Meriklusterin erikoisosaajien työelämälähtöiset koulutusmallit Pekka Räisänen
Meriklusterin erikoisosaajien työelämälähtöiset koulutusmallit Loppuraportti meritekniikan erikoistumiskoulutuksesta
TIIVISTELMÄ TURUN AMMATTIKORKEAKOULU PEKKA RÄISÄNEN 17.12.2018
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT Osahankkeessa kartoitettiin meritekniikan erikoiskoulutuksen toteutusmahdollisuuksia. Keskeisinä tekijöinä toteutuksessa havaittiin olevan ajantasaiset opetusaineistot. Raportissa käydään läpi yrityshaastatteluissa esiin tulleiden aihealueiden aineistoja. Meritekniikan yritysten ja korkeakoulujen materiaalien havaittiin olevan korkealaatuisia ja ajan tasalla olevia. Lähes kaikilla aihealueilla havaittiin, että ilmaista, ajan tasalla olevaa opetusaineistoa ei löytynyt. Hankkeessa havaittiin, että taloudelliset syyt ohjaavat erikoistumiskoulutusta laajoille hakijamäärille sopivaan suuntaan: meritekniikan erikoistumiskoulutuksen tulisi tarjota laajahko yleiskuva alaa vaihtaville insinööreille, eikä opintojaksojen sisällössä ei todennäköisesti voida mennä kovin syvälle opiskelijoiden esitietojen puutteen takia. Hankepartnerien yhteistä koeopintojaksoa testattiin Satakunnan ammattikorkeakoulun opiskelijoiden avulla. Havaittiin, että opiskelijat olisivat tarvinneet henkilökohtaista ohjausta Turun amk:n aiheista. Tämä ongelma on yleinen pienin resurssein toteutetussa etäoppimisessa. Toinen keskeinen tekijä oppimisen kannalta on se, että opintojaksolle valittavalla opiskelijalla on sopivat pohjatiedot. Tähän voidaan vaikuttaa opiskelijavalinnalla, mikä johtaa useimmiten pienryhmien muodostamiseen. Turun ammattikorkeakoulun osuudessa tarkasteltiin myös oppimisen käytännön reunaehtoja, lähinnä kustannuksia. Todettiin, että ensimmäisen opetuskerran kustannukset ovat suuruusluokkaa 5 000 – 13 000 e /opintopiste ynnä osuus ammattikorkeakoulun yleiskustannuksista. Yhteenvetona todettiin, että tarvittaessa erikoistumiskoulutus meritekniikassa voidaan saada aikaan Turun
ammattikorkeakoulussa, jos opintojaksot muodostetaan niin, ett채 ne voidaan j채rjest채채 muutamille opiskelijoille vuosittain, ammattikorkeakoulun muun meritekniikan opetuksen mukana.
SISÄLTÖ 1 JOHDANTO
5
2 MERITEKNIIKAN KOULUTUSAINEISTOT KESKEISISSÄ OPPISISÄLLÖISSÄ 6 2.1 Valittujen yritysten materiaalit 6 2.1.1 Merikelpoisuus 7 2.1.2 Elementtimenetelmän perusteet 7 2.1.3 Laskennallinen hydrodynamiikka 9 2.1.4 Suunnitteluohjelmistot Aveva Marine ja CADMATIC 10 2.1.5 Offshoretekniikka 11 2.1.6 Tulevaisuuden konstruktiot 12 2.1.7 Laivojen koneistojärjestelmät 13 2.1.8 Dieselsähköiset koneistot 14 2.1.9 Meritekniikan vientiyritykset 15 2.1.10 Tuotannonsuunnittelu 15 2.1.11 Meritekniikan verkostotalous 16 2.2 Yhteistyökorkeakoulujen materiaalit 17 2.2.1 Aalto- yliopisto, Kelluvan tuotteen suunnitteluun liittyvät peruskäsitteet 17 2.2.2 Satakunnan AMK, Laiva-automaatio 18 2.3 Julkisesti saatavilla olevia tietoja alan opetuksesta 19 3 OPETUS- JA AINEISTOANALYYSIN YHTEENVETO JA SUOSITUKSET 3.1 Meritekniikan osuus kaikille yhteisissä opinnoissa 3.2 Meritekniikan valinnaiset opinnot 3.2.1 Advanced Marine Design 3.2.2 Marine Power Plants 3.2.3 Marine Industry Cluster
20 22 22 23 24 24
4 TOIMINTAMALLIN ANALYYSI JA TESTAUS 4.1 Laivan vakavuuden perusteet- osuus yhteisestä koulutuspaketista 4.2 Laskennallisen hydrodynamiikan (CFD) opintojakson analyysi 4.2.1 Basics of fluid mechanics 4.2.2 Computational fluid dynamics 4.2.3 Ship design and powering 4.2.4 Propeller design 4.2.5 Propeller and main engine 4.2.6 Maneuvering and seakeeping
25 25 28 29 29 30 30 30 31
5 KOULUTUKSEN VALMISTELUN, OPETUKSEN KUSTANNUKSET
JA 32
MATERIAALIN
6 JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET
Kannen kuva: Hybridikoneistolla varustettu autolautta Berlin
TUOTTAMISEN
33
1 JOHDANTO Meri-Erko- hankkeessa useat Suomen merialojen koulutuslaitokset ovat mm. tutkineet koulutusverkostoja (Työpaketti 2), suunnitelleet koulutusmallia (TP3) ja kartoittaneet tarjontaa ja tarpeita (TP4). Turun ammattikorkeakoulun osahankkeessa keskityttiin meritekniikan erikoistumiskoulutukseen, ja valmisteltiin tätä tukevaa toimintamallia alan yritysten ja työnhakijoiden konkreettisten tarpeiden mukaisiksi. Opetusmateriaalin ja pedagogisten mahdollisuuksien testaamiseksi Satakunnan ammattikorkeakoulussa järjestettiin opintojakso, johon Turun ammattikorkeakoulu tuotti laivojen vakavuuteen liittyvän osan. Osahankkeessa analysoitiin meritekniikan olemassa olevia materiaaleja ja opetussuunnitelmia. Tämä on keskeistä, sillä ammattimaisesti toteutetun opetusmateriaalin valmistelutyön osuus uuden koulutuksen toteutuksessa on aiemmin havaittu olevan hyvin kallista. Kustannukset ovat näin suuria, mikäli tekijänoikeudetonta materiaalia ei ole saatavissa. Tämä pätee erityisesti ammattiaineissa, joiden oppikirjat ja muut aineistot voivat vanhentua muutamassa vuodessa. Siksi oli tärkeä kartoittaa, mitä aineistoa on käytettävissä, ennen kuin tehdään päätöksiä koulutuksen aloittamisesta.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
5
2 MERITEKNIIKAN KOULUTUSAINEISTOT KESKEISISSÄ OPPISISÄLLÖISSÄ Turun ammattikorkeakoulun laivalaboratorion osatyöpaketissa yksi tarkasteltiin meritekniikan alan koulutusaineistoja keskeisissä oppisisällöissä. Aineistoja kartoitettiin meritekniikan alan valituissa yrityksissä, ja yhteistyökorkeakouluissa. Sen lisäksi tehtiin pintapuolinen kartoitus julkisesti saatavilla olevista materiaaleista. Materiaalia havaittiin olevan melko runsaasti. Monilla yrityksillä on omaa koulutusmateriaalia, joka ei ole ammattikorkeakoulun saatavilla. Lähes kaikilla aihealueilla havaittiin, että ajan tasalla olevaa oppikirjaa tai ilmaista teknistä opetusaineistoa ei löytynyt. Selitys lienee se, että tekniikka kehittyy nopeasti ja potentiaaliset lukijamäärät ovat pieniä.
2.1 Valittujen yritysten materiaalit Turun ammattikorkeakoulun laivalaboratorio on jo aiemmin tehnyt yhteistyötä alan yritysten kanssa opetussisältöjen kehittämiseksi ammattikorkeakouluinsinöörikoulutuksessa. Myös ylemmän ammattikorkeakoulututkinnon valmistelussa on oltu tiiviissä yhteistyössä elinkeinoelämän kanssa. Meri-Erko -projektissa analysoitiin erikoistumiskoulutusten näkökulmasta opetusaineistoja, joita laivalaboratorio oli aiemmin saanut käyttöönsä kolmesta lähteestä: Elomatic Oy:stä, Deltamarin Oy:stä ja Meyer Turku Oy:stä.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
6
2.1.1 Merikelpoisuus Meritekniikassa käytettävä sana ”merikelpoisuus” on laajempi kuin yleiskielessä. Yleiskielen määritelmän lisäksi termi viittaa alusten ja aallokon fysiikkaan, kuten laivan kiihtyvyyksiin aallokossa. Merikelpoisuuteen liittyvää opetusmateriaalia saatiin vertailuun Deltamarin Oy:stä. Englanninkielinen aineisto sisältää laskennan teoriaperusteita ja käytännön sovelluksia. Sen laajuus on 6 sivua yhteenvetotekstiä, 40 opetuskalvoa ja laskuesimerkit.
Kuva 1 Laivan keinunnan siirtofunktio (Deltamarin)
2.1.2 Elementtimenetelmän perusteet Elementtimenetelmä (Finite Element Method) on nykyään keskeinen työkalu laivojen lujuustarkasteluissa. Tähän liittyvä aineisto tuli Deltamarin Oy:ltä. Aineisto sisälsi 25 sivun yhteenvedon, 52 opetuskalvoa ja laskentaesimerkkejä. Alla osuuden sisällysluettelo: Why and what? Ship types and required analyses Presentation of class society guidelines FE calculation method
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
7
Models Loads Analysis and criteria Non-linear FEA General FE tools Classification FE tools
Kuva 2 Rakenteen lommahdustarkastelua (Deltamarin)
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
8
2.1.3 Laskennallinen hydrodynamiikka Laskennalliseen hydrodynamiikkaan (Computational Fluid Dynamics, CFD) liittyvää opetusmateriaalia oli käytettävissä sekä Deltamarin Oy:ltä että Meyer Turku Oy:ltä. Deltamarin Oy:n tuottama englanninkielinen aineisto sisältää laskennan teoriaperusteita ja käytännön sovelluksia. Sen laajuus on 26 sivua yhteenvetotekstiä sekä näihin liittyvät opetuskalvot ja laskuesimerkit. Alla on sisällysluettelo Deltamarinin aineistolle. Principles of computational fluid dynamics Governing equations for ship flows Potential flow theory RANS equations Commercial potential flow codes in marine industry Commercial RANS codes in marine industry Computer capacity requirements Optimization Benefits Propeller and self-propulsion calculations Meyer Turku Oy:n englanninkielinen aineisto sisältää suurimmaksi osaksi käytännön ratkaisuja, lyhyitä teoriakertauksia ja kirjallisuusotteita. Sen laajuus on 410 sivua esityskalvoina. Alla on sisällysluettelo Meyerin aineistolle ”CFD in Ship design”: Targets Hull form Appendages Propulsion Propeller, Numeca examples Power predictions Maneuvering Seakeeping Wind (Force, Comfort, Smoke) Consulting ITTC, Articles MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
9
Kuva 3 Potkuri- peräsinyhdistelmän laskentaa (Raimo Hämäläinen, Meyer Turku)
2.1.4 Suunnitteluohjelmistot Aveva Marine ja CADMATIC Suunnitteluohjelmistoissa insinööritoimistoilla on laajaa koulutusta. Aveva Marineja CADMATIC- ohjelmistoihin liittyvät, kattavat pedagogiset aineistot olivat Laivalaboratorion käytössä. Aveva Marinea käytetään lähinnä rakennesuunnitteluun ja CADMATICia useimmiten järjestelmien suunnitteluun.
Kuva 4 Laivan lohkojen ja paneelien hierarkia Aveva Marinessa (Mikko Elonen, Deltamarin)
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
10
Kuva 5 Putken reititystä lisättyyn komponenttiin CADMATICissa (Elomatic)
2.1.5 Offshoretekniikka Deltamarinin tuottamassa aineistossa tarkastellaan merellisen öljyntuotannon yleispiirteitä, laitteistoja ja toimintatapoja. Aineistossa on 83 sivun yhteenveto, 180 opetuskalvoa ja laskentaesimerkkejä. Alle on listattu opetusaineiston pääotsikot. From field development to first oil Overview of typical offshore structures Crude oil production and storage in offshore units (FPSO) Presentation of main equipment of a FPSO HSE in offshore
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
11
Lähde: WikiDon,CC-BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=696897)
Kuva 6 Kelluva öljyntuotantojärjestelmä (Wikimedia)
2.1.6 Tulevaisuuden konstruktiot Tulevaisuuden konstruktiot- opetusaineistossa käsitellään meritekniikan kehitystrendejä ja innovointiprosessia. Aineistossa on 39 sivua, sekä esityskalvot ja tehtävät. Sisältö: Tulevaisuuden laivat ja innovaatiot Laivan suunnittelu Innovaatiomahdollisuuksien tunnistaminen Ideointisessio
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
12
Kuva 7 NYK Super Eco Ship 2030, 8000 konttia (Elomatic)
2.1.7 Laivojen koneistojärjestelmät Elomaticin tuottama englanninkielinen aineisto sisältää laivojen koneistojärjestelmien perusteita suunnittelutoimiston näkökulmasta, lukuun ottamatta pää- ja apukoneita sekä propulsiojärjestelmiä. Sen laajuus on 196 sivua yhteenvetotekstiä sekä näihin liittyvät opetuskalvot ja laskuesimerkit. Aineisto on jaettu loogisesti ryhmiin, jotka perustuvat ns. litterajakoon. Tällä tarkoitetaan laivan kaikki osat sisältävää nimikejaottelua. Tavallaan litterakirja sisältää otsikot, joiden alle koko laiva voidaan kuvata. Alla on esitetty aineiston sisällysluettelo, jonka numerointi vastaa Elomaticin käyttämää litterakirjaa. 1 General 2 Machinery arrangement 3 Safety and environment 51 Water 56 Ventilation 57 Fire 64 Fuel oil feed systems 65 Lubrication 66 Cooling 67 Steam and heat generation 71 Compressed air MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
13
73 Ship piping 74 Exhaust gas 82 Maneuvering 83 Stabilizers
Kuva 8 Painolasti- ja pilssijärjestelmä (Elomatic)
2.1.8 Dieselsähköiset koneistot Deltamarin Oy:n tuottama englanninkielinen aineisto sisältää dieselsähköisen koneiston suunnittelun perusteet. Sen laajuus on 109 sivua yhteenvetotekstiä sekä näihin liittyvät opetuskalvot ja laskuesimerkit. Aineisto on jaettu loogisesti suunnitteluprosessin etenemisen mukaan. Alla on sisällysluettelo. Why to consider electric propulsion for ship Electric power train basics Design flow on electric propulsion Choice of power plant engines, properties and configuration Choice of power transmission Choice of propulsor
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
14
Choice of propulsion motor and their specific properties Choice of main switchboard application and converter for propeller speed regulation Principles on economy of electric propulsion Safety, dimensioning and arrangement related aspects
Kuva 9 Dieselsähköinen järjestelmä (Deltamarin)
2.1.9 Meritekniikan vientiyritykset Deltamarinin tuottama materiaali käsittelee meritekniikan vientimarkkinoita yleisen aineiston ja seitsemän suuren vientiyrityksen yksityiskohtaisen materiaalin avulla. Aineisto sisältää 412 luentokalvoa, yhteenvetoja ja runsaasti kohdeyrityksiä käsittelevää materiaalia. 2.1.10 Tuotannonsuunnittelu Tuotannonsuunnittelun aineistossa esitellään meritekniikan prosesseja Deltamarinin näkökulmasta. Aiheet ovat: MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
15
Master plan Scheduling Construction philosophy Progress reporting
Kuva 10 Suurlohko konehuoneen alueelta (Deltamarin)
2.1.11 Meritekniikan verkostotalous Deltamarinilta saatiin tarkasteluun verkostotalouden toimintaan liittyvää aineistoa, joka käsitti esimerkkejä dokumentoinnista ja toimintatavoista, aiheita: Alihankkijat Ostot Projektiverkostot Kysely Tarjous Sopimus Riskienhallinta MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
16
Kuva 11 Verkoston toimintakuvausta (Deltamarin)
2.2 Yhteistyökorkeakoulujen materiaalit Aineiston lähteet olivat Aalto -yliopisto ja Satakunnan ammattikorkeakoulu. Kuten yritysten aineistojenkin yhteydessä, myös yliopistojen aineistoja tarkasteltiin potentiaalisen, ammattikorkeakouluinsinööritutkinnon suorittaneen opiskelijakunnan kannalta. Muita rajoituksia esimerkiksi esitiedoille ei ollut. 2.2.1 Aalto- yliopisto, Kelluvan tuotteen suunnitteluun liittyvät peruskäsitteet Meri-Erko- hankkeessa kokeillussa aineistossa annetaan lyhyt johdanto laivasuunnittelun peruskäsitteisiin ja kelluvan tuotteen hydrostatiikkaan. Aineisto koostuu 67 luentokalvosta ja opetusvideoista. Käsitellyt aiheet: Laivan konseptisuunnittelun sisältö Hydrostatiikka
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
17
Kuva 12 Professori Pentti Kujalan videoluento (Aalto- yliopisto)
2.2.2 Satakunnan AMK, Laiva-automaatio Satakunnan AMK:n materiaaleista tarkasteltiin laiva-automaation aineistoja, joissa oli 101 luentokalvoa ja yhteenveto. Sisältö: Komentosilta- automaatio Koneistoautomaatio Kommunikointi Palohälytysjärjestelmä Erikoissovellukset
Kuva 13 DP- konsoli laivassa (Satakunnan AMK)
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
18
2.3 Julkisesti saatavilla olevia tietoja alan opetuksesta Merkittävimmät ulkomaiset meritekniikan alan yliopistot julkaisevat opetusohjelmansa, ja suomalaisia sisältöjä verrattiin niihin nähden pistokoeluontoisesti. Kurssi kurssilta tarkastettiin Aalto-yliopiston, FH Emden-Leerin, University of Strathclyden ja University of Michiganin opetusohjelmat. Lopputuloksena voidaan sanoa, että uusia aihealueita suomalaiseen meritekniikan erikoistumiskoulutukseen ei ulkomailta löytynyt. Tämä oli odotettavissa, sillä meritekniikka on globaalia toimintaa. Samalla tavoin katsastettiin verkossa käytettävissä olevaa aineistoa, jota on runsaasti. Esimerkkeinä voidaan mainita University of Michiganin julkaisema kelluvuuden ja vakavuuden perusteiden videoluentosarja ja Massachusetts Institute of Technologyn harjoitustöiden kuvaukset. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että verkossa oleva aineisto ei korvaa kotimaista opetusmateriaalin tuotantoa meritekniikan alalla. Sitä vastoin ilmainen verkkomateriaali voi täydentää meillä tarvittavaa opetusaineistoa; esimerkiksi merenkulkua koskevia YouTube- videoita voi antaa opiskelijoille kotona katsottavaksi, ulkomaisia harjoitustehtäviä voi soveltaa suomalaisiin oloihin ja luentovideoita hyödyntämällä voi edistää monikielistä opetusta Suomessa.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
19
3 OPETUS- JA AINEISTOANALYYSIN YHTEENVETO JA SUOSITUKSET Turun ammattikorkeakoulun osatyöpaketissa kaksi tehtiin yhteenvetoja ja suosituksia meritekniikan aineistojen yhteiskäytölle etä- ja lähiopetuksessa. Lisäksi tarkasteltiin aineistojen formaatteja. Edellisessä luvussa esitetystä opetus- ja materiaalitarjonnasta analysoitiin opintojaksojen perustietoja, opetusmateriaalia ja opetusmenetelmiä (ks. Kuva 13): Perustiedot •
Kouluttaja
•
Koulutusala
•
Aihekokonaisuus
•
Taso (Bachelor/Master)
•
Opintoviikot ECTS
•
Elinkeinoelämän panos (Työelämäkysely ja analyysi tehty/ei)
Opetusmateriaali •
Opetuskalvojen määrä (kpl)
•
Lyhyiden (alle tunti) harjoitustehtävien määrä (kpl)
•
Ammatin kaltaisten harjoiteaineistojen määrä (Esim. simuloinnit, laboratoriotyöt, suunnitteluharjoitukset, ECTS)
•
Kurssille tehdyt tekstiaineistot (sivua)
•
Kurssille tehdyt etäopiskelumateriaalit (ECTS)
•
Kurssilla käytetyt oppikirjat
•
Kurssin nykyinen opettaja
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
20
Opetusmenetelmä
Kouluttaja Koulutusala
•
Lähiopetustunteja ryhmässä per opiskelija
•
Itseopiskelutunteja per opiskelija
•
Ammatin kaltaisia harjoitetunteja per opiskelija
•
Yksilöllisesti ohjattuja tunteja per opiskelija
Työelämäkysely ja analyysi tehty
Kurssin nimi
Taso
Opintoviikot ECTS
Kelluvuus ja vakavuus
Bachelor
5,0
Kyllä
Bachelor
5,0
Kyllä
Master
0,5
Kyllä
Introduction to CFD in ship design
Master
1,0
Kyllä
Aihekokonaisuus/ moduuli
TuAmk
Meritekniikka Meritekniikan perusteet
TuAmk
Meritekniikka
TuAmk
Meritekniikka
TuAmk
Meritekniikka
TuAmk
Meritekniikka
Marine Power Plants
Special topics in ship machinery, ship automation, safety and environment
Master
5,0
Kyllä
TuAmk
Meritekniikka
Marine Power Plants
Special topics of design, energy efficiency and export of dieselelectric power plants
Master
5,0
Kyllä
TuAmk
Meritekniikka Marine Industry Cluster
Technologies of the key export companies of marine systems
Master
6,0
Kyllä
Laivan koneistot Kaikkien M.Eng.modulien alussa Advanced marine design
Virtausmekaniikka, vastus ja tehontarve Introduction to Marine Technology Business
Kuva 14 Joidenkin Turun AMK:n meritekniikkaan liittyvien opintojaksojen perustiedot
Aineistoanalyysien ja aiempien työelämähaastattelujen perusteella koottiin mahdollinen toimintamalli ja opetussisältö meritekniikan erikoistumiskoulutukselle. Tämä jaettiin kahteen osaan: meritekniikan osuus kaikille yhteisissä opinnoissa (yksi opintopiste) ja meritekniikan valinnaiset opinnot (kolme 10 opintopisteen opetusmoduulia, jaettuna erikokoisiin, itsenäisiin opintojaksoihin). Alla esitetään näiden toimintamallien sisältöjä hieman tarkemmin.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
21
3.1 Meritekniikan osuus kaikille yhteisissä opinnoissa Pilottikokeilun (luku 4.1) perusteella päädyttiin siihen, että kaikille yhteisiin opintoihin on perusteltua sisällyttää 1 opintopisteen osuus meritekniikan perusteita nimellä ”Meritekniikan toimintaympäristö”. Opetuksen käytännöllisen järjestämisen on ajateltu tapahtuvan Turun amk:n insinöörikoulutukseen kuuluvan ”Meriliikenne ja laivatuotanto”- opintojakson (7 op) ohessa, sisältöjä tarvittaessa Master- tasoon laventaen, mahdollisesti verkko-opetuksena; rahoituksesta riippuen. Opintojaksossa käsitellään meriteollisuuden toimintaympäristöä, organisaatioita ja terminologiaa. Pääpaino on kotimaiselle meriteollisuudelle tärkeissä aiheissa. Opintojakson tavoitteena on antaa yleiskuva meritekniikan yritysten toimintaympäristössä vaikuttavista toimijoista.
3.2 Meritekniikan valinnaiset opinnot Meritekniikan valinnaisten opintojen sisältö perustuu elinkeinoelämän toimijoiden haastatteluihin, joista suurin osa tehtiin aiemmin alan ylemmän ammattikorkeakoulututkinnon luomisen yhteydessä, sekä tämän projektin työpajoihin, joista Turun ammattikorkeakoulun osuus tiivistettiin (Kuva 14). Elinkeinoelämän toiveet osuivat hyvin yhteen Laivalaboratorion opetuskokemusten kanssa. Havaittiin erityisesti, että alan toisen suomalaisen kouluttajan, Aalto- yliopiston, tarjonnasta on nykyään jäänyt sivuun laivakoneistot, joten tähän viittaava opetus otettiin erityisesti huomioon. Meritekniikan syventävät moduulit liittyvät ylemmän ammattikorkeakouluopetuksen tarjontaan. Valinnaiset koostuvat kolmesta 10 opintopisteen laajuisesta moduulista, joiden aineisto on suureksi osaksi englanninkielistä: kehittyneen suunnittelun moduuli (Advanced Marine Design), laivakoneistojen moduuli (Marine Power Plants) ja meriteollisuusklusteri – moduuli (Marine Industry Cluster).
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
22
Turku University of Applied Sciences Marine Technology Teollisuushaastatteluilla löydetyt kohteet
Marine design Marine power plants Marine industry cluster Työpajassa esiin tulleita mahdollisia lisäkursseja Merijuridiikka: varustamo, hallinto, hankinnat, sopimusasiat, vakuutukset, rahtaus, satamat Logistiikka, satamien toiminta Ympäristöteknologiaa koneistoasioihin vielä lisää Asiakkaan toimintaympäristö Johtaminen, projektijohtaminen, liiketoiminta (nyt sisällä Marine Industry Cluster- kohteessa) Kansainvälisen toiminnan haasteet, kommunikaatio (nyt sisällä Marine Industry Cluster- kohtee Kuva 15 Meritekniikan erikoistumiskoulutuksen mahdollisia aiheita
3.2.1 Advanced Marine Design Kehittyneen suunnittelun moduuli on tarkoitettu antamaan perustiedot meriteollisuuden suunnittelun osa-alueista. Osa-alueet ovat laivojen vakavuus, merikelpoisuus, elementtimenetelmä laivanrakennuksessa, laivojen koneteho ja laskennallinen hydrodynamiikka, offshoretekniikka, laivasuunnitteluohjelmistot. Moduuliin liittyy myös laivojen perussuunnitteluun ja tulevaisuuden innovaatioihin keskittyvä opintojakso. •
TuAMK 1A Probabilistic methods in ship stability, 2 ECTS
•
TuAMK 1B Principles of safety and seakeeping for marine design work, 2 ECTS
•
TuAMK 1C Basics of FEM in shipbuilding, 1 ECTS
•
TuAMK 1D Ship powering and introduction to CFD in ship design, 1 ECTS
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
23
•
TuAMK 1E Special topics in offshore design, 2 ECTS
•
TuAMK 1F Special topics of ship design programs, 1 ECTS
•
TuAMK 1G Advanced design work project, future innovations, 1 ECTS
3.2.2 Marine Power Plants Laivakoneistojen moduuliin liittyy kaksi opintojaksoa. Toinen on laivakoneistojen ja laiva-automaation opintojakso, jossa tarkastellaan konehuoneen sisältämiä laitteita ja niiden perusteita. Toinen opintojakso keskittyy dieselsähköisten koneistojen suunnitteluperiaatteisiin. •
TuAMK 3A Special topics in ship machinery, ship automation, safety and environment, 5 ECTS
•
TuAMK 3B Special topics of design, energy efficiency and export of diesel-electric power plants, 5 ECTS
3.2.3 Marine Industry Cluster Meriteollisuusklusterimoduuli koostuu kolmesta opintojaksosta. Laajin niistä on meriteollisuuden vientiyritysten teknologioihin liittyvä opintojakso, jossa valittujen yritysten teknologian taustalla olevia fysikaalisia ja teknisiä ratkaisuja analysoidaan. Moduuliin kuuluu myös opintojaksot laivanrakennuksen tuotanto- ja työsuunnittelusta sekä meriteollisuusverkoston talouden perusteista ja sopimuksista. •
TuAMK 2A Technologies of the key export companies of marine systems, 6 ECTS
•
TuAMK 2B Production and work planning in shipbuilding, 2 ECTS
•
TuAMK 2C Shipbuilding network economy and itse contracting, 2 ECTS
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
24
4 TOIMINTAMALLIN ANALYYSI JA TESTAUS Turun ammattikorkeakoulun osatyöpaketissa 3 oli kaksi osaa: Laivalaboratorion osuuden valmistaminen ja testaaminen Meri-Erko- projektin yhteisessä koulutuspaketissa sekä laskennallisen hydrodynamiikan opintojakson analyysi yliopistojen ja elinkeinoelämän aineistojen avulla. Analysoitujen opintojaksojen valinta onnistui hyvin.
4.1 Laivan vakavuuden perusteet- osuus yhteisestä koulutuspaketista Laivojen kelluvuuden ja vakavuuden perusteet -opintojakson tavoitteena oli, että opiskelijalle muodostuisi käsitys laivan kelluvuuden ja vakavuuden perusteista, eli siitä, miten laivat pysyvät sekä pinnalla että pystyasennossa. Opintojaksossa oppiminen tapahtui suurimmaksi osaksi opiskelijan oman laskemisen kautta. Sen ydinsisältö oli: •
Arkhimedeen laki
•
Laivan vakavuuden perusteet
•
Paino- ja painopistelaskenta
•
Vapaat nestepinnat
•
Riippuvien lastien vaikutus vakavuuteen
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
25
Kuva 16 Laivan oikaisevan momentin synty. Kuva kurssitiivistelmästä.
Opintojakson laajuus oli 0,5 op. Opintojakso toteutettiin paikasta ja ajasta riippumattomana etäoppimisena. Opiskelijan keskimääräiseksi työmääräksi mitoitettiin 13 h hänen pyrkiessään arvosanaan kolme. Työmäärän ajateltiin jakautuvan videoluentoon (0,5 h), Youtube- motivaatiovideoihin (1 h) ja tehtävien laskentaan annetun aineiston avulla (11,5 h). Opintojakso suoritettiin laskemalla annetut harjoitustehtävät ja palauttamalla ne verkon kautta oppimisalusta Moodleen. Opiskelijat pääsivät aiheeseen sisälle opiskelemalla oppimisalustalla olevan teoriatekstin, katsomalla luentovideon sekä tutustumalla esimerkkilaskuihin. Motivaatiota ja yleistietoa pyrittiin lisäämään suosittelemalla opiskelijoille YouTube- videoita: Titanic, Estonia, Costa Concordia, perusgeometria, Arkhimedeen laki ja vakavuuden perusteet. Ratkaistuja esimerkkejä aineistossa oli yksi kultakin osaalueelta, ja opiskelijan ratkaistavaksi tarkoitettuja harjoituslaskuja oli 18 kappaletta. Opiskelijoiden suoritukset arvioitiin oikein laskettujen harjoituslaskujen määrän perusteella: puolet laskuista laskettu oikein, arvosana=1, kaikki laskettu oikein= 5.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
26
Kuva 17 Laivan vakavuuden perusteet Moodle- oppimisalustalle linkitetyllä opetusvideolla
Opintojakso täytti hyvin kokeilun tavoitteet, ja sen avulla saatiin lisätietoa matemaattispainotteisten oppiaineiden opetuksesta. Opintojakson opetusosuus pyrittiin järjestämään normaalia erikoistumiskoulutusta vastaavilla opettajaresursseilla. Tämä tarkoitti vähäisiä opiskelijakontakteja. Luennoitsija ei tavannut opiskelijoita, vaan kaikki vuorovaikutus tapahtui luovutettavien tehtävien kautta. Esitietovaatimuksia kokeilussa ei ollut. Tämä vaikutti läpäisyyn, sillä opiskelijoiden taustat vaihtelivat. Samat aiheet käsitellään normaalissa insinöörikoulutuksessa kolmantena opiskeluvuotena, jolloin opiskelijoiden matemaattiset valmiudet ovat tavallisesti riittävät. Opintojakson suoritti viisi henkilöä ja ilmoittautuneita oli 34. Opintojakson läpäisyn vähäisyyden syitä voidaan spekuloida, mutta kaksi pedagogista faktaa nousi esiin: 1) Opintojaksolla ei ollut aiheesta henkilökohtaista ohjausta, mikä esti opetuksen sovittamisen oppijan tarpeisiin 2) Opiskelijoiden osallistumista opintojaksolle ei rajoitettu matemaattis-fysikaalisen lähtötason perusteella
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
27
Nämä rakenteelliset puutteet tulee korjata, mikäli erikoistumiskoulutuksen läpäisyä halutaan parantaa. Tämä vaatii rahoituksen lisäämistä lähiopetukseen ja opiskelijoiden oppimisen tukeen. Oppimistulosten perusteella arvioitiin myös, että opintojakson aiheet kannattaa poistaa kaikille pakollisten aineiden joukosta ja siirtää ne meritekniikan valinnaisiin opintojaksoihin. Sijalle voitaisiin rakentaa yleinen esittelykurssi, mikäli riittävä rahoitus saadaan.
4.2 Laskennallisen hydrodynamiikan (CFD) opintojakson analyysi Laskennalliseen hydrodynamiikkaan liittyvää maisteritason opetusmateriaalia oli käytettävissä sekä Deltamarin Oy:ltä että Meyer Turku Oy:ltä (ks. 2.1.3). Näitä verrattiin Turun ammattikorkeakoulun insinöörikoulutuksen opetusmateriaaliin ja eriteltiin synteesin avulla meritekniikan erikoistumiskoulutukseen sopiva sisältö. Pyrittiin luomaan esimerkki opintojaksosta, joka tähtää alan perusasiat hyvin osaavien henkilöiden jatkokoulutukseen, tavoitteena käytännön toimet teollisuudessa. Opetusryhmästä tulisi todennäköisesti pieni, ja sen muodostamiseen ja opintojakson rakentamiseen tarvittaisiin normaalia parempaa rahoitusta. Sopivia opiskelijoita voisivat olla meritekniikan tai virtausmekaniikan alaa opiskelleet amk-insinöörit ja diplomi-insinöörit. Analyysin perusteella opintojakson tulisi olla laajuudeltaan vähintään 5 op. Opintojaksossa olisi kuusi osaa: virtausmekaniikan perusteet, laskennallisen virtausmekaniikan perusteet, laivasuunnittelu ja konetehon määrittäminen, potkurin suunnittelu, potkuri ja pääkone sekä ohjailu ja merikelpoisuus. Jokaiseen kurssin osaan liittyisi harjoitustyö CFD- ohjelmistolla. Ohjelmistoja on tarjolla normaaliin opetuskäyttöön ilmaiseksi tai kohtuullisella kustannuksella. Erikoistumiskoulutuksessa osa rahoituksesta tulee muualta kuin julkisista lähteistä, ja lisenssien hinnat pitäisi tarkistaa ennen opintojakson tarjoamista. Opintojakso olisi materiaaliltaan englanninkielinen lähdeaineiston käytön helppouden takia.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
28
4.2.1 Basics of fluid mechanics •
Non-dimensionalizing
•
Conservation of momentum
•
Viscosity, units
•
Laminar vs. turbulent flow
•
Navier-Stokes equations
•
Flow separation
•
von Karman vortex shedding, flow-induced vibrations
•
Bernoulli's equation and cavitation
•
Flows and wings
•
Impulse theory
4.2.2 Computational fluid dynamics •
Principles of computational fluid dynamics
•
Governing equations for ship flows
•
Potential flow theory
•
Numerical models in seakeeping and maneuvering
•
RANS equations
•
Commercial potential flow codes in marine industry
•
Commercial RANS codes in marine industry
•
Computer capacity requirements
•
Optimization
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
29
4.2.3 Ship design and powering •
Sources of resistance
•
Hull form
•
Appendages
•
Propulsion coefficients
•
Power predictions
•
Wind (forces, comfort, smoke)
4.2.4 Propeller design •
Screw propeller geometry
•
Propeller design principles
•
Propeller model testing
•
Propeller series
•
Propeller optimization and design
•
Propeller modes of operation
•
Cavitation, vibration and noise
4.2.5 Propeller and main engine •
Equipment overview
•
Ship loading conditions
•
Design point, sea margin, effects of fouling, PTO use
•
Machinery alternatives of ships
•
Torque characteristics of different alternatives
•
Engine and propeller torque
•
Diesel engine and propeller torque
•
Bollard pull, acceleration, windmilling, stopping
•
Propeller law
•
Combinator curve
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
30
4.2.6 Maneuvering and seakeeping •
Harbor maneuvering
•
Side forces
•
Effect of rudder
•
Use of thrusters
•
Maneuvering trials
•
Stopping
•
Springs, Pendulums, Simple Harmonic Motion
•
Harmonic motions of ships and other floating objects
•
Transfer functions (RAOs)
•
Irregular seas
•
Motions in irregular seas
•
Seakeeping criteria - effects in ship design
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
31
5 KOULUTUKSEN VALMISTELUN, MATERIAALIN TUOTTAMISEN JA OPETUKSEN KUSTANNUKSET Koulutuksen hallinnan osalta Turun ammattikorkeakoulun osuudessa Meri-Erkohankkeesta on tutkittu oppimisen käytännön reunaehtoja, lähinnä kustannuksia. Näitä ovat oppilaitoksen toiminnan yleiskustannukset, ammattimaisesti toteutetun opetusmateriaalin valmistelutyön kustannukset, opetusaiheeseen liittyvien tietojärjestelmien ja laboratorioiden kustannukset sekä opettajan opiskelijoihin liittyvän työn osuus. Yleiskustannuksiin ei otettu kantaa, koska näihin ei voida yksittäisen koulutuksen analyysillä vaikuttaa. Toteutuneessa uuden koulutuksen luomisessa uuden opintojakson valmistelukustannuksen on aiemmin havaittu olevan suuruusluokkaa 50 – 150 h (suuruusluokkaa 3000 – 9 000 e) per opintopiste. Kustannukset ovat näin suuria, mikäli tekijänoikeudetonta materiaalia ei ole saatavissa. Tämä pätee erityisesti ammattiaineissa, joiden aineistot voivat vanhentua muutamassa vuodessa. Erikoisalojen ohjelmistolisenssien hinnat ja laboratorioiden kustannukset vaihtelevat, arviolta 200 – 1000 e per opintopiste julkisesti rahoitetussa opetuksessa. Laadukkaaseen ammattiaineiden opetukseen tarvittavan opettajaresurssin tarpeeksi valittiin koti- ja ulkomaisten referenssien perusteella 35 – 40 h per opintopiste, eli noin 2000 – 3000 e per opintopiste. On huomautettava, että yllä olevat arvot ovat realistisia pyrittäessä hyvään laatuun, mutta ne ovat nykyisin vaikeita saavuttaa suomalaisten korkeakoulujen ammattiaineopetuksessa. Yllä olevasta voidaan laskea, että ensimmäisen opetuskerran kustannukset erikoistumiskoulutuksen järjestämisestä erilliselle opetusryhmälle ovat suuruusluokkaa 5000 – 13000 e /opintopiste ynnä ammattikorkeakoulun muut kustannukset, suuruusluokkaa 2 x opetushenkilökunnan palkkakustannukset. Lisäksi on otettava huomioon, että erikoistumiskoulutuksessa osa rahoituksesta tulee muualta kuin julkisista lähteistä. Tällöin ammatillisten ohjelmistolisenssien, kuten meritekniikan virtaus- ja lujuusohjelmistojen käyttökustannukset pitää tarkistaa ennen opintojaksojen tarjoamista. Usein oppilaitosten lisenssiehdot rajaavat kaupallisen toiminnan pois, ja rajoittamattoman toiminnan lisenssit on hankittava erikseen. Näiden aiheuttamat kustannukset voivat olla hyvin suuria koulutuksesta saataviin tuloihin nähden.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
32
6 JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET Meritekniikan koulutusaineistot keskeisissä oppisisällöissä Meritekniikan yritysten ja korkeakoulujen materiaalien havaittiin olevan korkealaatuisia ja ajan tasalla olevia. Monilla yrityksillä on omaa koulutusmateriaalia, joka ei ole ammattikorkeakoulun saatavilla. Lähes kaikilla aihealueilla havaittiin, että ajan tasalla olevaa oppikirjaa tai muuta, ilmaista opetusaineistoa ei löytynyt. Havaittiin lisäksi, että yritysten aineistoissa oli kuvia ja taulukkoja, joiden alkuperäistä tekijänoikeuden haltijaa oli vaikea jäljittää. Erikoistumiskoulutuksen aloittamista punnittaessa tämä tulisi ottaa huomioon lisääntyneiden työtuntien tarpeena, mikäli yritysten ylläpitämiä aineistoja saataisiin ostettua. On todennäköistä, että sopivaa, ajantasaista teknistä aineistoa ei löydy ilmaiseksi verkosta, vaan aineistoa joudutaan hakemaan pitkään tai ostamaan kallista lähteistä. Opetus- ja aineistoanalyysin yhteenveto ja suositukset Taloudellisista syistä seuraa, että suomalaiset oppilaitokset pyrkivät järjestämään opintojaksoja, joita voidaan tarjota useina vuosina peräkkäin. Kertakäyttöiset opintojaksot tulevat hyvin kalliiksi tai niiden laatu jää huonoksi. Monta kertaa toteutettava opintojakso kannattaa suunnitella, tuottaa ja tarjota haettavaksi, mikä edellyttää tyypillisillä insinöörikoulutuksen kustannustasoilla 20 - 25 opiskelijan ryhmää per opetuskerta useiden vuosien ajan. Tällaisen kustannusanalyysin perusteella on todennäköistä, että esimerkiksi luvussa 4.2 kuvatun, syvää osaamista tuottavan hydrodynamiikka-aiheisen opintojakson järjestäminen ei ole ammattikorkeakoululle mahdollista: potentiaalisia opiskelijoita on verrattain vähän. Näin taloudellisuusvaatimukset ohjaavat erikoistumiskoulutusta laajoille hakijamäärille sopivaan suuntaan. Yksittäisen asiantuntijan teknisen erikoistumisen kannalta tämä on valitettavaa, mutta alalle siirtyvien henkilöiden kannalta relevanttia. Johtopäätöksenä edellisestä todettiin, että meritekniikan erikoistumiskoulutuksen tulee tarjota laajahko yleiskuva alaa vaihtaville insinööreille, eikä opintojaksojen sisällössä ei todennäköisesti voida mennä kovin syvälle opiskelijoiden esitietojen puutteen takia. Merenkulun tutkinnon suorittaneelle henkilölle meritekniikan erikoistumisaiheet voivat olla osin soveltuvia. Opetus tulisi järjestää ammattikorkeakoulun
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
33
muun meritekniikan opetuksen mukana. Tämän johtopäätöksen yhteensopivuus erikoistumiskoulutusta koskevan lainsäädännön kanssa tulisi tarkistaa ennen koulutuksen anomista, sillä lain tulkinta saattaa rajoittaa mahdollisuutta yhteisopetukseen muiden tutkintoon johtavien koulutusten yhteydessä. Toimintamallin analyysi ja testaus Testauksessa opintojaksolla opiskelijoilla ei ollut tarjolla henkilökohtaista ohjausta Turun amk:n aiheista, mikä esti opetuksen sovittamisen oppijan tarpeisiin. Tämä ongelma on yleinen pienin resurssein toteutetussa etäoppimisessa ja tulisi korjata, mikäli toteutus alkaa. Toinen keskeinen tekijä oppimisen kannalta on se, että opintojaksolle valittavalla opiskelijalla on sopivat insinöörin pohjatiedot. Tähän voidaan vaikuttaa opiskelijavalinnalla, mikä johtaa useimmiten pienryhmien muodostamiseen. Tämä mahdollisuus tulisi varmistaa ennen koulutuksen aloittamista. Koulutuksen järjestämiseen käytettävissä olevat resurssit vaikuttavat suoraan toiminnan laatuun: henkilökohtaiseen ohjauksen määrään ja opiskelijaryhmien kokoonpanoon. Ulkomaisilla, laadukkailla yliopistoilla toiminnan mittareita ovat esimerkiksi opiskelijoiden määrä per ohjaaja ja kontaktituntien määrä. Näitä tulisi soveltaa myös Suomessa. Koulutuksen valmistelun, materiaalin tuottamisen ja opetuksen kustannukset Uuden koulutusmallin käyttöönotossa on oleellista rahoituksen riittävyys, jota tarkasteltiin lyhyesti. Todettiin, että ammattiaineissa kustannukset ovat huomattavasti korkeammat kuin keskimäärin insinöörikoulutuksessa. Kun pyritään hyvään laatuun, ensimmäisen opetuskerran kustannukset erikoistumiskoulutuksen järjestämisestä erilliselle opetusryhmälle ovat suuruusluokkaa 5000 – 13000 e /opintopiste. Tähän suoraan kustannukseen tulee lisätä jokin osuus ammattikorkeakoulun muista kustannuksista, joiden suuruusluokka on kaksi kertaa opetushenkilökunnan palkkakustannukset. Edellä kuvaillun karkean kustannusarvioinnin perusteella voidaan sanoa, että erillisen meritekniikan erikoistumiskoulutuksen luominen on kallista verrattuna nykyisen rahoituksen määrään. Tarvittaessa erikoistumiskoulutus meritekniikassa voidaan saada aikaan, jos opintojaksot muodostetaan niin, että ne voidaan järjestää muutamille opiskelijoille vuosittain, ammattikorkeakoulun muun meritekniikan opetuksen mukana.
MERIKLUSTERIN ERIKOISOSAAJIEN TYÖELÄMÄLÄHTÖISET KOULUTUSMALLIT
34