我們的起重機計劃 — Aalto Product Development Project

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Aalto Product Development Project 是一門為期9個月的課程,占了10學分。從1997年開始以來,這門課已經超過二千名學生參與,已經歷過一百多個不同的企業或是公司贊助,且完成二百多個專案。照片由作者提供。

文/Yiping

想到大學課程,大家的印象多半還停留在盯著黑板或是投影片聽課。有別於此, Aalto University的Product Development Project (PDP) 是一門以專案開發為導向、並由企業和學校合作的課程。其最大的特點是以問題為核心的學習方式,將學習的責任和主控權交還給學生 。在這們課裡,芬蘭大大小小企業提供不同的專案問題及贊助, 學生則從解決問題出發,在這些有趣的專案中得到學習動力,並學習團隊合作、定訂計劃、了解問題、研究和找尋解決方法、控制預算,最後實際動手開發樣品雛形,讓學習更加主動和實用。對於公司而言,和學生合作可以得到新鮮的創意和啟發,亦可藉由學生的幫助,從不同方向和嘗試解決現有的問題、開發新產品原型,或是發展新創計劃。這是我參與過的大學課程裡最獨特,最有趣的一門課。

在這門課裡,我們團隊由 6個Aalto 大學機械工程,資訊工程和經濟相關科系的學生,及3個德國幕尼黑科技大學機械工程系的遠端組員所組成,分別來自 芬蘭、德國、越南及台灣。我們共同加入 Trenox 和TTS公司 贊助的起重機計劃,研究並開發起重機安全與自動化相關專案。願景是讓建築工地與科技結合,讓傳統建築工地在科技的幫助之下,更安全且更有效率。因此我們希望在這們課裡,藉由從討論到開發產品雛型的過程,讓這些點子及願景更加具體化。

課程進行方式

課程的進行是由參與課程的學生主導,課程教學組從旁輔助。課程一開始的重頭戲是分組及選擇專案,先由各公司公布各自的專案計劃,專案的問題來自不同領域,類型也截然不同。有些專案比較偏向工程問題,有些則是服務、概念設計,或是市場調查。

我們這年採取的方式是先組隊再選擇專案,也就是參與的同學們並需要先找到與自己志同道合但能力互補的伙伴,再根據彼此的能力與興趣選擇專案。因此在組隊時,努力認識大家並且行銷自己的專長非常重要。完美的團隊是組員們有共識,對於彼此感興趣的的計劃都能接受,且具備與專案相對應的能力。

公司計劃和團隊的媒合,是一個互相評分的過程,公司的代表們會想要選出最適合自己專案的團隊,而且團隊們也會想要爭取自己最想要的計劃。在一次媒合研討會上,十幾組的隊伍輪流和十幾個專案的代表見面,讓同學們更熟悉各專案的細節,也讓公司代表對同學的專長和能力更了解,進而找到合適的配對。

Kick Off!

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緩慢爬上起重機。照片由作者提供。

由於我們組員的背景比較偏重於工程領域,因此經過幾輪的討論和投票及會議之後,順利爭取到起重機計劃。在與計劃贊助人更深入的討論後,我們發現在建築工地中,大部份的意外是人為產生。在起重機司機和建築工人感到疲倦或注意力分散時,就有很高的風險會發生工地意外。如果能讓起重機的操作更自動化,例如利用電腦或是人工智慧輔助,或許能有效的降低意外。因此,我們決定接受這個困難且瘋狂的挑戰,最終目標是設計一個起重機機器人,以外加的方式並存在現有的起重機上,並且能夠以最佳的路徑移動物品,避開工地中的障礙物。在移動物品的同時,最困難的問題之一是要降低吊掛物的擺動,即使是起重機司機,也必須經過長時間的訓練才能在移動物品的過程中,保持吊掛物的穩定,對於電腦來說更是困難。

除了給我們金錢上的贊助之外,我們的資助人也提供很多資源給我們,例如儘可能參與我們的討論及會議,並介紹起重機機械原理及電力配置的專業人士協助我們。為了讓我們更了解操作起重機的困難和問題,組員們還一起到起重機學校,實際體驗操作起重機。在接近零度的氣溫度,穿著厚重的衣服,手套和安全帽,忍住怕高的恐懼一步步的爬上梯子,一邊提醒在自己腳下的隊友注意閘門,是一個很特別且很難忘的體驗。而實際操作起重機,直接了解問題及學習相關知識,更是很寶貴的經驗。

這個計劃最吸引我的地方除了專案內容和我的主修機器學習高度相關之外,能夠有機會將設計的演算法實際運行在實體且大規模的起重機上,而不只是在電腦裡模擬,是一件很有動力的事。在這之前,建築工地、起重機一直帶給我危險,難以親近的印象,更沒有想過能將相關的問題與資訊工程,甚至是機器學習及AI做連結。

起重機原型

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我們用3D列印齒輪, 轉軸和攝影機支架,採買鋁架做為起重機的本體,及聲納定位感應器用來定位 ,Arduino用來與電腦連接並下控制指令。照片由作者提供。

在無數次討論,研究,戶外教學和少不了的Party後,我們決定自己動手製作約一個成人高度的起重機原型,盡可能的在結構、馬達和電路設計上近似真實大小的起重機,以便模擬起重機與電腦的互動。畢竟在冰天雪地的天氣裡爬上爬下的測試起重機,或是因演算法設計不良而操作失控都不是很安全且便利的事,而我們機械系的組員們都迫不及待的想要享受動手實做的樂趣。動工前,我們仔細了評估需要採買的材料和預算,免得一開始就把整個專案的預算花掉。

我的主要任務是設計演算法,計算起重機運送物品時最有效率的路徑,及最小化吊掛物的擺幅。為了解決這個具體且有趣的問題,我在線上課程自學了一些機器人控制的演算法,有時也分享所學的知識給其他的組員,希望一起討論出最佳的解決方案。有趣的是為了解決問題的學習似乎帶來更多的動力,且比起傳統的課堂式的授課方式更主動、更實際、且更有效率。例如當我在下半學期選修人工智慧這們課時,發現我已經自學過大部分的演算法,甚至已嘗試應用在真實的問題上。

團隊合作

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組員開會。照片由作者提供。

團隊合作是一個計劃成功的關鍵,和來自不同領域,不同文化,甚至遠端的組員一起完成一個跨領域的專案更是一大挑戰。例如,一開始協調共同的開會時間就是我們遇到的第一個困難,因為大家都有各自的課表和其他工作。遠端視訊會議雖然方便,但沒有面對面那麼好溝通,因此和遠在德國的遠端主員討論及更新近況效率也比較差。跟來自其他領域的人解釋你的想法也很有挑戰,因為大家對於如何解決同一個問題會有截然不同的看法,也會因為缺乏相關背景知識而讓了解彼此的意見變得困難重重。

以刻板印象作決策很容易在缺乏溝通的狀況下產生,或是因為不了解而低估了技術上的難度,例如其他組員對於AI相關技術不太熟悉,因而對於成果有過高的期盼,或是對於時間表過度樂觀等。隨著一些課程安排的活動以及漸漸培養的默契,到專案的下半段對於彼此的專業更加了解,組員間的合作從一開始的混亂,也漸漸變的比較有效率。

如何溝通並達成共識是我體認到自己最需要加強的能力,特別是在我們都不是以熟悉的母語溝通的狀況之下,常常會有辭不達意的狀況。因此除了改善語言能力和溝通技巧,同理和耐 心也是團隊合作上很重要的一環。

成果發表 — PDP Gala

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最後的模型及成果發表。照片由作者提供。

隨著天氣漸漸變溫暖,課程的最後一個活動 — PDP Gala也漸漸逼近。Gala是一個小型展覽,提供各組發表9個月來努力成果的機會。除了展示我們的成品給我們的贊助公司,教學職員及其他同學外,還有許多來自校外的人及潛在的合作或是投資對象。

在GALA倒數的階段,我們在德國的遠端組員也在一個星期前飛來芬蘭,一起幫忙完成最後的部份及討論如何在Gala上布置我們的攤位和呈現我們的作品。在GALA當天,我們將攤位布置成建築工地,讓前來參觀的人可以操作我們的起重機原型。我們的贊助人還找來了小型的工地用的起重機,讓大家體會操作真實設備的難度,也藉此宣傳我們的專案,吸引許多人給予不同的回饋。

或許我們最後的成品離真正的產品還有一段不小的距離,也還有許多技術上的困難需要克服,但我們完整走過專案開發的流程。從一開始背景調查,我們研究許多起重機相關議題,包含芬蘭的起重機類型和相關法規,及自動化相關專利等等。 我們也對針對操作者進行訪談,希望能了解操作上的困難,及改善人機介面。還有針對類似產品及服務的市場調查 。接下來的工程相關問題,例如機械原理及控制,程式開發,演算法開發等。還有最後的成果展示及書面報告。

From Project to Startup

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成果發表會。照片由作者提供。

課程雖然結束了,但我們的專案計劃不會跟著熄燈。我們的贊助人希望能繼續支援起重機相關的計劃,目標延伸到改善與工地安全相關的議題,決定成立一個新創公司。部分的組員也對於這個專案深感興趣,因此在PDP課程一結束,決定繼續成為公司的員工進行後續的開發及研究。

不管公司是否能繼續成長,我很慶幸的能見證這個從一門課變成新創公司的過程,這是在過去參與的大學課程裡無法得到的寶貴經驗。好的課程設計,除了可以訓練出理論與實務並重的人才,也可以是產業成長的動能。記得在選修這門課之前,聽說過選修這堂課會付出遠超過十學分的時間成本,但對比於得到的經驗,我想一切都是值得的!

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