分布式控制背景下物聯(lián)網(wǎng)人才工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

摘要：針對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求的緊迫性現(xiàn)狀，分析工程實(shí)踐能力在高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要意義；結(jié)合分布式控制與嵌入式系統(tǒng)行業(yè)背景，提出競賽理念引導(dǎo)、校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研互促等多方式融合的培養(yǎng)思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；工程實(shí)踐能力；分布式控制

文章編號：1672-5913（2013）18-0027-05

中圖分類號：G642

0 引言

新形勢下增強(qiáng)工程學(xué)生的工程實(shí)踐能力，是提高教育質(zhì)量的重要途徑，是培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的應(yīng)有之義，是我國現(xiàn)代化建設(shè)對工科學(xué)生教育提出的迫切需要，是國際高等工程教育的基本走向，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種環(huán)境感知設(shè)備（如各類傳感器、RFID等），按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。作為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)工程，致力于培養(yǎng)從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的系統(tǒng)規(guī)劃、分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施以及技術(shù)研究方面的工程技術(shù)人才，特別是涉及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議、軟件體系結(jié)構(gòu)與中間件、計(jì)算平臺、應(yīng)用與服務(wù)的設(shè)計(jì)與開發(fā)工程技術(shù)人員。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的畢業(yè)生在傳感技術(shù)、自動識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、移動計(jì)算、系統(tǒng)工程等方面應(yīng)具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺、海量實(shí)時(shí)信息處理、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與集成等方面有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力，尤其是具備良好的技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐能力。

鑒于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的承辦主體可能是計(jì)算機(jī)、電子、通信乃至光電等不同工程背景的學(xué)院，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的方式必然是不一而足，各顯其能。

1 物聯(lián)網(wǎng)人才能力

物聯(lián)網(wǎng)不僅是一個(gè)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層共同構(gòu)成的社會信息系統(tǒng)工程，更是一個(gè)涉及國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)、社會與生活各個(gè)領(lǐng)域的無所不包、無處不在的龐大產(chǎn)業(yè)鏈。2012年2月，國家工信部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，明確了智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能交通、智能物流、智能電網(wǎng)等重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用示范工程。據(jù)美國咨詢機(jī)構(gòu)Forrester預(yù)測，到2020年物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與現(xiàn)有通信業(yè)務(wù)比例將達(dá)到30：1，成為“億萬級”產(chǎn)業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展必然導(dǎo)致海量的人才需求。以智能物流行業(yè)為例，據(jù)中國物流與采購協(xié)會的最新數(shù)據(jù)：2015年，中國智能物流核心技術(shù)形成的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)2 000億元。全國包括上海、重慶、廣州、深圳、無錫、南京、西安、武漢等國家大型國際物流港的發(fā)展，至2013年全國現(xiàn)代物流與智能倉儲方面的技術(shù)管理人才缺口在20萬人以上。與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如火如荼的發(fā)展現(xiàn)狀不相匹配的是，目前尚未有為其“量身定制”的物聯(lián)網(wǎng)人才走出高校校門，我國第一批物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生尚在大學(xué)三年級。

依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才應(yīng)該具備計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的基本能力，包括計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力、系統(tǒng)能力。歸根結(jié)底是工程實(shí)踐能力。

然而，近年來，“為學(xué)”和“致用”之間的鴻溝在高校尤其是綜合性理工科高校有愈演愈烈之態(tài)，具體有下列特征：

（1）專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)配套環(huán)節(jié)存在不足與技術(shù)落后。首先，實(shí)驗(yàn)課程主要是面向書本知識的原理性驗(yàn)證、簡化的方法驗(yàn)證和非控制對象的理想化驗(yàn)證。比如某些實(shí)驗(yàn)只要求學(xué)生把預(yù)先提供的程序燒寫進(jìn)系統(tǒng)控制器，觀察現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)；或者按照樣圖焊接好芯片和器件上電通過就可以完成。其次，實(shí)驗(yàn)室提供的儀器、設(shè)備、工具軟件主要來自于國內(nèi)廠家生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)箱或者教儀，所采用的軟硬件技術(shù)和主流領(lǐng)域尤其是計(jì)算機(jī)、電子行業(yè)存在相當(dāng)大的差距，更新?lián)Q代的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其日新月異的發(fā)展速度。比如藍(lán)牙通信技術(shù)曾被認(rèn)為其通信距離受限于10 m以內(nèi)，只適合于電子消費(fèi)領(lǐng)域，然而2010年BluetoothV4.0協(xié)議發(fā)布之后，其出色的低功耗、傳輸距離和中間件集成度已經(jīng)能夠與zigBee相媲美，正逐漸成為無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域另一類自組網(wǎng)通訊載體。

（2）生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)暴露的問題更為突出。一方面，高等工科院校越來越多將工作重心轉(zhuǎn)移到科研上，疏于實(shí)踐能力、工程師能力的培養(yǎng)；另一方面，近年來隨著市場經(jīng)濟(jì)體系的建立和完善，許多企業(yè)主要出于“安全生產(chǎn)”“技術(shù)保密”等方面的考慮，對接納學(xué)生實(shí)習(xí)積極性不高，造成實(shí)習(xí)安排困難、學(xué)生實(shí)習(xí)期間只能“看”不能“動”和實(shí)習(xí)效果較差等一系列問題。工科學(xué)生實(shí)習(xí)僅僅是為了完成論文或者學(xué)校規(guī)定的學(xué)分，大部分學(xué)生畢業(yè)前沒有進(jìn)過工廠，沒有到過工業(yè)生產(chǎn)一線。

（3）很難找到軟硬技能結(jié)合的平衡點(diǎn)。對于實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)過程而言，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會出現(xiàn)能夠調(diào)試電路卻很難編寫結(jié)構(gòu)化的程序代碼，遇到硬件出錯(cuò)無所適從，完成某一相對獨(dú)立的系統(tǒng)模塊卻缺乏全面整合設(shè)計(jì)的能力等問題。很多公司的主設(shè)計(jì)師一般都是學(xué)硬件出身，再進(jìn)修軟件設(shè)計(jì)后成長起來的復(fù)合型人才，科班畢業(yè)的軟件工程師卻很難成為主設(shè)計(jì)師。在IC設(shè)計(jì)行業(yè)，只有精通硬件和軟件設(shè)計(jì)，才能正確地定義和分割系統(tǒng)。

2 分布式控制背景下的工程能力培養(yǎng)模式

合肥工業(yè)大學(xué)是安徽及相鄰江西、河南三省唯一的教育部直屬大學(xué)，曾長期隸屬機(jī)電部，服務(wù)機(jī)電行業(yè)，應(yīng)用特色明顯，尤其以機(jī)電學(xué)科見長。合肥工業(yè)大學(xué)一直秉承“論文寫在產(chǎn)品上、研究做在工程中、成果轉(zhuǎn)化在企業(yè)里”的工程理念，在培養(yǎng)高水平工程創(chuàng)新人才方面成果顯著。2010年，教育部第一批物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)落戶合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，由分布式控制研究所在其主導(dǎo)的“分布式控制與嵌入式系統(tǒng)”特色方向上予以建設(shè)。

2.1 分布式控制與嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)基地思路

分布式控制和嵌入式系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)、自動化以及通信等多學(xué)科，主要包括分布式控制系統(tǒng)理論與方法、控制網(wǎng)絡(luò)、嵌入式控制技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)軟件等技術(shù)和應(yīng)用。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容選題將圍繞這些技術(shù)展開，從一定層面上來說，與物聯(lián)網(wǎng)工程異曲同工。實(shí)訓(xùn)框架如圖1所示。

（1）在分布式控制系統(tǒng)理論與方法方面，重點(diǎn)以工程領(lǐng)域內(nèi)的分布式控制系統(tǒng)為對象，以數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要工具，對分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、控制策略以及系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)相關(guān)的理論與方法等方面進(jìn)行選題。

（2）在控制網(wǎng)絡(luò)方面，主要從分布式控制系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)方面進(jìn)行選題，包括現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及無線網(wǎng)等。

（3）在嵌入式控制技術(shù)方面，主要從分布式控制系統(tǒng)的智能終端設(shè)備及其協(xié)同工作方面選題，包括如何實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備多功能、高可靠性、小體積、低功耗等要求。

（4）在分布式控制系統(tǒng)軟件技術(shù)方面，主要從分布式控制系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì)、分析和實(shí)現(xiàn)等領(lǐng)域進(jìn)行選題，要求解決分布式控制軟件可組態(tài)、可移動、協(xié)同工作和任務(wù)調(diào)度等問題。

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容體系的建立采用“學(xué)科交叉”和“注重工程性”原則，主要來自3種途徑：一是直接從合肥工大高科信息科技股份有限公司等公司現(xiàn)有項(xiàng)目中抽?。欢翘釤捵詫W(xué)院教師的科研、應(yīng)用項(xiàng)目；三是來自基地自行設(shè)置的預(yù)研課題。實(shí)訓(xùn)選題的原型系統(tǒng)包括但不限于如下系統(tǒng)：鐵路信號計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、數(shù)字化礦井、汽車車身控制系統(tǒng)、分布式調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)、智能家居網(wǎng)絡(luò)與信息家電、企業(yè)鐵路物流自動化系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)規(guī)則化開發(fā)平臺、分布式控制系統(tǒng)中的Petri網(wǎng)建模與仿真、離散事件控制系統(tǒng)軟件自動生成等。

2.2 多環(huán)節(jié)全方位的實(shí)踐培養(yǎng)模式

1）加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

一般來說，專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)驗(yàn)基本上來說以驗(yàn)證性為主，但應(yīng)該以直觀和啟發(fā)性的方式展現(xiàn)給學(xué)生以激發(fā)其求知欲。例如RFID或zigBee的射頻信號傳輸實(shí)驗(yàn)，如果只是驗(yàn)證一下A節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送給B節(jié)點(diǎn)某個(gè)信號成功，使得B節(jié)點(diǎn)的指示燈閃爍，學(xué)生會很難理解這種看不見摸不著的無線電波怎么傳輸信息；而采用頻譜分析儀實(shí)時(shí)“嗅探”到空氣中的數(shù)據(jù)包并加以顯示不僅解決了上述問題，還能夠進(jìn)一步引起學(xué)生對于協(xié)議棧的興趣。

2）產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合促進(jìn)校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地建設(shè)。

作為基礎(chǔ)性科學(xué)研究的主體，高校的作用是培養(yǎng)人才輸送人才；企業(yè)作為科技成果轉(zhuǎn)化的媒介，擔(dān)當(dāng)著消化人才承接人才的責(zé)任。按照“優(yōu)勢互補(bǔ)、互利互惠”的原則，學(xué)校與校外實(shí)習(xí)基地通過友好協(xié)商、簽訂實(shí)習(xí)基地協(xié)議書并舉行授牌儀式，將企業(yè)與學(xué)校緊密聯(lián)系起來。利用企業(yè)基地的設(shè)備優(yōu)勢、經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，不但解決了學(xué)生實(shí)習(xí)問題，同時(shí)企業(yè)利用高校的人才資源優(yōu)勢，可以共同攻克技術(shù)難題、共同承擔(dān)政府和地方的項(xiàng)目。利用學(xué)校的技術(shù)力量，為協(xié)議單位開展職工培訓(xùn)、技術(shù)咨詢以及圖書情報(bào)服務(wù)等，幫助他們解決生產(chǎn)管理和生產(chǎn)技術(shù)中的實(shí)際問題，使協(xié)議單位從合作中受益，使產(chǎn)學(xué)合作關(guān)系不斷加強(qiáng)和鞏固。合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院于201 1年和無錫無線龍、北京奧爾斯、深圳飛瑞奧等物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)簽訂了共建實(shí)訓(xùn)基地的意向，均取得了良好的效果。

3）競賽、項(xiàng)目機(jī)制引導(dǎo)。

學(xué)科競賽不僅是高校實(shí)踐與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的載體，而且也是一種人才培養(yǎng)質(zhì)量檢測的有效手段。與本科生基本技能競賽、專業(yè)技能競賽相比，科技創(chuàng)新競賽正日益風(fēng)靡于大學(xué)生中，某些學(xué)科競賽的魅力成為了創(chuàng)新、科學(xué)的風(fēng)向標(biāo)，例如“飛思卡爾智能車大賽”“挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外作品/商業(yè)計(jì)劃大賽”“ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽”等。

學(xué)科競賽具有顯著的實(shí)踐性，穩(wěn)定的實(shí)踐基地是深入開展大學(xué)生學(xué)科競賽的重要支撐條件。校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室通過科研型、科技活動型、自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目型和綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)型等多種項(xiàng)目形式向?qū)W生開放，并覆蓋到全校學(xué)生，為學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)、自擬科技活動課題和參加科學(xué)研究等提供優(yōu)良條件。依托相應(yīng)學(xué)科建立學(xué)生創(chuàng)新基地，構(gòu)筑創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)平臺，開展各類創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、競賽、服務(wù)和咨詢等實(shí)踐活動。

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施，為本科生參與科學(xué)研究和實(shí)踐興趣愛好創(chuàng)造了機(jī)會，越來越多的本科生寫出了科技論文、申請了發(fā)明專利、完成了實(shí)用成果、參與了科研項(xiàng)目。由于物聯(lián)網(wǎng)“全面感知、可靠傳輸、智能處理”的精髓，一個(gè)最簡單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)也可劃分為通過單片機(jī)/ARMfDSP控制的傳感器/執(zhí)行器組、無線/有線單級或多級融合傳輸網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)背景相關(guān)的可視化處理頁面3部分構(gòu)成，也就是說焊調(diào)板子、通訊組網(wǎng)、網(wǎng)頁平面這3件事情缺一不可。學(xué)生的創(chuàng)新激情、天馬行空的想象力，正在一個(gè)個(gè)項(xiàng)目里誕生?！拔⒉不ā薄岸绦趴刂茖嬍胰展鉄簟薄癐PAD點(diǎn)菜單”等一個(gè)個(gè)富有Idea范兒的創(chuàng)意正逐步出現(xiàn)在我們身邊。

圖2給出了上述各類環(huán)節(jié)在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)4年的作用，供大家商榷。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)由于服務(wù)的行業(yè)領(lǐng)域不同、承擔(dān)主體的行業(yè)背景有異，不可能出現(xiàn)千篇一律的人才培養(yǎng)模式，我們需要調(diào)動一切有利于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的手段去武裝這一未來宏偉產(chǎn)業(yè)的人才儲備大軍。合肥工業(yè)大學(xué)同其他兄弟高校一樣，也在摸索、探求一條能夠利用自身優(yōu)勢、適合于物聯(lián)網(wǎng)人才發(fā)展的道路，就目前形式來看，分布式控制與嵌入式系統(tǒng)方向在科研氛圍、基地建設(shè)、教學(xué)資源等各方面都在積極實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的目標(biāo)。

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（編輯：郭田珍）