IoT как универсальная предметная область для многопрофильного технического университета

Студентка спрашивает: «А Интернет вещей – это когда
я захожу в Интернет и покупаю там себе вещи?»

Эту статью мы подготовили совместно с нашими коллегами из Института информационных технологий МИРЭА. Курс IoT Академии Samsung (о программе мы писали ранее) в МИРЭА стартовал в пилотном режиме в прошлом году, и поскольку учебный год заканчивается, хотим поделиться интересными наблюдениями и выводами. Ноу-хау студентов МИРЭА. Добавляем монетки в ребристый радиатор. 25 рублей – и компьютеру Samsung Artik 10 не страшен перегрев! Как тебе такое, Илон Маск?

IoT Академия Samsung в МИРЭА

Двухсеместровый факультатив по Интернету вещей проводился с октября 2017 года для студентов 3 и 4 курсов направлений подготовки «Информатика и вычислительная техника», «Информационные системы и технологии», «Программная инженерия» и «Автоматизация технологических процессов и производств». На конкурсной основе были сформированы 5 групп по 15 человек (всего в институте ИТ МИРЭА обучается более 3000 студентов).

А во втором семестре увлеченность обучающихся Интернетом вещей привела к двум важным, изначально незапланированным событиям:

1. По запросу студентов и преподавателей директор Института ИТ МИРЭА Андрей Сергеевич Зуев помог организовать дополнительный учебный курс по программированию микроконтроллеров.
2. В апреле 2018 г. та же команда организовала для студентов хакатон с треком по Интернету вещей.

В итоге получилось не только подключить к курсу Академии все направления IT подготовки, обеспечить студентов реальными кейсами и внедрить формат проектной деятельности, но также углубить подготовку в сфере программирования микропроцессорной техники. А Хакатон внес в учебный процесс соревновательный дух.

Кроме того, для студентов это был новый опыт поиска технических и архитектурных решений, программирования IoT устройств и систем, работы с зачастую непредсказуемым реальным «железом». Для вуза это важно не только с точки зрения необходимых навыков для профессиональной карьеры в области системной инженерии, но и привлечения заинтересованных студентов к научно-исследовательской деятельности. Ведь Интернет вещей — это широчайшее поле для исследований!

Система мониторинга – полезная и вполне посильная задача для студента

Антон Миронов, преподаватель и координатор курса, считает:

Системная инженерия – это важнейшее направление, без неё не имеет шансов к реализации четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0). Пока бизнес не увидит, не поймет и не оценит риски внедрения новой технологии, деньги на ее развитие привлечь не получится. Конечный заказчик не покупает IT-решение, он покупает прибыль от его будущего применения

В рамках программы мы уделяем большое внимание возможностям применения технологии в реальном мире. Об этом Антон Миронов говорит так:

Сейчас IT и бизнес не всегда находят общий язык. «Менеджеры» и «разработчики» разобщены в силу специфики своих задач, предметных областей и критериев оценки результатов деятельности. И потому так важно будущим разработчикам владеть основами экономики и менеджмента. К тому же не секрет, что за редким исключением менеджерская карьера в нашей высокотехнологичной области начинается с инженерных позиций.

Более того, с развитием информационных технологий происходит специализация – например, нарастает разрыв между разработчиками прикладного программного обеспечения, и разработчиками «железа». С этой точки зрения Интернет вещей – это область пересечения специалистов совершенно разных профилей.

Как же удалось реализовать эту многопрофильность в вузе с традиционным делением на кафедры и направления подготовки?

Кафедры МИРЭА в разрезе Интернета вещей

Предметная область Интернета вещей стала связующим звеном как между направлениями подготовки института ИТ, так и между разными профилями каждого направления. Свою специфику в данной области нашли и все выпускающие кафедры института:

• На кафедре вычислительной техники (ВТ) традиционно углубленно изучают схемотехнику. Для нее IoT – это новая область проектирования и применения вычислительных систем.
• Кафедра математического обеспечения и стандартизации информационных технологий (МОСИТ) специализируется на разработке программного обеспечения, из материалов курса ей наиболее интересны системная инженерия и архитектура IoT-систем.
• Кафедра инструментального и прикладного программного обеспечения (ИППО) рассматривает задачи IoT как упражнения по backend и frontend разработке.
• Кафедра прикладной математики (ПМ) ведет исследования в сфере обработки и анализа больших данных, для которых Интернет вещей просто неиссякаемый источник.
• Кафедра корпоративных информационных систем (КИС), уделяющая особое внимание вопросам интероперабельности систем, а также моделированию и реинжинирингу бизнес-процессов, нашла в Интернете вещей новую предметную область исследований.
• Кафедра промышленной информатики (ПИ), специализирующаяся на автоматизации технологических процессов и производств в промышленности, получила новый вектор движения в направлении промышленного Интернета.
• Для кафедры практической и прикладной информатики (ППИ) курс Академии обеспечит доступ к кейсам и прикладным задачам работы с заказчиком IoT систем, их внедрения, развертывания и сопровождения.

Изначально не ставилась задача адаптации курса Академии под специфику, специализацию и области интересов кафедр института. Но в течение года, в процессе обучения студентов и получения от них обратной связи, кафедры открывали для себя новые возможности использования учебных материалов, опыта и кейсов Академии. На ее базе начало развиваться взаимопроникновение компетенций программистов и инженеров («кодеров» и «железячников»). Более того! Посещать курсы по собственной инициативе (и сначала инкогнито) стали студенты Института кибернетики.

Казалось, должен был бы возникнуть вопрос: как быть с различиями между кафедрами, направлениями подготовки и профилями? Но само собой получилось так, что люди добирают то, чего им не хватает: «железячники» начинают программировать, а «кодеры» – осваивают схемотехнику.

Итог: 11 студентов из числа слушателей курса пишут выпускные квалификационные работы по тематике IoT. Дипломы, конечно, «заточены» под кафедры, направления подготовки и профили: каждый рассматривает кейс IoT с точки зрения их специфики.

Студенты МИРЭА пришли послушать доклады на InoThings++. Для многих это был первый опыт посещения профессиональной конференции

Дополнительный курс по микроконтроллерам

Как мы рассказывали, для усиления подготовки студентов было решено организовать ещё один дополнительный факультатив по микроконтроллерной тематике. В итоге получился отдельный проект. Лекции вел эксперт Олег Артамонов (olartamonov) из Unwired Devices, по их материалам он начал серию статей, а МИРЭА записывал и публиковал видео на YouTube, причем в формате 360 градусов! В лекциях и на лабораторных работах были рассмотрены следующие темы:

1. Микроконтроллеры: память, периферия, регистры. Прошивка. Операционная система. Работа с Git.
2. Микроконтроллеры: GPIO, прерывания, таймеры. Операционные системы: многозадачность, потоки, сообщения.
3. Работа с операционной системой. Модули, драйверы, HAL. Настройка сборки ОС.
4. Интерфейсы ввода-вывода микроконтроллера. SPI, I2C, UART и другие. Работа с драйверами в ОС.
5. Работа с аналоговыми сигналами. Оцифровка сигнала (АЦП). Генерация аналоговых сигналов.
6. Энергосберегающие режимы работы.
7. Безопасность Интернета вещей.

Как говорят, аппетит приходит во время еды — к концу курса наши студенты решили, что очень не хватает лекций по еще двум важным темам: о средствах отладки и об опыте мелкосерийного производства устройств вычислительной техники. В итоге только в мае 2018 года весь курс из девяти лекций был завершен.

Семинар по интерфейсам. Осциллограф вместо тысячи слов.

Хакатон

15 апреля 2018 года состоялся открытый 12-часовой хакатон Института ИТ под названием PandaHack, собравший более 110 участников из вузов и колледжей. В хакатоне было три трека, один из них был посвящен Интернету вещей.

Добродушная Панда – неофициальный символ института

Задание трека состояло в том, чтобы с помощью типового комплекта оборудования IoT Академии Samsung и других компонентов разработать программно-аппаратный комплекс мониторинга параметров микроклимата (температура, влажность, давление, состав газов) в отсеках космического корабля. Командам были доступны датчики влажности и температуры, газоанализаторы, микрокомпьютеры Samsung Artik 10; по заданию компоненты системы мониторинга должны были быть разнесены в пространстве, а значит, их требовалось соединять по беспроводной связи – для этого были выданы модули связи WiFi и LoRa. Система должна была выводить графики изменения показателей, предупреждать о выходе параметров за допустимые границы, иметь удобный интерфейс пользователя.

Разрушаем стереотипы, что электроника – не женское дело

Цели хакатона были:

• Погрузить студентов (заранее, до сессии) в приближенные к профессиональным реалиям условия: работа в условиях дедлайнов, распределение обязанностей в команде, непредсказуемые проблемы и ошибки в ходе работы над проектом.
• Создать студентам креативную и соревновательную среду. Показать, что хакатон – это весело, познавательно и вкусно!

Для многих это был первый подобный опыт. Студенты сомневались, стоит ли участвовать, «потянут ли» задания.
Например, ниже на фото просто «космический» интерфейс к системе, созданный студентом кафедры промышленной информатики Вячеславом Старовойтовым. Вот такой талант был открыт на хакатоне! А ведь и он сомневался, стоит ли участвовать. Но прошло мероприятие, и он спросил: «А когда следующий хакатон»?

Возвращаясь к основной теме статьи – необходимости объединения усилий со стороны разных кафедр, направлений подготовки и профилей. Хакатон показал, что это действительно так: ребята сами стали заявлять к участию смешанные, многопрофильные команды. И в работе четко выявилось преимущество разделения труда: кто-то рисует интерфейс, кто-то программирует backend, кто-то разбирается с подключением датчиков.
На хакатоне студенты сами начали формировать многопрофильные команды!

Ещё одно интересное наблюдение на хакатоне: студенты 1-2 курсов (внезапно явившиеся на трек IoT в значительном количестве), объединенные в одну большую команду, продемонстрировали невероятный энтузиазм (и что неожиданно – аккуратность в использовании техники). Им не хватало опыта и знаний по сравнению с более старшими участникми, но в целом они смотрелись достойно.

В итоге появилась идея в следующем году в порядке эксперимента разрешить и студентам 2 курса обучаться по программе «IoT Академия Samsung». А вот изначальный расчёт на бакалавров 4 курса показал, что студенты попросту перегружены: преддипломная практика, диплом, госэкзамены – в таких условиях сложно выделить время на посещение факультатива, пусть даже и очень интересного и полезного.

Большая сводная команда младшекурсников

Наши планы в МИРЭА

На следующий учебный год МИРЭА снова будет в роли пилотной площадки: по инициативе вуза курс будет адаптирован для уровня студентов колледжа МИРЭА. Samsung приветствует возможности развития программы в соответствиями с потребностями или приоритетами того или иного вуза.

В МИРЭА на будущий год опять будут набраны 5 групп по 15-20 человек. Коллеги считают, что конкурсный набор себя оправдал – получилось выделить более подготовленных и мотивированных ребят. Хотя в первый год программы многие потенциально хорошие студенты «упустили» эту возможность, о чем впоследствии пожалели. Молва о курсе уже разлетелась по всему МИРЭА. И если первый набор ещё не очень понимал, что их ждет, то, похоже, на следующий год ребята будут делать осознанный выбор, у них уже будет ориентир на результаты и проекты предыдущего набора.

В первый год преподаватели проделали огромную работу: как и студенты осваивали новый для себя курс, давали авторам курса активную обратную связь. Все результаты мы проанализировали и готовим курс в новой версии. Надеемся, наши студенты оценят изменения положительно!

Заключение

Неожиданный эффект! Курс «IoT Академия Samsung» стал для института информационных технологий МИРЭА объединяющей площадкой – активностью, которая собрала не только студентов различных кафедр, направлений и профилей подготовки, но и молодых преподавателей Академии с различных кафедр. IoT Академия постепенно становится центром консолидации людей, которые выбрали Интернет вещей как область своих профессиональных и научных интересов. Включились сами собой механизмы самоорганизации, а значит, все сделано верно.

Это тот момент, когда Интернет вещей превратился в «Интернет людей».