閻 群，李 擎，李希勝，崔家瑞，栗 輝

（1. 北京科技大學 自動化學院，北京 100083；2. 北京科技大學，北京市工業(yè)波譜成像工程技術研究中心，北京 100083）

培養(yǎng)創(chuàng)新人才是我國實現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉型以及“中國制造2025”國家發(fā)展戰(zhàn)略目標的重要支撐和保障[1-2]。教育部高等教育司原司長張大良在《全國普通高校大學生競賽白皮書〈序〉》中提出學科競賽是以大學生自主性、群體性科技活動方式為主的教學活動，是高等院?？蒲杏说闹匾M成部分，是促進大學生增強創(chuàng)新精神、創(chuàng)造能力和團隊合作意識的有效途徑和重要載體，是展示大學生創(chuàng)新創(chuàng)意創(chuàng)造成果的重要舞臺[2]。創(chuàng)新是新時代大學生的基本素養(yǎng)，心系創(chuàng)新是新時代大學生的一種特征。學科競賽符合學生的認知規(guī)律，有利于學生創(chuàng)新特征的強化。

“西門子杯”智能制造挑戰(zhàn)賽（以下簡稱“智能制造挑戰(zhàn)賽”）是教育部高等學校自動化類專業(yè)教學指導委員會、西門子（中國）有限公司和中國仿真學會聯(lián)合主辦，是目前國內自動化領域規(guī)模最大的一項國家A類賽事，是全國高校學科競賽排行榜評估競賽項目，同時也是“金磚”國際技能發(fā)展與技術創(chuàng)新大賽的核心賽事，旨在搭建工業(yè)界與教育界交流平臺，促進人才培養(yǎng)供需結合，為工程教育改革提供開放式試驗田，培養(yǎng)自動化、信息化、數(shù)字化和智能化卓越創(chuàng)新人才[3-4]。我校自 2013年以來連續(xù)多年組織學生參加該項賽事，學生的參賽熱情逐年增加，其實踐創(chuàng)新能力得到了有效提升。本文在總結我校多年組織參加智能制造挑戰(zhàn)賽經(jīng)驗的基礎上，提出了一系列具體措施，探索依托智能制造挑戰(zhàn)賽促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效方法和途徑。

1 智能制造挑戰(zhàn)賽簡介

1.1 智能制造挑戰(zhàn)賽宗旨

智能制造挑戰(zhàn)賽立足智能制造技術，以企業(yè)真實的工程項目和科研項目為競賽賽題，賽場參照真實的工業(yè)設備和工業(yè)環(huán)境，考核評分指標依據(jù)企業(yè)的工程標準，全面鍛煉學生解決復雜工程問題的綜合能力和系統(tǒng)思維，培養(yǎng)具有商業(yè)意識、創(chuàng)新意識、扎實技術的創(chuàng)新研發(fā)型人才和具備智能系統(tǒng)綜合設計、開發(fā)和優(yōu)化能力的工程應用型人才[3-4]。

1.2 智能制造挑戰(zhàn)賽賽項設置

智能制造挑戰(zhàn)賽的賽項設置緊密圍繞智能制造關鍵技術，尊重科學性和多元化原則，2019年第十三屆“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽設置了智能制造工程設計與應用和智能制造創(chuàng)新研發(fā)兩類賽項[3-4]。

（1）智能制造工程設計與應用類賽項。智能制造工程設計與應用類賽項包括流程行業(yè)自動化、離散行業(yè)自動化、離散行業(yè)運動控制和信息化網(wǎng)絡化4個方向，以流程行業(yè)、智能工廠、智能生產(chǎn)線、工業(yè)通信網(wǎng)絡為應用背景，主要考查參賽選手對不同行業(yè)復雜系統(tǒng)在多目標優(yōu)化環(huán)境下的綜合分析、設計及控制系統(tǒng)的開發(fā)、實施與調試能力，強調控制方案的創(chuàng)新性，鼓勵參賽選手采用智能控制算法解決復雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題。

（2）智能制造創(chuàng)新研發(fā)類賽項。創(chuàng)新研發(fā)類賽項包括自由探索、企業(yè)命題、產(chǎn)品全生命周期管理、協(xié)作機器人4個方向，以產(chǎn)品與服務創(chuàng)新、設計和開發(fā)為主，考查參賽選手的商業(yè)意識、創(chuàng)新意識以及產(chǎn)品規(guī)劃、設計能力，鍛煉其綜合運用跨學科知識與技術的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和研發(fā)能力。

2 智能制造挑戰(zhàn)賽在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的優(yōu)勢

智能制造挑戰(zhàn)賽自2006年創(chuàng)建以來，目前已成為國內自動化領域規(guī)模最大、歷史最久的大學生學科競賽項目之一[5-6]，受到學生的普遍歡迎。2019年第十三屆“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽共吸引了全國近600所高校、4 000支參賽隊伍，共1萬余名參賽師生進行了激烈的比賽[3]。清晰明確的競賽宗旨、科學多元的賽項設置，體現(xiàn)了智能制造挑戰(zhàn)賽在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢[2]。事實證明，經(jīng)歷過智能制造挑戰(zhàn)賽的學生往往是研究生導師招生、用人單位招聘爭搶的對象。

2.1 有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維

智能制造挑戰(zhàn)賽的所有賽項均具有明確的應用背景和實際意義，為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了良好的平臺。如流程行業(yè)自動化賽項，以流程行業(yè)中某個生產(chǎn)過程的升級改造為背景，參賽學生首先要熟悉比賽設備，完成工藝分析；其次要進行工藝設計、算法研發(fā)、控制系統(tǒng)設計、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設計、現(xiàn)場接線（總決賽）、控制方案實施（自動開車）、異常處理（總決賽抗擾動測試）、方案答辯（總決賽）等[4]。參賽學生會遇到許多科學和非科學問題，不僅需要綜合利用已學理論知識和實踐知識，還需要將這些知識進行拓展和延伸，有效提高了學生學習新知識和綜合應用知識的能力。此外，參賽過程是學生對比賽任務進行分析、推理、判斷的過程，不僅需要構思，還需要設計、實施和運行，它將創(chuàng)新構思和實踐能力緊密結合起來，有助于培養(yǎng)其正確分析問題、處理問題、解決問題的思維方法，從而形成創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[7-8]。

2.2 有利于提升學生自我學習與探索能力

智能制造挑戰(zhàn)賽的每個賽項都有明確的任務要求，參賽學生參照比賽任務要求，能夠快速察覺自我在知識、技能、素質和經(jīng)驗上的不足，激發(fā)強烈的求知欲和學習動力。如產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）賽項，要求參賽學生使用全生命周期管理軟件完成產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、仿真驗證等。參賽學生需要合理地安排自己的學習時間，不但要熟悉產(chǎn)品生命周期管理概念，還要熟練掌握產(chǎn)品生命周期管理相關軟件使用等，提升了學生自我教育、自我管理能力。此外，參賽學生充分利用大賽組委會發(fā)起的 QQ群、Campus-Hub校園學習中心、嗶哩嗶哩直播等培訓支撐網(wǎng)絡和圖書館等資源主動進行學習和研究，有效鍛煉學生挖掘資源、獲取信息和自主學習的能力。在整個參賽過程中每一個問題的解決，都會使學生產(chǎn)生很強的成就感，從而激發(fā)其學習熱情，提升其學習的主動性和探索能力。

2.3 有利于提高學生的綜合素質

在智能制造挑戰(zhàn)賽參賽過程中，參賽學生以乙方角色承接項目任務或以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊的角色參與競賽。參賽學生扮演模擬工程師的角色，有助于學生了解當代新工程師的工作職責、任職要求、工作環(huán)境等；如企業(yè)命題賽項從企業(yè)真實需求出發(fā)，由企業(yè)給出生產(chǎn)中亟待解決的問題，為參賽學生創(chuàng)造積累工程素養(yǎng)、提升創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新人格的機會，提高參賽學生解決實際工程問題的能力。在創(chuàng)意論證、方案制定、項目實施過程中，培養(yǎng)參賽學生科學嚴謹、刻苦鉆研、勇于探索的科研素質。在現(xiàn)場答辯環(huán)節(jié)，激發(fā)學生的潛質，鍛煉學生的臨場應變能力，培養(yǎng)學生克服困難和迎接挑戰(zhàn)的人文素養(yǎng)。另外，智能制造挑戰(zhàn)賽為參賽隊員提供了一個走出校門、展示自我、展示才華的舞臺，搭建了一個相互學習、相互交流的平臺，開拓了參賽學生的視野。

2.4 有利于鍛煉學生的團隊合作精神

智能制造挑戰(zhàn)賽各賽項題目難度較大，涉及的知識面較廣，比賽內容涉及設計、實施及報告撰寫等，因此一個人是很難完成的。報名參賽一般需要自由組隊，每支隊伍不超過3人，確定隊長及隊員，隊員根據(jù)自己的興趣愛好，選擇主要負責的方面。為了能夠取得優(yōu)異的成績，參賽隊的隊員之間需要密切配合、通力合作。以離散行業(yè)自動化賽項為例，該賽項以智能工廠、智能車間、智能生產(chǎn)線離散過程為應用背景，強調工程方法的嚴謹性和控制系統(tǒng)應用的完整性，參賽隊員需要完成控制系統(tǒng)設計、智能調度優(yōu)化、HMI界面組態(tài)、工業(yè)云的開發(fā)等，這就需要參賽隊員之間不但要了解彼此的設計意圖，而且要學會如何與人溝通交流、如何與人合作、如何與人配合。在參賽的過程中鍛煉參賽學生以系統(tǒng)的思維方式梳理工作流程、處理人際關系、搞好團隊合作的能力，提升其團隊管理能力、業(yè)務管理能力、組織協(xié)調能力和社會交際能力等，并拓寬學生的就業(yè)道路。

3 組織參加智能制造挑戰(zhàn)賽的有效措施

我校一貫重視并鼓勵學生參加各種學科競賽，特別是像智能制造挑戰(zhàn)賽這種有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的國家級競賽。為了能夠吸引更多、更加優(yōu)秀的學生參加挑戰(zhàn)賽，并在競賽中取得好的成績，在組織和開展學生參賽的過程中，始終堅持以培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力為主，力爭在每個環(huán)節(jié)做得更好，具體措施體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 完善組織管理體系，健全激勵機制

完善的組織管理體系是高校各類學科競賽順利開展的保障。針對以往競賽管理責任不明確、難以統(tǒng)籌協(xié)調、學生參賽積極性不高等問題，我校構建了校級、院級、競賽負責人三級組織管理體系。校級管理機構依托教務處，對全校的學科競賽進行科學規(guī)劃、宏觀管理。學院是學科競賽的落實機構，自動化學院成立了由院長、書記任組長，主管教學及學生工作的副院長任副組長，各系教學主任、骨干指導教師等組成競賽領導小組，負責全院學科競賽的組織、管理與實施。智能制造挑戰(zhàn)賽是自動化學院承辦的主要賽事之一，競賽負責人具體負責該賽事的組織、宣傳、報名篩選、學生培訓等。

健全激勵機制，為參賽提供動力支持和制度保障，調動學生和教師參賽的積極性和主動性[2,6]。學校制定了《學科競賽獎學金實施辦法》，并采取了科技創(chuàng)新學分、競賽保研積分等激勵措施，鼓勵學生積極參與。學校還出臺了一系列指導教師激勵措施，將指導教師獲獎納入科研獎勵體系，按獲獎級別給予指導教師一定的獎金；將競賽指導折算成教學科研工作量；在教師年度考核、職稱晉升和評優(yōu)等方面予以政策上的傾斜等。設立專項活動經(jīng)費，用于競賽材料支出、師生參賽交通食宿支出等，做好后勤保障。

3.2 加強實驗平臺建設與管理

實驗設備和場地是學生開展學科競賽活動的物質載體和保障。在2013—2015年，我校自動化學院基本沒有競賽設備，學生主要靠軟件仿真及賽前去競賽主辦學校進行設備調試和練習，難以調動參賽學生的積極性，競賽成績也不太理想[9]，在2015年運動控制賽項中僅獲得了全國初賽三等獎。針對這種情況，學院在構建基于 OBE+CDIO的自動化生產(chǎn)線實訓平臺的時候綜合考慮了學科競賽，加強CDIO實驗室建設與管理[10-11]，先后購置了應用于離散行業(yè)自動化方向、離散行業(yè)運動控制方向、流程行業(yè)自動化方向以及信息化網(wǎng)絡化方向等智能制造工程設計與應用類賽項的實驗設備，不僅滿足了實驗教學的需要，也為學生參加智能制造挑戰(zhàn)賽提供了良好的硬件條件。

實驗平臺管理采取了師生共管的模式[9]。每年 9月，實驗室公開招聘部分對該領域感興趣的研究生和往屆參賽獲獎學生共同參與實驗平臺管理。通過新老隊員之間的溝通和交流，在很大限度上調動了參賽學生的積極性，彌補了競賽期間實驗平臺開放力度大造成管理人員不足、設備維護工作量大等問題。此外，為了加強實驗室科學管理，除執(zhí)行學校、學院制定的規(guī)章制度外，還專門制定了《實驗室開放管理規(guī)定》《學生入室規(guī)范要求》《實驗室管理人員基本職責》等一系列規(guī)章制度，確保日常實驗教學和競賽培訓順利進行[11]。

3.3 加強學生宣傳和培訓指導工作

學生是參加智能制造挑戰(zhàn)賽的主體，是大賽的直接參與者，加強學生宣傳、培訓指導工作，消除參賽功利思想，確保智能制造挑戰(zhàn)賽持續(xù)、深入開展。

通過校園網(wǎng)、微信、宣傳欄等介紹智能制造挑戰(zhàn)賽的宗旨、參賽對象、賽項類別、競賽進程、獎項評定以及學校的相關政策等進行全方位解讀，加強學生對比賽的認識和了解[2]。在學院網(wǎng)站上專設智能制造挑戰(zhàn)賽版面，展示競賽流程、競賽培訓、競賽要求、往屆參賽獲獎信息和獲獎證書等。召開動員大會，邀請經(jīng)驗豐富的指導教師介紹競賽的具體情況，以及學校、學院的政策和激勵機制等，請參賽獲獎隊員介紹參賽過程中遇到的困難、參賽心得和注意事項等。以上措施大大激發(fā)了學生報名參賽的熱情。

學生從報名參賽到比賽結束需要將近一年的時間，為此對學生進行分階段、針對性的培訓指導。每年9月到第二年3月是校內選拔階段，該階段新賽題還沒有確定，培訓主要圍繞往屆的賽題，定期邀請指導專家進行專題講座、競賽動員，引導學生熟悉競賽環(huán)節(jié)和競賽設備，激發(fā)學生參賽的積極性，讓更多的學生在準備競賽的過程中得到鍛煉和提高。自 2018年起，我校加強了校級比賽的選拔工作，通過答辯、實操等方式，確保有基礎、有潛力、有精力、有熱情的學生晉級全國初賽。每年的3—7月是全國初賽準備階段，根據(jù)校級比賽晉級名單組織學生自由組隊并有目標、有選擇地聯(lián)系指導教師，實行理論、實踐雙指導。組隊時建議每組至少有一名低年級學生，為來年的競賽培訓與參賽積累經(jīng)驗、培養(yǎng)骨干[2]。這一階段培訓以學生為主，指導教師定期給每個隊員布置學習任務，定期組織檢查、討論，理論指導教師以理論方法指導為主，實踐指導教師以工程實踐為主。每年 7月，省級比賽選拔后即進入全國決賽準備階段，大概一個月的時間，全國決賽的題目一般在全國初賽題目的基礎上增加難度，這一階段指導教師每周組織參賽學生進行周報、答疑，加強應賽技巧、心理素質、禮儀風貌等方面的綜合培訓。

3.4 加強指導教師隊伍建設

素質優(yōu)良、專業(yè)基礎扎實的指導教師隊伍對參賽學生水平的提高具有明顯的作用。為了形成長效指導機制，自動化學院首先從思想上提高教師對智能制造挑戰(zhàn)賽的認識，整合全院師資，優(yōu)選具有扎實理論知識及豐富實踐經(jīng)驗的教師組建學院指導教師庫[3,7]。指導教師庫實行實時動態(tài)管理，鼓勵新入職的青年教師、有技術的優(yōu)秀實驗教師積極參與，不斷擴充、更新導師庫。同時，加強指導教師培訓，選派實踐能力強、責任心強的青年指導教師參加競賽培訓，提高指導水平，進一步保障學生的參賽效果。

3.5 構建賽后總結機制

賽后總結包括學生的參賽總結和學院的組織管理工作總結。通過參賽總結有助于參賽學生進一步認識到自身的不足，在今后的學習中進行更有針對性的訓練，進一步提高自身的競爭力。此外，收集歷屆競賽試 題、技術文檔，建立競賽資源庫，為指導教師開展培訓提供支持；總結組織和管理工作中存在的問題，明確下次競賽組織和管理的方向，提高競賽組織和管理水平。

4 結語

自2013年參賽以來，我校智能制造挑戰(zhàn)賽的參賽規(guī)模逐年擴大，并取得了可喜的成績。據(jù)不完全統(tǒng)計，近三年共獲得全國總決賽特等獎2項、一等獎9項、二等獎3項，全國初賽特等獎6項、一等獎18項、二等獎21項。智能制造挑戰(zhàn)賽已成為我校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的亮點。在參賽過程中參賽學生的創(chuàng)新熱情得到了鼓勵、行動得到了支持、潛質得到了發(fā)揮、成果得到了肯定，切實培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力，為學生走出校園打下了良好的基礎。我們將繼續(xù)發(fā)揮現(xiàn)有優(yōu)勢，充分利用現(xiàn)有資源，進一步總結智能制造挑戰(zhàn)賽的特點，探索科學的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，營造良好的學術環(huán)境和學習氛圍，鼓勵更多的學生參與競賽培訓，投入學科競賽，進而不斷提高人才培養(yǎng)質量。