Новая вузовская композиция

РХТУ: опыт создания модели образования, которая формирует у студентов востребованные компетенции

Композиты завоевывают мир. Высокопрочные каркасы зданий, сверхлегкие самолеты, гибкие дисплеи и передовые лекарства — все это композитные соединения, сочетающие в себе преимущества отдельных компонентов и даже усиливающие их. Позиционирующий себя глобальным технологическим лидером, Росатом уделяет значительное внимание подготовке кадров в этом важнейшем направлении современной химической науки и индустрии. Об особенностях обучения молодых композитчиков рассказывает Дмитрий Сахаров, проректор по экономике и инновациям ведущего химического вуза страны — Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева.

— Дмитрий Андреевич, почему именно композиты оказались в фокусе множества перспективных технологических задач, увязанных с последними достижениями науки? В чем основные преимущества этих веществ? Какие их свойства, на ваш взгляд, окажутся самыми востребованными в ближайшем будущем?

— У композитных материалов целый спектр преимуществ, который делает их практически незаменимыми во множестве индустриальных решений сразу нескольких отраслей промышленности. Во-первых, они очень прочные и легкие. Такое сочетание идеально для авиа- и автопрома. Оно позволяет снизить вес конструкций, улучшить энергоэффективность и повысить безопасность. Кстати, эти качества уже сегодня находят применение также в строительстве и при производстве спортивных товаров. Во-вторых, композиты инертны, обладают высокой коррозионной стойкостью. Это делает их привлекательными в химической и нефтегазовой промышленности: их можно включать в химическое оборудование, трубопроводы и работающие в агрессивных средах емкости. Третье преимущество заключается в том, что композиты позволяют создавать в пространстве геометрически сложные формы и структуры, невозможные для изделий из традиционных материалов. Это важно как для современного дизайна (архитекторы могут реализовывать смелые инновационные идеи в построении сложных инженерных сооружений), так и в химии (можно смоделировать промышленную установку, благодаря своей форме повышающую скорость протекания реакции). Упомянул бы также прекрасные тепло- и звукоизоляционные свойства композитов, делающие их привлекательными для применения в строительстве и в различных энергетических системах.

Отдельный аспект — переработка изделий из композитов. Пока это очень трудно: такие полимеры возвращать в промышленный оборот люди не научились. Сейчас отслужившие свой срок композиты измельчают и захоранивают. Такое положение дел, конечно, предстоит изменить, поэтому в ближайшие годы внимание к научным исследованиям в этих вопросах будет только нарастать. Например, в РХТУ им. Д.И. Менделеева разработан прототип витримерного связующего, позволяющего в перспективе перерабатывать измельченный композит простым прессованием или удалять полимерную матрицу ее растворением с восстановлением исходного волокна.

Вообще, как мне кажется, основные перспективы в работе с композитами связаны с непрерывным развитием их самих по себе. Современные техники и методы производства (например, 3D-печать и нанотехнологии) позволяют совершенствовать композитные материалы, что, в свою очередь, открывает новые горизонты для их применения в самых разных областях — в энергетике, медицине, информационных технологиях. Поэтому применение композитов требует дальнейшего исследования и развития. А значит, требуются новые кадры. Сейчас мы видим, как в высшей школе открываются целые направления, связанные с композитами: университеты готовят специалистов по моделированию изделий; материаловедов, создающих материалы с заданными свойствами; исследователей и т.д.

— Сотрудничество вашего университета с Росатомом в области композитов включено в дорожную карту «Технологии новых материалов и веществ». Что на практике дает такое планирование, каков вес этого направления в общем соглашении РХТУ с Росатомом?

— Это документ госкорпорации, работы в соответствии с ним ведутся по поручению российского правительства. Их основная цель — создание инновационной экосистемы, обеспечивающей развитие технологий новых материалов и веществ и поддерживающей конкурентоспособность российской промышленности на международном уровне. Фактически это оперативно-тактический план, выстраивающий определенную последовательность задач и прописывающий сроки, в которые необходимо обеспечить выполнение тех или иных этапов для создания, к примеру, инновационного производства. Это живой документ, но объемы финансирования там все равно более-менее обрисованы, что позволяет всем участникам четче выстраивать собственные планы и формировать научные заделы.

Сегодня в рамках дорожной карты выполняется множество исследований: разработка новых материалов с оптимальными свойствами для различных отраслей промышленности, совершенствование технологий в производстве и обработке материалов, развитие экологически чистых и устойчивых материалов. РХТУ здесь тесно взаимодействует с Композитным дивизионом Росатома. Сейчас мы сосредоточены на нескольких задачах, связанных с производством современного углеволокна. Это, во-первых, разработка технологического процесса и оборудования для приготовления прядильного раствора полиакрилонитрила (ПАН) и сухо-мокрого формования ПАН-прекурсора. Во-вторых, разработка печи термостабилизации ПАН нового поколения. В-третьих, разработка и создание микрофлюидных проточных реакторов. Исследования по трем этим направлениям начинались нами в инициативном режиме, но по первым двум научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы уже финансируются Композитным дивизионом. Примыкает к ним еще один важнейший проект, также входящий в упомянутую дорожную карту. Для завода по производству ПАН-волокна в структуре Композитного дивизиона Росатома мы разрабатываем цифровой двойник. Это важно для отработки возможных механизмов и режимов работы предприятия, а также для внедрения какого-либо нового технологического процесса (чтобы не останавливать реальную производственную линию, а «проиграть» эту процедуру на ее цифровом двойнике).

— Выше вы упомянули о первостепенной важности подготовки кадров по этим направлениям. Если РХТУ столь сильно погружен в научно-исследовательский процесс по связанной с композитами тематике, вероятно, обучать студентов у вас тоже получается по-новому?

— По направлению подготовки «Химическая технология» на базе факультета нефтегазохимии и полимерных материалов у нас в 2020 году открылась магистерская программа «Современная технология полимеров, композитов и покрытий». Профильные дисциплины там читают как наши профессора (в основном с кафедр технологии переработки пластмасс и химической технологии пластических масс), так и внешние совместители (например, заместитель генерального директора — технический директор Композитного дивизиона Росатома Юрий Свистунов). Конкурс в прошлом году оказался высоким: на 21 место мы получили 86 заявлений. С целевиками сложнее: образовательная программа очень специфична. Предприятиям легче взять на работу готового дипломированного выпускника, чем отправлять на учебу молодого человека, который именно в композитах, быть может, и не «выстрелит». Тем не менее три целевика в этой магистратуре сейчас учатся. Есть и платные студенты — шестеро первокурсников, в том числе студент из Мьянмы (на втором курсе контрактных студентов нет, потому что в прошлом году контрольные цифры приема на бюджет были больше).

Но вы абсолютно правы: обучать студентов столь высокотехнологичным и наукоемким дисциплинам по старинке, ограничиваясь традиционными формами и методами профессиональной подготовки, нельзя. Поэтому в 2022 году в РХТУ открылась первая в нашем вузе передовая инженерная школа «Химический инжиниринг и машиностроение» (ПИШ «ХИМ»). Она создана на базе факультета нефтегазохимии и полимерных материалов и охватывает студентов всех уровней подготовки — и магистрантов, и аспирантов, и учащихся на бакалавриате, а с этого года еще и на возобновленном в рамках факультета специалитете. Задача передовой инженерной школы — подготовка специалистов с профилем компетенций, необходимых заказчику на конкретном производстве (например, химика-технолога со знанием автоматизированных систем управления технологическими процессами). Именно поэтому обучение в рамках ПИШ «ХИМ» очень тесно увязано с дорожной картой Росатома, о которой мы уже говорили, а якорным партнером школы стал Композитный дивизион. Кроме того, школа активно взаимодействует и с несколькими научно-исследовательскими институтами, входящими в структуру Росатома.

Кстати, четыре инициативные разработки, о которых мы говорили выше, осуществлены нашей передовой инженерной школой. И это отнюдь не все ее достижения, которыми можно гордиться уже сегодня. Мы рассматриваем возможность совместного развития направления аддитивного производства химического оборудования и технологий постобработки напечатанных деталей с передовой инженерной школой «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» (ПИШ «МАСТ»), открытой в Национальном исследовательском технологическом университете «МИСИС». Первым шагом в этой коллаборации стала программа обучения студентов РХТУ по SLM-технологии — методу селективного лазерного плавления. Уже разработано техническое задание на разработку исследовательского 3D-принтера SLM для отработки технологии изготовления микрореакторов и материалов из карбида кремния. Предположительно, такой принтер изготовит НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (входит в Машиностроительный дивизион Росатома).

— Расскажите, пожалуйста, как практически организовано обучение в ПИШ «ХИМ».

— В основном школа объединяет студентов, поступивших к нам на три направления — химические технологии, машиностроение и ИТ. С кафедр факультета нефтегазохимии и полимерных материалов, где есть соответствующие группы, набирают студентов, доучивают их по отдельному плану и объединяют в команды, нацеленные на решение той или иной конкретной задачи. В каждую из них, как правило, входит младший научный сотрудник, двое-трое аспирантов, несколько магистрантов и несколько десятков обучающихся на бакалавриате. Работают они по проектному принципу: совместно занимаются той или иной проблемой и защищают готовый проект коллективно. Разумеется, если говорить о деньгах, все это не бесплатно: студенты получают повышенную стипендию, исследовательская деятельность оплачивается заказчиками. Подобная командная работа — один из трендов современного вузовского образования, когда выпускника мы готовим не с одним лишь самоценным вузовским дипломом, а с определенным профилем остро востребованных компетенций.

— Нужны ли при таком подходе в университете вообще такие привычные структуры, как кафедры?

— Конечно. Вузовское образование по-хорошему консервативно, и кафедральные обучающие программы ликвидировать невозможно, да и не нужно. Во-первых, есть базовые дисциплины, которые обязаны усвоить все студенты-химики, безотносительно, учатся они в передовой инженерной школе или нет. Во-вторых, на выпускающих кафедрах читаются разные курсы, каждый из которых может быть необходим не всем студентам ПИШ «ХИМ», а только некоторым (например, курс по переработке пластмасс и композитов). И получить соответствующие знания студенту негде, кроме как на организованном в рамках кафедрального процесса обучающем курсе.

Но верно и другое. На трансформацию образовательного процесса в рамках одного нашего факультета из дюжины ушло три года, и они не были простыми. Однако усердная работа в кооперации управленческого корпуса и профессорско-преподавательского состава позволила совместно выработать новую образовательную модель. Всем стало ясно, что действительно востребованные и современные компетенции могут быть сформированы лишь при совмещении традиционной фундаментальной и технической подготовки с масштабной практикой и проектной деятельностью с обязательным широким внедрением цифровых инструментов. Только обеспечение возможности для студентов работать над реальными исследовательскими и инженерными задачами и проектами прямо в процессе обучения может обеспечить сильную мотивацию студентов, привлечь таланты, наполнить интеллектуальную среду для развития самих студентов, университета и индустрии, включая создаваемые технологии и специалистов, участвующих в их создании.

— Сколько человек сейчас учится в ПИШ «ХИМ»?

— Несколько сотен. В позапрошлом году туда отобрали 22 студентов из магистратуры и 219 из бакалавриата, в прошлом — 90 и 237 соответственно. Планы приема на этот год — суммарно свыше 350 человек. Цифры большие, и это определенный вызов для нашего университета. Но по-другому нельзя: производства, отрасль, вся страна ждут от нас новых высококвалифицированных кадров.