機(jī)器人工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案探索

吳文強(qiáng) 朱大昌 江帆 陳從桂 劉鎮(zhèn)章

（廣州大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

摘 要：根據(jù)我校新辦機(jī)器人工程本科專業(yè)建設(shè)的需求，分析珠三角制造行業(yè)對機(jī)器人自動化技術(shù)人才的需求狀況，探索以創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)的目標(biāo)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，包括培養(yǎng)目標(biāo)、建設(shè)方向、培養(yǎng)規(guī)格、課程修業(yè)方案等方面。通過優(yōu)化課程體系、建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，以及加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等措施，培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、基礎(chǔ)扎實(shí)、自學(xué)能力強(qiáng)、具備創(chuàng)新能力的機(jī)器人自動化專業(yè)技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人工程；創(chuàng)新型人才；人才培養(yǎng)方案；新專業(yè)建設(shè)

中圖分類號：C961 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）15-0043-03

Abstract： This paper analyses the demand for technical talents of robot and automation in manufacturing industries of Pearl River Delta. Meanwhile， based on construction of robot engineering， a new discipline of Guangzhou University， this thesis discusses the education programs for innovation-oriented talents. Education targets， course orientation and other detailed plans are demonstrated in the education programs. The ultimate of this study is to bring up technical talents with solid course foundation， great adaptability， innovative ability as well as expertise in robot and automation by adopting measures， such as optimizing course system， building teaching team and strengthening discipline system.

Keywords： robot engineering； innovative talents； personnel training program； new specialty building

一、概述

《中國制造2025》[1]、《廣東省智能制造發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》[2]和《廣州制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃》[3]提出明確的目標(biāo)，將機(jī)器人智能裝備作為本地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，廣州市將于未來十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)3千億元的產(chǎn)值，成為廣東乃至中國新型創(chuàng)新中心，巨大的市場容量帶來了對機(jī)器人自動化產(chǎn)業(yè)相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)型人才的迫切需求。越來越多的高等院校開辦機(jī)器人專業(yè)，目前在機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)方面，高職類院校[4，5]以及部分應(yīng)用型本科[6-7]已形成相對完善的模式，其目的主要在于培養(yǎng)操作應(yīng)用類人才，但對于綜合性本科院校，更注重對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[8-11]。

針對珠三角乃至全國對機(jī)器人自動化人才的需求，廣州大學(xué)于2017申辦成立機(jī)器人工程本科專業(yè)，并計(jì)劃于同年招生。作為全國第一批開辦本科機(jī)器人工程專業(yè)的院校，學(xué)校在發(fā)展規(guī)劃指出要立足地方產(chǎn)業(yè)，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，辦好辦強(qiáng)機(jī)器人工程專業(yè)，為地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供強(qiáng)有力的創(chuàng)新型人才、科技支撐。

本文針對我校新辦機(jī)器人工程專業(yè)的需求，研究機(jī)器人創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，建立立足產(chǎn)業(yè)、服務(wù)地方的人才培養(yǎng)方案，形成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機(jī)制，為珠三角乃至全國機(jī)器人自動化行業(yè)長期穩(wěn)定的輸送創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、機(jī)器人工程專業(yè)人才需求分析

（一）行業(yè)需求

廣東省珠三角地區(qū)是我國制造業(yè)的聚集地，匯集了包括汽車、家電、機(jī)器人、醫(yī)療器械、數(shù)控裝備、樓宇自動化、鐵路、電力等行業(yè)的研發(fā)、制造、生產(chǎn)銷售等各類規(guī)模的企業(yè)，隨著人口紅利的下降以及生產(chǎn)成本的提高，各行業(yè)對機(jī)器人自動化的需求更加迫切。以電子生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)為例，作為優(yōu)勢和特色產(chǎn)業(yè)，珠三角匯集了數(shù)以萬計(jì)的電子生產(chǎn)制造企業(yè)，但大都是勞動密集型企業(yè)，其生產(chǎn)都依賴于低效率和低質(zhì)量的手工制造，綜合競爭力不強(qiáng)，位于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的底層和產(chǎn)業(yè)鏈的低端，制約了“中國制造”的可持續(xù)性發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國3C行業(yè)從業(yè)人員超過2000萬人，廣東的輕工業(yè)從業(yè)人員更是超過4千萬人，同樣存在著自動化程度低的缺點(diǎn)，缺乏競爭力。

為提升行業(yè)綜合競爭力，目前，全省乃至全國都在開展“機(jī)器換人”的行動，注重科技開發(fā)和應(yīng)用，注重自動化程度的提高，作為“制造業(yè)皇冠上的一顆明珠”的機(jī)器人，更是得到重視，已逐步在各行各業(yè)中推廣使用。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)近年來呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的態(tài)勢，但隨著而來的就是技術(shù)儲備供不應(yīng)求，技術(shù)型人才，特別是創(chuàng)新型人才極其匱乏，體現(xiàn)在：

1. 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張急需更多高素質(zhì)人才：我國儼然已成為全球機(jī)器人第一大市場，工業(yè)機(jī)器人的熱潮帶動整個(gè)自動化產(chǎn)業(yè)的智能生產(chǎn)，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園，廣州、東莞、佛山、深圳等地均已開建機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量從事機(jī)器人自動化相關(guān)研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、裝配、系統(tǒng)集成的高素質(zhì)技術(shù)人才。

2. 機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大需要更專業(yè)的技術(shù)人才：機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的汽車行業(yè)逐步擴(kuò)大到各行各業(yè)，且其他行業(yè)對機(jī)器人需求的規(guī)模已大大超過汽車行業(yè)，但在新領(lǐng)域中的應(yīng)用，需要更多有行業(yè)背景的機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，珠三角直接使用工業(yè)機(jī)器人的人才缺口達(dá)數(shù)萬人。不僅僅需要機(jī)器人操作維護(hù)人才，更需要專用夾具設(shè)計(jì)、機(jī)器人工藝設(shè)計(jì)、傳感應(yīng)用、控制系統(tǒng)研發(fā)等各方面的技術(shù)人才。

3. 專業(yè)研發(fā)類人才培養(yǎng)缺乏針對性：之前還未有本科院校開辦機(jī)器人專業(yè)，僅有部分高校開設(shè)機(jī)器人課程，大多數(shù)還是研究生課程，難以對機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。而在企業(yè)從事機(jī)器人技術(shù)開發(fā)工作的工程師多是出身機(jī)電類專業(yè)，不經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)和深入的學(xué)習(xí)，很難直接從事機(jī)器人研發(fā)工作。

4. 機(jī)器人應(yīng)用復(fù)合型人才供不應(yīng)求：機(jī)器人是集機(jī)械、控制、傳感、電子等多學(xué)科專業(yè)知識的行業(yè)，機(jī)器人能否順利應(yīng)用不僅取決于設(shè)備、工藝、生產(chǎn)管理的成熟性，更取決于集成應(yīng)用技術(shù)人才的素質(zhì)，但目前的現(xiàn)狀是相關(guān)人才數(shù)量和質(zhì)量均不能達(dá)到市場的需求。

（二）崗位需求

據(jù)調(diào)研，機(jī)器人技術(shù)人才需求體現(xiàn)在以下崗位上：

1. 機(jī)器人研發(fā)工程師：研制機(jī)器人系統(tǒng)，主要包括機(jī)器人本體設(shè)計(jì)和機(jī)器人控制系統(tǒng)研制，具體崗位有機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、機(jī)器人裝配、機(jī)器人測試、示教器研制、語言系統(tǒng)開發(fā)、機(jī)器人算法研究、運(yùn)動控制系統(tǒng)開發(fā)、伺服系統(tǒng)開發(fā)等。

2. 機(jī)器人操作工程師：操作機(jī)器人，對機(jī)器人進(jìn)行編程、調(diào)試，以及外圍設(shè)備編程測試、PLC編程等，配合其他相關(guān)人員完成機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的搭建、調(diào)試，負(fù)責(zé)機(jī)器人運(yùn)行期間的狀態(tài)監(jiān)控、維護(hù)等工作。

3. 機(jī)器人系統(tǒng)工程師：把握客戶需求，制訂工藝過程，設(shè)計(jì)機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目的整套方案，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，對機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備分析選型，對工裝夾具、傳輸設(shè)備、檢測裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，指導(dǎo)并參與機(jī)器人系統(tǒng)的搭建、編程、調(diào)試的全過程，并提供必要的技術(shù)支持。

4. 機(jī)器人軟件工程師：編制機(jī)器人應(yīng)用軟件，包括機(jī)器人離線編程系統(tǒng)、外圍設(shè)備控制系統(tǒng)、傳感信息處理系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、操作軟件等。

5. 機(jī)器人培訓(xùn)工程師：負(fù)責(zé)安全培訓(xùn)、機(jī)器人產(chǎn)品技術(shù)培訓(xùn)、應(yīng)用操作培訓(xùn)，機(jī)器人技術(shù)開發(fā)培訓(xùn)等。

廣州大學(xué)建設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)的初衷就是培養(yǎng)“機(jī)器人與智能制造技術(shù)”的專業(yè)人才，為智能制造這樣的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展輸出高水平、復(fù)合型精英人才，支持產(chǎn)業(yè)科學(xué)、持續(xù)、高速的發(fā)展。

三、機(jī)器人工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案

（一）培養(yǎng)目標(biāo)

遵循“博學(xué)篤行，知行合一”的校訓(xùn)，堅(jiān)持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，緊緊圍繞“立德樹人”的根本任務(wù)，把德育和創(chuàng)新教育貫徹整個(gè)人才培養(yǎng)的全過程，培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、專業(yè)基礎(chǔ)夯實(shí)、動手能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識，能夠從事機(jī)器人自動化行業(yè)設(shè)計(jì)、研發(fā)、集成、應(yīng)用、管理與維護(hù)的高素質(zhì)技術(shù)人才。

（二）發(fā)展方向

依據(jù)市場需求以及機(jī)器人技術(shù)學(xué)科的發(fā)展方向，機(jī)器人工程專業(yè)設(shè)置了三個(gè)各具特色的專業(yè)方向：

1. 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造專業(yè)方向：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和機(jī)械學(xué)科交叉融合的專業(yè)方向，面向工業(yè)生產(chǎn)，主要研究機(jī)器人自動化技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)，包括機(jī)器人系統(tǒng)、機(jī)器人工作站、機(jī)器人控制和應(yīng)用等，主修該方向的學(xué)生要求掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人自動化生產(chǎn)線、自動控制原理等的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)，能利用先進(jìn)的技術(shù)從事工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)本體和自動生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、智能控制和工業(yè)應(yīng)用開發(fā)等工作。

2. 工業(yè)智能機(jī)器人專業(yè)方向：主要研究智能機(jī)器人系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、制造、人機(jī)交互、人工智能算法、地圖建模與自主導(dǎo)航理論和技術(shù)，主修該方向的學(xué)生要求能利用機(jī)器視覺技術(shù)、語音語義識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號與信息處理技術(shù)和地圖建模等技術(shù)從事各類智能服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造和高級應(yīng)用開發(fā)等工作。

3. 服務(wù)機(jī)器人專業(yè)方向：主要研究面向復(fù)雜服役工況下的機(jī)器人創(chuàng)新型設(shè)計(jì)理念，加深與推進(jìn)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研用進(jìn)程。主修該方向的學(xué)生要求既掌握復(fù)雜服役工況下服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)和制造的基本理論和技術(shù)，又掌握服務(wù)機(jī)器人的市場分析、技術(shù)轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識，能夠從事服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、開發(fā)、加工、應(yīng)用等工作。

（三）人才培養(yǎng)規(guī)格

機(jī)器人工程專業(yè)的學(xué)生要求具備堅(jiān)定的政治信念，具備開展技術(shù)研究開發(fā)工作的基本素養(yǎng)，掌握機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)理論，具有開闊的思維與認(rèn)知能力，具備很強(qiáng)的實(shí)際動手能力，能從事機(jī)器人產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用開發(fā)、運(yùn)行管理與維護(hù)和教育培訓(xùn)等方面的工作，本專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識和能力：

1. 具備堅(jiān)定的政治信仰，以及良好的品德，健康的體魄和心理；

2. 具備能夠開展技術(shù)研究開發(fā)工作的基本素養(yǎng)，包括基本常識、閱讀寫作能力、外語等；

3. 掌握機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)基本常識，熟悉機(jī)器人操作，掌握機(jī)器人組成結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等基本，能夠開展機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或開發(fā)工作；

4. 要求掌握專業(yè)大綱要求必修課專業(yè)知識，具備文獻(xiàn)檢索能力，能夠把握學(xué)科前沿，掌握行業(yè)動向；

5. 要求具備較強(qiáng)的實(shí)際動手能力，具有一定的創(chuàng)新能力，能夠分析及解決實(shí)際工程問題，具備較強(qiáng)的自學(xué)能力，以及研發(fā)、管理能力。

（四）課程修業(yè)方案

1. 課程設(shè)置：根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)方案，機(jī)器人專業(yè)課程基本框架包含必修課、專業(yè)選修課和集中性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等三部分。其中專業(yè)必修課包括機(jī)器人學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、自動控制原理、機(jī)器人系統(tǒng)建模、單片機(jī)、工程測試、工程力學(xué)、三維建模等課程；專業(yè)選修課根據(jù)具體的方向設(shè)置課程體系，機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造偏重機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，工業(yè)智能機(jī)器人偏重控制與人工智能，服務(wù)機(jī)器人偏重傳感與智能化，所有的專業(yè)選修課均加強(qiáng)課程實(shí)踐，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2. 學(xué)制：根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)方案，機(jī)器人工程專業(yè)為四年，且最多延長至七年，學(xué)分制管理，需達(dá)到規(guī)定的學(xué)分才能夠畢業(yè)。

3. 學(xué)分體系：須完成全校統(tǒng)一類課程的學(xué)習(xí)，包括36學(xué)分的必修課和11學(xué)分的選修課。機(jī)器人學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、自動控制原理、機(jī)器人系統(tǒng)建模、單片機(jī)、工程測試、工程力學(xué)、三維建模等專業(yè)必修課是所有機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生必須完成的環(huán)節(jié)，專業(yè)選修課要求學(xué)生畢業(yè)前至少選修不少于16學(xué)分的課程，而實(shí)踐環(huán)節(jié)要求必須完成。

4. 引入競爭淘汰機(jī)制：機(jī)器人工程專業(yè)將在大一學(xué)生中開展機(jī)器人技術(shù)方面的認(rèn)知教育：學(xué)生需定期查閱相關(guān)資料并以報(bào)告形式舉辦交流活動，指導(dǎo)教師根據(jù)綜合評價(jià)給出相應(yīng)分值，大二學(xué)期結(jié)束將按分值高低進(jìn)行排名，后10%的學(xué)生將在機(jī)器人工程三個(gè)專業(yè)方向內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

5. 注重實(shí)習(xí)實(shí)踐：進(jìn)入大三階段將重點(diǎn)培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新能力，采取“進(jìn)實(shí)驗(yàn)室“、“入駐企業(yè)“、“導(dǎo)師負(fù)責(zé)制“等策略引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、積極創(chuàng)新。本專業(yè)三個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行無障礙全面開放管理模式，學(xué)生畢業(yè)前必須通過綜合實(shí)驗(yàn)測試（根據(jù)集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)要求，在工業(yè)機(jī)器人編程與操作、機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面制定具體要求）才能取得畢業(yè)資格。

四、實(shí)施舉措

1. 優(yōu)化課程體系：建立畢業(yè)要求與課程教學(xué)內(nèi)容的直接聯(lián)系，明確課程的教學(xué)目的，有針對性地編制教學(xué)大綱。目的驅(qū)動型教學(xué)設(shè)計(jì)，讓師生對每一門課，甚至每一節(jié)課的目標(biāo)與價(jià)值了如指掌，而不會對“為什么學(xué)”、“如何教”等問題產(chǎn)生迷茫。

2. 教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)：三個(gè)方向設(shè)定三個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)人需是機(jī)器人該領(lǐng)域?qū)W科帶頭人，由負(fù)責(zé)人和課程組長梳理各類課程之間的關(guān)系，制定專業(yè)基礎(chǔ)課程指南。

3. 學(xué)科建設(shè)：加強(qiáng)學(xué)科高層次人才梯隊(duì)建設(shè)，在引進(jìn)一批高層次機(jī)器人學(xué)科人才的同時(shí)，整合學(xué)院與相關(guān)研究院、企業(yè)的優(yōu)勢資源，建設(shè)成為一支以學(xué)術(shù)研究為導(dǎo)向、技術(shù)轉(zhuǎn)化為落腳點(diǎn)的高水平教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)。

4. 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)：機(jī)器人工程是一個(gè)實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，同時(shí)又是一個(gè)集機(jī)械、電子、通訊、計(jì)算機(jī)、傳感等多學(xué)科交叉的學(xué)科，僅注重課堂教學(xué)很難讓學(xué)生掌握完整的知識體系，更難以啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，只有通過實(shí)操性強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)，在動手的過程中學(xué)習(xí)掌握理論知識，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，才能培養(yǎng)出機(jī)器人理論和實(shí)踐能力皆強(qiáng)的復(fù)合型人才。

五、結(jié)束語

作為我國本科院校首批新開展的專業(yè)，機(jī)器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式還處于摸索階段，不同于職業(yè)類院校的機(jī)器人專業(yè)，不僅要培養(yǎng)實(shí)際操作能力，還要培養(yǎng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用能力。本文針對我校新辦機(jī)器人工程專業(yè)的需求，研究機(jī)器人創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，力求建設(shè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機(jī)制，為珠三角乃至全國機(jī)器人自動化行業(yè)長期穩(wěn)定的輸送創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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