《中國(guó)制造2025》與自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)

吳曉蓓

摘 要：《中國(guó)制造2025》將帶來(lái)全新的制造業(yè)時(shí)代，對(duì)高等教育而言，集中反映在如何培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需要的高素質(zhì)人才上。本文基于《中國(guó)制造2025》對(duì)人才的需求，結(jié)合自動(dòng)化專業(yè)的內(nèi)涵與特色，提出了改革自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的問(wèn)題，希望引起廣大同業(yè)人員的共識(shí)。

關(guān)鍵詞：智能制造；自動(dòng)化專業(yè)；人才培養(yǎng)

人類已經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，即蒸汽機(jī)時(shí)代（工業(yè)1.0）、電氣化時(shí)代（工業(yè)2.0）、信息化時(shí)代（工業(yè)3.0），基于信息物理融合系統(tǒng)的智能化促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的“工業(yè)4.0”時(shí)代正在到來(lái)。當(dāng)前幾個(gè)值得關(guān)注的信息：2011年美國(guó)提出先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃；2012年奧巴馬提出建設(shè)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)；2014年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，“工業(yè)4.0”概念受到高度關(guān)注和評(píng)價(jià)； 2015年5月18日《中國(guó)制造2025》發(fā)布。發(fā)達(dá)國(guó)家諸多行動(dòng)向我們傳遞出強(qiáng)烈信號(hào)，工業(yè)轉(zhuǎn)型將迎來(lái)大突破、大提速，世界各國(guó)都在搶占制造業(yè)強(qiáng)國(guó)高地?，F(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)高等教育提出了新要求，我國(guó)自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)必須努力跟上。

一、《中國(guó)制造2025》對(duì)人才提出的新要求

工信部苗圩部長(zhǎng)在2015年智能制造國(guó)際會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要將智能制造作為實(shí)施《中國(guó)制造2025》的主攻方向。其主線是信息化與工業(yè)化的深度融合，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)工業(yè)的融合，這是中國(guó)新一輪制造發(fā)展的制高點(diǎn)，將會(huì)驅(qū)動(dòng)中國(guó)制造向中國(guó)智造加速轉(zhuǎn)變。無(wú)論是“工業(yè)4.0”還是《中國(guó)制造2025》，其本質(zhì)都是要實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的智能生產(chǎn)，形成開放的全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力體現(xiàn)在：機(jī)器設(shè)備是否滿足定制化生產(chǎn)的需求；機(jī)器是否具備強(qiáng)大的自我完善功能；是否能在網(wǎng)絡(luò)化的未來(lái)產(chǎn)業(yè)鏈中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、追蹤各類數(shù)據(jù)，并歸納分析和利用。誰(shuí)掌握了世界制造的脈搏，誰(shuí)就將決定未來(lái)世界制造業(yè)的格局。

作為此次工業(yè)轉(zhuǎn)型中的重要一環(huán)，我國(guó)目前的專業(yè)人才狀況又是如何呢？相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在中國(guó)科技人力和研發(fā)人員總數(shù)分別居世界第一位和第二位，并且每年還有大約700萬(wàn)大學(xué)畢業(yè)生。而中國(guó)一名工程師每年的綜合成本在3萬(wàn)美元左右，僅為美國(guó)的1/10。但是，中國(guó)的“人才”是用自己的尺子衡量的，總體來(lái)看在創(chuàng)新引領(lǐng)和主動(dòng)作為等方面與國(guó)際一流水準(zhǔn)相比尚有較大差距。那么，《中國(guó)制造2025》對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)究竟有何新的需求呢？

第一，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化裝備設(shè)計(jì)人才的需求。智能化是制造自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展方向，作為智能制造過(guò)程中的執(zhí)行載體，自動(dòng)檢測(cè)裝備、自動(dòng)裝配設(shè)備、工業(yè)智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)裝備等自主研發(fā)和設(shè)計(jì)是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)此類裝備的規(guī)?；瘧?yīng)用，推動(dòng)傳統(tǒng)的制造業(yè)向“智能工廠”轉(zhuǎn)型。

第二，對(duì)人工智能技術(shù)人才的需求。人工智能技術(shù)的發(fā)展為生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)與信息的分析處理提供了有效的方法，給制造技術(shù)增添了智能的翅膀。人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問(wèn)題，該技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用必將全面提升制造業(yè)的智能化程度。

第三，對(duì)軟件人才的需求。智能化制造要求從產(chǎn)品開發(fā)到設(shè)計(jì)、外包、生產(chǎn)及交付等，生產(chǎn)制造的每個(gè)階段都需要實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化、智能化，并且各階段的信息高度集成是必然趨勢(shì)。軟件將成為構(gòu)建智能化工廠的重要基礎(chǔ)，人性化操作接口、高功效運(yùn)算平臺(tái)連接、跨網(wǎng)絡(luò)的云端運(yùn)算、信息集成分析與統(tǒng)計(jì)都將成為關(guān)鍵要素。

第四，對(duì)多學(xué)科交叉復(fù)合型人才的需求。在互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)化深度融合的驅(qū)使下，未來(lái)的制造業(yè)必將成為一項(xiàng)綜合應(yīng)用各學(xué)科門類的前沿領(lǐng)域。傳統(tǒng)條塊分割式的人才專業(yè)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適應(yīng)發(fā)展的需要，一專多精、多專多精的復(fù)合型人才將是未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)人才需求的方向，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)等人才的重要性將日益凸顯。

二、自動(dòng)化理論與技術(shù)在新一輪工業(yè)革命中的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)

自動(dòng)化理論與技術(shù)具有幾個(gè)顯著特點(diǎn)。首先，“無(wú)處不在和無(wú)時(shí)不有”的控制，奠定了自動(dòng)化技術(shù)的寬泛和普適性地位；其次，“系統(tǒng)性和信息化”的特點(diǎn)，表明了自動(dòng)化技術(shù)的前沿性和時(shí)代性；再有，“追求精準(zhǔn)和力求優(yōu)化”的反饋精髓、黑箱方法、功能模擬等方法，以及PID、分層分級(jí)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織、智能等控制思想，更是表明了自動(dòng)化理論與技術(shù)突出的方法論特點(diǎn)。無(wú)論是蒸汽機(jī)時(shí)代、電氣化時(shí)代，還是信息化時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)都是積極的推動(dòng)者。

我國(guó)高校設(shè)立自動(dòng)化專業(yè)已經(jīng)有50多年的歷史，圍繞自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)和技術(shù)內(nèi)涵，開展專門人才的培養(yǎng)，不但符合國(guó)情，而且具有中國(guó)特色、中國(guó)創(chuàng)新。50多年的實(shí)踐證明，自動(dòng)化專業(yè)為國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)了大量各行各業(yè)的優(yōu)秀人才，自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)綜合的跨行業(yè)專業(yè)。新一輪工業(yè)革命比以往的三次工業(yè)革命來(lái)得更加深刻，新原理、新技術(shù)、新方法蜂擁而至，受到影響的產(chǎn)業(yè)更多，賦予自動(dòng)化技術(shù)也有更高的要求。自動(dòng)化理論與技術(shù)在新一輪工業(yè)革命中更要有責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

首先，利用自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)與資源虛擬化的設(shè)計(jì)環(huán)境。將工廠中現(xiàn)有的制造技術(shù)進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通，并在云計(jì)算平臺(tái)上形成虛擬的設(shè)計(jì)環(huán)境，使資源得到最大限度的共享和使用。云計(jì)算平臺(tái)與智能制造實(shí)現(xiàn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)知識(shí)工作自動(dòng)化。這是智能制造發(fā)展的方向。

其次，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)、快速、高效的控制。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)化等新技術(shù)為控制提供了更加豐富和精確的信息資源和控制要素，提供了更好的工具，可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和高級(jí)的控制策略，也可以更加快速地將控制策略實(shí)現(xiàn)，“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的目的就是要實(shí)現(xiàn)更加理想的制造過(guò)程和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，達(dá)到快速、精準(zhǔn)的控制，實(shí)現(xiàn)智能制造，智能工廠。

再次，要研究和開發(fā)面向復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)大系統(tǒng)的自動(dòng)化理論、技術(shù)與實(shí)踐，形成高度集成的自動(dòng)化系統(tǒng)?！吨袊?guó)制造2025》明確指出，要推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，具體包括：研究制定智能制造發(fā)展戰(zhàn)略；加快發(fā)展智能制造裝備和產(chǎn)品；推進(jìn)制造過(guò)程智能化；深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用；加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。這些需求對(duì)已有的自動(dòng)化理論與技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，需要新的理論與技術(shù)。

三、自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)內(nèi)容改革與方法提升

按照《中國(guó)制造2025》對(duì)自動(dòng)化技術(shù)提出的新要求，改革自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式，是自動(dòng)化專業(yè)教育教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急。

首先要形成改革共識(shí)?！案摹笔裁?，“革”什么，“增”什么，作為自動(dòng)化理論與技術(shù)專門人才培養(yǎng)的專業(yè)，我們應(yīng)深入思考，形成改革共識(shí)，共同踐行，并在實(shí)踐中不斷完善。

近年來(lái)，廣大高校根據(jù)社會(huì)需求對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容一直進(jìn)行著調(diào)整和完善。主要的做法有：一是打牢學(xué)生控制理論的基礎(chǔ)，增加了優(yōu)化理論、自適應(yīng)控制、系統(tǒng)辨識(shí)、智能控制等知識(shí)內(nèi)容；二是增強(qiáng)學(xué)生掌握信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的能力，增加了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制系統(tǒng)仿真、嵌入式系統(tǒng)等知識(shí)內(nèi)容；三是結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域，有針對(duì)性地補(bǔ)充了專門知識(shí)，比如樓宇自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)等知識(shí)內(nèi)容。這些調(diào)整一定程度上適應(yīng)了社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求。但總的來(lái)說(shuō)，還僅僅停留在知識(shí)內(nèi)容的簡(jiǎn)單補(bǔ)充，缺少對(duì)自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)內(nèi)容體系的深入探究和有效整合。

另一方面，大學(xué)以前的教育屬于基礎(chǔ)教育。對(duì)大學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)，一來(lái)要與高中的基礎(chǔ)知識(shí)有效銜接；二來(lái)要與科技發(fā)展的需求融會(huì)貫通?？萍及l(fā)展得越快，需要融合的知識(shí)越多，這對(duì)于大學(xué)的專業(yè)教育是一個(gè)難題，對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)更是這樣。我們必需要有強(qiáng)烈的改革意識(shí)和有效的改革抓手。

其次是改革教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生的專業(yè)知識(shí)直接來(lái)源于專業(yè)教學(xué)。自動(dòng)化專業(yè)的本科畢業(yè)生一般能夠做到：分析或構(gòu)建一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)或過(guò)程控制系統(tǒng)）；對(duì)于多變量系統(tǒng)可以進(jìn)行基于現(xiàn)代控制理論方法的分析和初步設(shè)計(jì)；對(duì)一些典型系統(tǒng)能夠進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)，并使其達(dá)到一定的性能指標(biāo)；對(duì)于簡(jiǎn)單的對(duì)象能夠運(yùn)用智能控制的思想進(jìn)行算法的編程；能夠處理企業(yè)中典型的控制系統(tǒng)的維護(hù)、調(diào)試、設(shè)計(jì)等。但面對(duì)更加復(fù)雜的或信息化程度高的系統(tǒng)，往往還要進(jìn)行專門培訓(xùn)或深入學(xué)習(xí)。

《中國(guó)制造2025》對(duì)許多新技術(shù)提出了要求，比如要“全面推廣應(yīng)用以綠色、智能、協(xié)同為特征的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)。加強(qiáng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，攻克信息化設(shè)計(jì)、過(guò)程集成設(shè)計(jì)、復(fù)雜過(guò)程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等共性技術(shù)”。再如，“推進(jìn)制造過(guò)程智能化。在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制?！蹦壳暗慕虒W(xué)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些新技術(shù)的需求。需要增加智能感知技術(shù)、知識(shí)自動(dòng)化技術(shù)、智能規(guī)劃技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、知識(shí)

管理技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等內(nèi)容。如何將這些原理和技術(shù)轉(zhuǎn)化為專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，尚需深入分析并提煉出教學(xué)的知識(shí)領(lǐng)域和具體的知識(shí)點(diǎn)，需要重新組織專業(yè)的教學(xué)體系。對(duì)于不同的學(xué)校，根據(jù)本校對(duì)人才培養(yǎng)的定位，應(yīng)有所區(qū)別。有的學(xué)?？梢蚤_展以產(chǎn)品為對(duì)象的專業(yè)教育模式。比如針對(duì)某一領(lǐng)域的機(jī)器人，可以圍繞機(jī)器人中的控制問(wèn)題和相關(guān)的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，形成專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃；也可以圍繞與自動(dòng)化有關(guān)的共性技術(shù)開設(shè)專業(yè)方向。各學(xué)校要建立與本校人才培養(yǎng)定位相適應(yīng)的教學(xué)體系。

再次是創(chuàng)新教學(xué)方法。怎么教，如何學(xué)？大量的知識(shí)內(nèi)容要傳授給學(xué)生，需要有效的教學(xué)方法。好的方法是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、使其具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵。要采用與本校人才培養(yǎng)定位相適應(yīng)、與本校學(xué)生學(xué)習(xí)狀況相符的教學(xué)方式。

要根據(jù)教學(xué)的知識(shí)體系設(shè)計(jì)并建設(shè)相關(guān)的認(rèn)知和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。例如，可以建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在企業(yè)設(shè)立教學(xué)基地，實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊做邊體會(huì)邊研究的研究性學(xué)習(xí)環(huán)境，這些都對(duì)教師提出了很高的要求。要充分利用現(xiàn)代媒體技術(shù)，整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)高水平的教學(xué)。當(dāng)前，很多高校都在做MOOC課程、翻轉(zhuǎn)課堂，是否需要校校都建、人人都做？能否考慮聯(lián)合共建，形成資源整合并共享。如何講授課程也是很有學(xué)問(wèn)的。要積極探索問(wèn)題導(dǎo)向、案例教學(xué)、樂(lè)高式教學(xué)、階梯式教學(xué)等教學(xué)方式，做到因人而異，因教學(xué)內(nèi)容而異。教師需要用心設(shè)計(jì)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大學(xué)期間需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容只會(huì)越來(lái)越多，更新也會(huì)越來(lái)越快，只有通過(guò)有效的教學(xué)方法才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的教學(xué)效果。希望470多所設(shè)有自動(dòng)化專業(yè)的本科院校共同獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，辦出水平、辦出特色，為《中國(guó)制造2025》的實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才！

[責(zé)任編輯：夏魯惠]