劉 燕, 徐惠鋼, 李智超, 劉叔軍, 徐本連

( 常熟理工學(xué)院 電氣與自動化學(xué)院， 江蘇， 常熟， 215500 )

面向智能制造的自動化專業(yè)課程體系的重構(gòu)

劉 燕, 徐惠鋼, 李智超, 劉叔軍, 徐本連

( 常熟理工學(xué)院 電氣與自動化學(xué)院， 江蘇， 常熟， 215500 )

中國制造2025是以智能制造為關(guān)鍵特征的工業(yè)革命，它的到來對自動化專業(yè)的發(fā)展賦予了更廣泛的技術(shù)內(nèi)涵，將促使自動化專業(yè)的課程體系面臨重組與優(yōu)化。本文分析了智能制造下自動化專業(yè)發(fā)展的新內(nèi)涵，給出面向智能制造自動化專業(yè)涉及的理論與技術(shù)，并以此為依據(jù)重構(gòu)了自動化專業(yè)課程體系。

中國制造2025；自動化專業(yè)；課程體系

0 引言

2015年5月18日，國務(wù)院正式發(fā)布了《中國制造2025》規(guī)劃，這是中國版“工業(yè)4.0計(jì)劃”，也是我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動綱領(lǐng)?！吨袊圃?025》的核心是創(chuàng)新驅(qū)動、智能制造、智能工廠和產(chǎn)業(yè)集成，它的發(fā)展將促使我國制造業(yè)向自動化、無人化、高精度、高效率邁進(jìn)。

自動化專業(yè)是一個(gè)基于電子科學(xué)、控制理論和信息技術(shù)的寬口徑專業(yè)，其專業(yè)知識與《中國制造2025》涵蓋的智能制造、智能工廠、產(chǎn)業(yè)集成等內(nèi)容緊密相關(guān)，是支撐智能制造的主要技術(shù)之一。

目前我國高校自動化教學(xué)體系中的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容還難以培養(yǎng)出能夠駕馭智能制造的優(yōu)秀自動化技術(shù)人才，現(xiàn)有的課程體系中融合和集成的技術(shù)還不能解決復(fù)雜控制系統(tǒng)的問題，教學(xué)內(nèi)容的綜合性和延伸性也有待提高。從滿足未來工程界和企業(yè)界對自動化人才的要求出發(fā)，探索合理的自動化專業(yè)課程體系，使人才培養(yǎng)目標(biāo)具有新工業(yè)發(fā)展的前瞻性、適應(yīng)性是有重要意義的。

1 智能制造對自動化專業(yè)的影響

1.1 智能制造與傳統(tǒng)制造的區(qū)別

《中國制造2025》提出的智能制造和智能工廠主要強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)和制造技術(shù)的融合，并通過互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)平臺實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)。智能制造裝備以及智能化生產(chǎn)線的核心技術(shù)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，這不僅依賴于獨(dú)特的自動化技術(shù)，同時(shí)也與其它的技術(shù)如檢測技術(shù)、 電力電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等密切相關(guān)[1]。表1給出智能制造與傳統(tǒng)制造的主要區(qū)別。

表1 智能制造與傳統(tǒng)制造的區(qū)別

從表上可以看出智能制造以數(shù)字化、柔性化及系統(tǒng)集成技術(shù)為核心、以大數(shù)據(jù)處理技術(shù)為支撐，通過工業(yè)化批量生產(chǎn)方式滿足個(gè)性化需求的技術(shù)特點(diǎn)。

1.2 自動化技術(shù)的新內(nèi)涵

未來的工業(yè)控制與自動化產(chǎn)品更需要靈活性、操作的方便性及智能化，支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和具有自診斷功能也是大勢所趨。在自動化技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)場總線、智能儀表、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的應(yīng)用將使自動控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，分層遞階控制系統(tǒng)將逐步實(shí)現(xiàn)信息的自動化、知識的自動化。智能制造將包含如下的自動化核心知識：

(1) 基于PC的嵌入式系統(tǒng)和技術(shù)將在智能制造中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的工控機(jī)多用于數(shù)據(jù)采集和人機(jī)交互，基于PC的嵌入式系統(tǒng)可以運(yùn)行在任何一臺工業(yè)PC上，將其變成一臺功能強(qiáng)大的控制器，并通過工業(yè)以太網(wǎng)連接遠(yuǎn)程的分布式I/O，形成一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式控制系統(tǒng)。

(2)基于數(shù)字化平臺的全集成自動化( TIA)、全集成驅(qū)動系統(tǒng)( IDS)、過程自動化、能源效率和服務(wù)等幾大主題的“數(shù)字制造”產(chǎn)品，以及涵蓋工業(yè)軟件、數(shù)字化硬件和數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)等幾大類別的產(chǎn)品及解決方案將得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。

(3)智能制造與智能工廠實(shí)施過程對網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)提出了更智能化、更開放、更靈活、更快速的要求，這是傳統(tǒng)的以現(xiàn)場總線為核心的控制系統(tǒng)所無法達(dá)到的。

綜上看出，未來自動化專業(yè)將融合電子電氣技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程、計(jì)算機(jī)和IT技術(shù)、傳感器和變送器、驅(qū)動和執(zhí)行系統(tǒng)、通信技術(shù)等多方面的知識。自動化專業(yè)的發(fā)展趨勢向重視系統(tǒng)與管理的方向、向含機(jī)、含電、含計(jì)算機(jī)、含通信網(wǎng)絡(luò)的大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)與人機(jī)系統(tǒng)的方向、向“跨行業(yè)的專業(yè)”方向、向培養(yǎng)出能處理各行各業(yè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題的“系統(tǒng)集成者”方向發(fā)展[2]。

2 自動化專業(yè)課程體系重構(gòu)

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，自動化專業(yè)課程體系應(yīng)該體現(xiàn)面向《中國智能2025》成為完整性、系統(tǒng)性、實(shí)用性的知識體系；應(yīng)該將“工業(yè)4.0”的最新技術(shù)、最新理論、最新方法和最新工具引入本科生課堂，培養(yǎng)研究、設(shè)計(jì)、運(yùn)行復(fù)雜自動化系統(tǒng)與裝置所需的知識和能力的技術(shù)人才。

2.1 自動化專業(yè)涉及的理論與技術(shù)

根據(jù)我國工業(yè)和信息化部制定和發(fā)布的《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》可知，與自動化專業(yè)密切相關(guān)的九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)有：①新型傳感技術(shù)；②模塊化；嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；③先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)；④系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)；⑤故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)；⑥高可靠實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；⑦功能安全技術(shù)；⑧特種工藝與精密制造技術(shù)；⑨識別技術(shù)；八項(xiàng)智能測控裝置與部件有：①新型傳感器及其系統(tǒng)；②智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線；③ 智能儀表；④精密儀器；⑤工業(yè)機(jī)器人與專用機(jī)器人；⑥精密傳動裝置；⑦伺服控制機(jī)構(gòu)；⑧液氣密元件及系統(tǒng)[3]。在智能制造中自動化的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)如表2所示。

從學(xué)科交叉、專業(yè)融合的角度看，以智能制造為技術(shù)特點(diǎn)的自動化專業(yè)將涉及如下的理論與技術(shù)：

(1)運(yùn)動控制、機(jī)器人、機(jī)器人控制、無線通信、機(jī)器人控制等理論技術(shù)

(2)圖像采集、圖像處理、編程、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制、視覺檢測等理論技術(shù)

(3)無線通信、數(shù)控、FRID、讀寫器、嵌入式系統(tǒng)等理論技術(shù)

(4) 數(shù)據(jù)庫、調(diào)度控制、網(wǎng)絡(luò)互連、PLC編程、離散事件、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)仿真等理論技術(shù)。

表2 智能制造中自動化的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.2 自動化專業(yè)課程體系的重構(gòu)

面向智能制造，融合自動化領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)，適應(yīng)新工業(yè)發(fā)展的自動化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)應(yīng)按照大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)與人機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)發(fā)展方向更新課程體系的內(nèi)容，使之適應(yīng)自動化專業(yè)發(fā)展對人才的要求。課程體系重構(gòu)路徑如圖1所示。

圖1 自動化專業(yè)課程體系重構(gòu)路徑

在課程體系重構(gòu)的過程中應(yīng)該探討智能制造過程對自動化專業(yè)人才知識、能力和素質(zhì)的要求；調(diào)研智能制造帶來的技術(shù)轉(zhuǎn)變、生產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)變，探尋智能制造技術(shù)與高校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)模式的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

根據(jù)《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》重點(diǎn)研究與自動化專業(yè)密切相關(guān)的九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)、八項(xiàng)智能測控裝置與部件。從學(xué)科交叉、專業(yè)融合的角度入手，對自動化專業(yè)類涉及的技術(shù)問題進(jìn)行分類，增設(shè)若干與之對應(yīng)的新課程，重構(gòu)課程體系。表3給出了自動化專業(yè)課程重構(gòu)的參考課程。

表3 面向智能制造的自動化專業(yè)課程體系的重構(gòu)

自動化專業(yè)新課程體系物聯(lián)網(wǎng)(WIFI、Internet)系統(tǒng)集成移動機(jī)器人機(jī)、電、汽一體化圖像處理程序設(shè)計(jì)運(yùn)動控制C++語言檢測技術(shù)智能相機(jī)機(jī)器視覺技術(shù)無線通信視覺機(jī)器人數(shù)控技術(shù)嵌入式系統(tǒng)FRID芯片及讀寫器技術(shù)優(yōu)化調(diào)度控制數(shù)據(jù)庫技術(shù)PLC編程離散事件系統(tǒng)自動控制原理信息管理系統(tǒng)系統(tǒng)仿真光源技術(shù)自動化概論機(jī)械設(shè)計(jì)

該課程體系主要是在研究智能制造背景下自動化技術(shù)的新內(nèi)涵、分析學(xué)科交叉對自動化專業(yè)課程融合的新要求的基礎(chǔ)上，對課程內(nèi)容進(jìn)行整合、重新設(shè)計(jì)得出的，該課程體系更切合智能制造背景下對技術(shù)的需求，符合自動化人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3 結(jié)語

智能制造的發(fā)展使自動化專業(yè)呈現(xiàn)多學(xué)科交叉和融合，在通信、現(xiàn)場總線、測量各方面都提出了更高的要求，未來知識的融合與集成將成為該專業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[4]。本文探索優(yōu)化智能制造背景下自動化專業(yè)發(fā)展需要的課程體系，是為了在今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)更好地體現(xiàn)“以學(xué)生為本”、“實(shí)踐創(chuàng)新能力”、“職業(yè)生涯可持續(xù)發(fā)展”等教育方向，促使人才培養(yǎng)目標(biāo)具有前瞻性、適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)自動化專業(yè)更好的發(fā)展。

[1] 王華忠,孫自強(qiáng),凌志浩.自動化專業(yè)核心課程體系與課程模塊建設(shè)[J].南京： 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2012, 34(5):18-19

[2] 郭曉華,田作華.影響自動化專業(yè)教育教學(xué)的若 干因素[J]. 南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào). 2012,34(4):4-7

[3] 傅建中.智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 杭州：機(jī)電工程. 2014, 31(8): 959-962

[4] 趙光宙,齊冬蓮.淺談自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中的多元化教學(xué)思想[J].南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009, 31(9): 80-82

The Reconstruction of Automation Specialty Curriculum System Based on Intelligent Manufacturing

LIU Yan, XU Hui-gang, LI Zhi-chao, LIU Shu-jun, XU Ben-lian

(SchoolofElectricalandAutomotiveEngineering,ChangshuInstituteofTechnology;Changshu215500,China)

s: China manufacturing 2025 is the industrial revolution based on intelligent manufacturing as key feature. Its arrival has given a wider range of technical content to the development of automation. The curriculum system of automation is to face with the restructuring and optimization. In this paper, the new connotation of automation professional development in intelligent manufacturing is analyzed .The theory and technology of intelligent manufacturing automation is given, which is based on the reconstruction of the curriculum system of automation specialty.

the China manufacturing 2025; automation specialty; curriculum system

2015-09-14;

2016-01-11 基金項(xiàng)目：2015年江蘇省高等教育教改研究立項(xiàng)重點(diǎn)課題(2015JSJG040)；2014年自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會專業(yè)教育教學(xué)改革研究課題(2014A28) 第一作者:劉 燕(1964-)，女，碩士，教授，主要從事電氣工程、自動化專業(yè)的教學(xué)與科研工作，E-mail：lyan@cslg.cn

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1008-0686(2016)04-0051-03