maat bevor der en Het leerproces in het onderwijs kan verbeterd worden door aanpassingen aan deleerstijl van elk individu en aan zijn leertempo en interesses. Softwareingenieurs kunnen geavanceerde programma's ontwikkelen om individuele leerprocessen mogelijk te maken. 14)Instr umenten voor wetenschappelijk onder zoek ontwer pen vooruitgang die ingenieurs boeken in het ontwerpen van microscopen en celanalysetoestellen voor de bioloog, telescopen en ruimtetuigen voor de astronomen, deeltjesversnellers voor de fysici,.... om die machines op termijn ook te verbeteren.


2-3-2011

Evoluties en context Kenniseconomie:

Meer fundamenteel, toegepast onderzoek en ontwikkeling in Vlaanderen Lissabon norm 3% Meer afgestudeerden nodig uit Wetenschappen en Technologie in Vlaanderen Vlaanderen loopt achter in W&T afgestudeerden Bachelor Master hervorming en Academizering en van de IWTdept uit de hogescholen, en Associatievorming onvermijdelijk maar ook opportuniteiten BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Innovation Union Scoreboard 1-22011

Denmark, Finland, Germany, Sweden all show a performance well above that of the EU27. These countries are the Innovation leader s.  Austria, Belgium, Cyprus, Estonia, France, Ireland, Luxembourg, Netherlands, Slovenia and the UK all show a performance close to that of the EU27. These countries are the Innovation follower s. 


2-3-2011

Belgium innovation follower with an above average performance   

Relative strengths are in Human resources, open, excellent and attractive research systems and Linkages & entrepreneurship. Relative weaknesses in firm investments, intellectual assets, and outputs High growth is observed for Venture capital and Community trademarks. A strong decline is observed for Non-R&D innovation expenditure, Community designs and Sales of new products. Growth performance in Human resources, Open, excellent and attractive research systems, Finance and support, Linkages & entrepreneurship and Intellectual assets is above average. In the other dimensions it is below average.


2-3-2011

Barroso to the European Council 4 February 2011 Standar ds and IPR ar e key  GSM = Europe world leader (EU-funded R&D; common EU standard set quickly; a single legal framework)  Wi-Fi = Europe follower (EU-funded R&D but process too slow to set an EU standard => result = non-EU, US industry- driven standard has become market leader) 

Electric vehicle EU=??


2-3-2011

see Cities and innovation in Europe 2010 BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Strategische Onderzoeks Centra in Vlaanderen IMEC chip technologie  VIB Biotechnologie  VITO Milieutechnologie  IBBT ICT technologie  SMC Materialen Maar ook initiatieven zoals Flanders’ Drive, Flanders’ Food, FMTC, Collectieve centra (SIRRIS, ..) 

Sommige eigen infrastructuur, andere geplaatst in universitaire labos met beperkte centrale diensten of in samenwerking met bedrijven BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Engineering education BAMA  Profile  Evolutions  Association  Synergies between research and education 


2-3-2011

Bachelor Master 3jaar bachelor +1-2jaar master Onderwijs gesteund op eigen onderzoek Europese (h)erkenbaarheid, mobiliteit en uitwisselbaarheid, maar geen uniformiteit Probleem voor de opleiding industrieel ingenieur ->keuze academizering via associatievorming BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Nood aan W&T afgestudeerden 

Analyse voor Vlaanderen : zie ook recent VRWB advies - wel nog goede opleiding wetenschappen/ wiskunde in SO - Maar Belgie onder EU-25 gemiddelde voor W&T afgestudeerden in HO tov Ierland, Finland.. - Veel jobs W&T die niet ingevuld raken, en bedrijfsleven klaagt - Weinig vrouwelijke en allochtone studenten in W&T



Aanpak - In SO degelijke kennis wetenschappen en wiskunde opbouwen en interesse voor wetenschappen en technologie stimuleren - Talentenschool NL voorbeeld - Operationele aanpak: Goede rolmodellen, incentives en belemmeringen wegnemen


2-3-2011

Agoria Skills for the future 



toekomstige noden/tekorten op de arbeidsmarkt voor de technologische industrie. 74% van de ondernemingen verwacht tegen 2015 vooral technisch personeel te moeten recruteren in het buitenland. Als tweede meest problematische groep komen de ingenieurs: 42% van de ondernemingen verwacht dat er in de toekomst te weinig burgerlijk of industrieel ingenieurs beschikbaar zullen zijn in Vlaanderen


2-3-2011

100%

80%

61,1% 60%

45,9%

40%

47,0%

44,7%

43,7%

44,9% 39,4%

38,2%

39,1% 36,3% 33,7%

31,1%

30,6%

29,9%

29,0%

28,1% 24,4%

24,0% 21,0%

18,3%

18,1%

17,4%

15,7%

31,6%

27,5% 25,3%

20%

33,6%

16,9%

15,6% 12,8%

12,7%

20,5%

19,7%

18,0%

14,5% 10,0%

9,3%

16,3%

11,1% 5,1%

0% FIN

SP

IER

D

POR

Totaal


ZW

OOS

VK

Mannen

2-3-2011

IT

Vl. Gem.

BEL

Vrouwen

DEN

LUX

NED

Belangstellingsindicatoren bij 18jarigen 0,6 0,4 0,2 0

Boeiend Praktisch Gemakkelijk Maatsch.

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 W IS


NTK

SCH

BIO

2-3-2011

GEM

Ervaringen met en zonder toelatingsexamen burgerlijk ingenieur 

    

Vroeger: Toelatingsproef burgerlijk ingenieur werkt stimulerend op wiskundeonderwijs in SO en goede slaagcijfers van de studenten eerste kandidatuur burgerlijk ingenieur 70% Sinds oktober 2003 in Vlaanderen geen toelatingsproef meer Strategie: programma eerste jaar aanpassen aan een minder homogene populatie en lat toch even hoog na eerste jaar Effect in Vlaanderen: typisch 40-45% meer studenten in eerste jaar maar slaagcijfers eerste jaar gedaald van 70% naar 50% Netto niet meer studenten in hogere jaren, en meer studenten die in eerste jaar niet slagen Vele niet geslaagde studenten verloren voor studies in wetenschappen en technologie


2-3-2011

Pleidooi voor oriënteringsproef en betere coaching in beginfase     

Doel studenten zo snel mogelijk in de juiste studierichting Oriënteringsproef/ Webtest in zomer na SO Goede studenten vertrouwen geven over kansen op succes Mindere studenten met realistische kansen coachen en zomercursus om bij te werken Mindere studenten zonder realistische kansen naar andere opleidingen verwijzen


2-3-2011

Opinies vanuit deze ervaringen   

Kwaliteitsvol onderwijs cruciaal voor de economische activiteit van een land Onderwijs moet de capaciteiten van alle jongeren maximaal laten ontplooien Grote tekorten in wetenschappen en technologie, en grote onevenwichten ( oa gender, allochtonen) - Negatieve rol van de media vs waardevolle initiatieven

 

Abituriënten goed informeren en coachen bij overgang naar HO: waardevolle rol van oriëntatieproeven secundair onderwijs cruciaal


2-3-2011

Associatievor ming 

 

Vermijden dat elke hogeschool moet omgebouwd worden tot een onafhankelijke universiteit maar gegroepeerd en vanuit een universiteit, met een gecoordineerde strategie per associatie Synergie tussen toegepast, basisonderzoek en project onderzoek Hogescholen geografisch dichter bij bedrijven en KMOs en historisch goede interacties. Dus opportuniteiten voor toegepast onderzoek, minder generiek maar specifieker en bruikbaarder


2-3-2011

Welke modellen ter discussie ? 





Homogenizering in studentenpopulatie en opleidingsaanbod en competetie met kwaliteit zoals in de VS--> niet aangepast aan jongeren noch aan bedrijfswereld Homogenizering in studentenpopulatie maar spreiding in de tijd Eerst Bachelor in de hogescholen en dan masters in de universiteiten--> erkent niet verschil in interesseprofiel bij de jongeren Gedifferentieerd profiel tussen industrieel en burgerlijk/bioingenieur--> meest zinvolle keuze sluit aan bij het verleden, en bij studenteninteresses, en diverse bedrijfsnoden


2-3-2011

Onderwijsgebeuren cfr VRWB Doorstroom Instroom −aantal studenten −internationale instroom −acuut probleem bij wetenschappen en technologie −borging van de kwaliteit

Inhoudelijk

−aandacht mix kennis/vaardigheden/attitudes −activerende onderwijsvormen −samenwerking bedrijfsleven −flexibele en efficiënt bruggen −versterking internationale dimensie

Uitstroom −aantal afgestudeerden −profiel afgestudeerden −internationaal perspectief

Financieel

−financiële draagkracht −verhouding en relatie onderwijs-onderzoek

Zowel bij de instroom, het opleidingstraject als bij de uitstroom naar het bedrijfsleven duidelijk profileren BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Gedifferentieerd profiel   



Geen scherp onderscheid in termen van inhoud of vorm van de opleiding, of studieprogramma Wel onderscheid op basis van gradaties van kennis, vaardigheid en attitudes Nuttig voor de recrutering van studenten (betere motivatie voor aangepast profiel) en voor de recrutering door bedrijven (betere afstemming op arbeidsplaats) 3 opleidingsprofielen: - wetenschappen: grondig, diepgaand en in 1 of 2 wetensch. - ingenieur/bioingenieur:pragmatischer, integrerend, sneller naar probleemoplossen en bruikbare ontwerpen en uitvoeringen - industrieel ingenieur:dichter bij het toepassingsdomein, en de industriele ontwikkeling, goede oplossingen selecteren, tactische inzet van know-how


2-3-2011

Klemtonen in de opleidingsprofielen Bio/Burgerlijk ingenieur

Industrieel Ingenieur

Theoretische diepgang Praktische toepassingen

Waarom ? Hoe ? Abstractievermogen Beheersing uitvoeringstechnieken Synthesevermogen Technische bagage Multidisciplinariteit Specialisatie Onderzoek Ontwikkeling BADS cursus TOSB les 1

2-3-2011

Profiel van onderzoeker/onderzoeksgroep 5 dimensies: 

 





ontdekken: de mate van zoeken naar nieuwe kennis en inzichten door exploratie en observatie van de wereld om ons heen en door conceptuele theorievorming toepassingsger ichtheid: de mate waarin onderzoeksactiviteiten een specifieke toepassing als aanleiding en streefdoel vooropstellen ontwer pmatig denken: de mate waarin onderzoeksresultaten tot stand komen door het scheppen van nieuwe structuren of processen, die nog niet in de natuur of het wereldbeeld voorkomen onafhankelijkheid: de mate waarin onderzoeksprioriteiten en zoekrichtingen mede gestuurd/gecontroleerd worden door potentiële beneficianten v/h onderzoek of door onderzoeksfaciliterende partijen inter actier adius: de mate waarin onderzoeksdaden het resultaat zijn van een directe interactie en verbondenheid met collega-onderzoekers uit meerdere disciplines en/of met verschillende onderzoeksprofielen


2-3-2011

Drie ijkpuntprofielen  De onderzoeker-kenniscreator ontdekken3/ toepassingsgerichtheid1/ontwerpmatig denken1/onafhankelijkheid3/interactieradius1 

De onderzoeker-probleemoplosser ontdekken2/ toepassingsgerichtheid2/ontwerpmatig denken3/onafhankelijkheid2/interactieradius3



De onderzoeker-ontwikkelaar ontdekken1/ toepassingsgerichtheid3/ontwerpmatig denken2/onafhankelijkheid1/interactieradius3


2-3-2011

Joos Vandewalle Hubert Van Belle Faculteit Ingenieurswetenschappen Groep Wetenschappen en Technologie K.U.Leuven

Recommend Documents