“新工科”背景下機(jī)器人行業(yè)實(shí)踐型人才知識(shí)構(gòu)建與培養(yǎng)方法探討*

王 高，葉文生，柳 寧

（暨南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院/機(jī)器人智能技術(shù)研究院，廣東廣州 510632）

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)器人應(yīng)用迅速普及、機(jī)器人產(chǎn)能擴(kuò)張、國(guó)產(chǎn)品牌機(jī)器人進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用的大背景下，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的伺服驅(qū)動(dòng)、RV減速機(jī)等關(guān)鍵零部件還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性突破，但已有大量的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人控制系統(tǒng)面世，并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展軌道。機(jī)器人控制系統(tǒng)的研發(fā)工程師需求量大，但機(jī)器人技術(shù)是一種涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)控制等學(xué)科的綜合技術(shù)，絕大部分高校都沒(méi)有機(jī)器人專業(yè)，目前在崗的機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師都是實(shí)踐中成長(zhǎng)起來(lái)的，水平、能力成長(zhǎng)周期差異較大，企業(yè)必須考慮這種綜合人才的培養(yǎng)與使用問(wèn)題，高校對(duì)于這類人才的早期培養(yǎng)及塑造作用愈發(fā)明顯。

教育部適時(shí)提出面向工程教育改革創(chuàng)新的“新工科”概念[1]，將新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域極具產(chǎn)業(yè)化特色的機(jī)器人、智能制造羅列其中。基于國(guó)內(nèi)目前與機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)課程設(shè)置，實(shí)質(zhì)是雜糅了機(jī)械、計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)控制等學(xué)科的綜合體，培養(yǎng)體系和目標(biāo)還不明晰，建設(shè)機(jī)器人/智能制造學(xué)院等面向新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化學(xué)科集群時(shí)機(jī)尚不成熟。

“新工科”對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位由學(xué)生個(gè)體發(fā)展、工程本質(zhì)屬性、社會(huì)需求及國(guó)家意志所決定[2]。新工科的出現(xiàn)將變革或顛覆原有工科知識(shí)體系，是面向未來(lái)的工程教育。面向工業(yè)機(jī)器人控制器研發(fā)的工程師培養(yǎng)定位。本文著力探討“新工科”背景下的實(shí)踐型研發(fā)人才知識(shí)框架構(gòu)建和結(jié)構(gòu)模型分析，及基于該框架下的本科生“工程師目標(biāo)”培養(yǎng)方法。基于某校工業(yè)機(jī)器人控制器軟硬件研發(fā)多年來(lái)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，列舉人才培養(yǎng)中面臨的一些問(wèn)題，提出面向應(yīng)用的培訓(xùn)指導(dǎo)方案，希望能夠拋磚引玉。

1 工程知識(shí)構(gòu)建需求及實(shí)現(xiàn)途徑

高等教育中的工科是培養(yǎng)大批工程人才重要學(xué)科門類，美國(guó)工程與技術(shù)鑒定委員會(huì)（A-BET）在《工程標(biāo)準(zhǔn)2000（EC2000）》中所提及的本科工程教育人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)第一條即“具備運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程知識(shí)的能力”。工程知識(shí)是關(guān)于工程原理與規(guī)律、技能和能力等方面的知識(shí)[2]，其來(lái)源于工程實(shí)際，對(duì)工程能力的培養(yǎng)尤為重要。本科生獲取工程知識(shí)可通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和參與科研活動(dòng)：系統(tǒng)學(xué)習(xí)是基本要求，參與科研是必要條件。

任何知識(shí)均由元知識(shí)、核心概念、基礎(chǔ)理論、派生理論以及研究范式等構(gòu)成。想要系統(tǒng)了解一個(gè)新的領(lǐng)域，必須清楚它的理論基礎(chǔ)、核心概念、理論發(fā)展、研究范式。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)也不例外，采用溯本求源、經(jīng)典教材學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)綜述等方法可從根本上解決基礎(chǔ)知識(shí)架構(gòu)，但解決機(jī)器人控制應(yīng)用的實(shí)際問(wèn)題還需要“專業(yè)知識(shí)+應(yīng)用場(chǎng)景”的歷練過(guò)程，如何做好二者的銜接是人才培養(yǎng)的核心部分。依據(jù)知識(shí)構(gòu)建理論及工程知識(shí)特征[2]，學(xué)生對(duì)工程知識(shí)的認(rèn)知是基于原有認(rèn)知圖式逐步建構(gòu)起來(lái)的，其建構(gòu)過(guò)程需要關(guān)聯(lián)工程實(shí)踐的直觀感受，并伴隨連續(xù)地知識(shí)反饋驗(yàn)真。這個(gè)過(guò)程不可能一次完成，有同化或順應(yīng)，也可能有逆反或碰撞，要經(jīng)過(guò)多次迭代，才能完成關(guān)聯(lián)與綜合、漸進(jìn)、逐步升華的過(guò)程，具有其特定的建構(gòu)規(guī)律。

圖1 工程知識(shí)構(gòu)建的一般途徑

從工程知識(shí)到工程能力的轉(zhuǎn)化過(guò)程，國(guó)內(nèi)外高校一般采用本科生參與科研的方法，其主要形式體現(xiàn)為：其一，學(xué)生作為學(xué)徒參與教師牽頭的研究小組，在其中擔(dān)任研究助理；其二，由學(xué)生自己提出項(xiàng)目方案，包括研究性項(xiàng)目、工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目以及公眾服務(wù)性項(xiàng)目等，根據(jù)方案向?qū)W校申請(qǐng)研究資金。由于學(xué)科背景與內(nèi)涵的差異，前者更適合“新工科”特色，以教師為主導(dǎo)、應(yīng)用需求為導(dǎo)向、產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)。從知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)化，嚴(yán)格樹(shù)立起學(xué)以致用、對(duì)社會(huì)做貢獻(xiàn)的精神，倚靠應(yīng)用研究手段、落地產(chǎn)業(yè)成果。

未來(lái)，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研發(fā)不是簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)傳承，是信息、材料、物理等多學(xué)科的交叉，屬于典型的跨界交叉融合學(xué)科，通過(guò)跨界釋放高能，輻射出比傳統(tǒng)機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)更大的能量，從而走向智能制造階段[10]。彈性設(shè)置教學(xué)計(jì)劃，豐富教學(xué)手段，增設(shè)具有跨學(xué)科性質(zhì)的輔助課程，促進(jìn)專業(yè)課程與輔助課程緊密結(jié)合，融合教學(xué)內(nèi)容和研發(fā)工具，使專業(yè)知識(shí)群模塊與研發(fā)所輔助課程模塊有機(jī)關(guān)聯(lián)。如機(jī)器人工程或智能制造系統(tǒng)即是一個(gè)跨機(jī)械、信息、自動(dòng)化、材料等專業(yè)的綜合性學(xué)科群，具有強(qiáng)烈的“新工科”屬性，具備提供可行性方案、系統(tǒng)集成、研發(fā)等功能；而機(jī)器人學(xué)則是研究機(jī)器人剛體組成的相互關(guān)系，主要涉及數(shù)學(xué)、控制理論、動(dòng)力學(xué)等理論領(lǐng)域，具備輸送應(yīng)用基礎(chǔ)理論的功能。

實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在具體行業(yè)上線服役是檢驗(yàn)工程師知識(shí)構(gòu)建質(zhì)量和工程能力轉(zhuǎn)化的基本途徑。未必要求工程師具有全部開(kāi)發(fā)、實(shí)施技能，但在整體項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，必須具有全局視野，懂得模塊協(xié)同原理，完成自身工作。

2 機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才需求

由前述可知，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才屬于復(fù)合型人才，不僅需要精通機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，更要對(duì)系統(tǒng)科學(xué)和行業(yè)專門知識(shí)熟稔，高級(jí)研發(fā)人才還應(yīng)具備知識(shí)體系間交叉、融合的遷移相關(guān)情境性知識(shí)和歸納經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。這類人才是一種稀缺資源，從專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)體系構(gòu)建向?qū)I(yè)能力的遷移需大量實(shí)踐積累，其培養(yǎng)過(guò)程需要大量人力及資源耗費(fèi)。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)高校少有機(jī)器人專業(yè)，企業(yè)自然沒(méi)有對(duì)口的機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師來(lái)源。崗前培訓(xùn)、在崗培訓(xùn)成為重要環(huán)節(jié)，高級(jí)崗位工程師則要進(jìn)行跨專業(yè)、長(zhǎng)周期的培養(yǎng)。從企業(yè)角度出發(fā)，用人成本與用人效率始終是一個(gè)重要議題，培養(yǎng)過(guò)程也是以提供機(jī)會(huì)、搭建平臺(tái)、師徒傳承方式為主。用（使用）與養(yǎng)（培養(yǎng)）結(jié)合是當(dāng)前主要模式。從解決社會(huì)及公司人力成本支出角度看，工科高校所承擔(dān)起的研發(fā)人才培養(yǎng)任務(wù)，是體現(xiàn)高校服務(wù)社會(huì)價(jià)值屬性的支撐點(diǎn)。

崗位研發(fā)人才的技術(shù)需求包括：（1）計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括：嵌入式計(jì)算機(jī)原理、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、C/C++語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（2）數(shù)字控制技術(shù)，包括：數(shù)控原理、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；（3）機(jī)器人技術(shù)，包括：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人力控制；（4）信號(hào)與信息處理技術(shù)，包括機(jī)器視覺(jué)、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理與信息融合等。從需求等級(jí)來(lái)看，機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)崗位可劃分為初級(jí)崗、中級(jí)崗和高級(jí)崗，如圖2所示。其中：

（1）初級(jí)崗應(yīng)掌握工程知識(shí)基礎(chǔ)，具備模塊開(kāi)發(fā)、調(diào)試或集成的能力。體現(xiàn)為：通過(guò)培訓(xùn)及自主學(xué)習(xí)掌握行業(yè)知識(shí)、技能，能夠解決技術(shù)問(wèn)題、自主完成任務(wù)。

（2）中級(jí)崗應(yīng)具備專業(yè)場(chǎng)景下合理運(yùn)用工程知識(shí)的能力，具備算法集成、優(yōu)化和模塊集成能力，可分析具體問(wèn)題，并給出客觀技術(shù)方案。

（3）高級(jí)崗應(yīng)具備制訂并實(shí)施工程方案的能力，規(guī)劃具體技術(shù)路線、設(shè)計(jì)關(guān)鍵算法模型及接口并制訂系統(tǒng)級(jí)評(píng)測(cè)框架。

理順機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師的崗位能力要求，合理安排研發(fā)工程師崗位與人力資源配置，充分發(fā)揮高校學(xué)科平臺(tái)的引導(dǎo)作用，探討研發(fā)工程師在崗的培養(yǎng)方法，是加速機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

圖3 機(jī)器人、智能制造系統(tǒng)所涉及知識(shí)體系構(gòu)建

圖2 機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才崗位需求簡(jiǎn)表

3 知識(shí)結(jié)構(gòu)模型分析及教學(xué)實(shí)踐優(yōu)化

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)“教學(xué)過(guò)程的邏輯是學(xué)科的邏輯與學(xué)生掌握教材的心理活動(dòng)的‘合金’”。學(xué)無(wú)定式、教無(wú)定法，由于學(xué)生個(gè)體存在差異，教學(xué)實(shí)踐與理論設(shè)計(jì)無(wú)法完全吻合，但最終目標(biāo)是激發(fā)學(xué)生興趣、增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)、加深內(nèi)容理解，并實(shí)現(xiàn)分析、創(chuàng)新、協(xié)作等綜合能力的養(yǎng)成。我們調(diào)研了部分國(guó)內(nèi)工科高校工科教學(xué)法的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納為以下方面：

（1）基于課堂教學(xué)的知識(shí)體系創(chuàng)新。這是對(duì)專業(yè)邊界的重新審視與再設(shè)計(jì)，是新工科知識(shí)架構(gòu)的創(chuàng)新及對(duì)原有工程知識(shí)體系的改革[3-4,7]。以教師為主體進(jìn)行。

（2）基于課外科技創(chuàng)新活動(dòng)及科研實(shí)踐[6,8,11-12]。這是原有理論知識(shí)體系和實(shí)踐效果的轉(zhuǎn)化與碰撞，依賴教師與學(xué)生的互動(dòng)。

（3）自主社會(huì)實(shí)踐與科研訓(xùn)練計(jì)劃的實(shí)施[5,9]。這是一種目標(biāo)明確的專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練與素質(zhì)養(yǎng)成，主要是學(xué)生自主/自覺(jué)，且以項(xiàng)目需求驅(qū)動(dòng)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，面向機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)的工程知識(shí)具有綜合性強(qiáng)、形式多樣、涉及面廣、邏輯關(guān)聯(lián)性和遞進(jìn)性、實(shí)踐性/情景性等特點(diǎn)。學(xué)生對(duì)其認(rèn)知必然基于原有知識(shí)框架并逐步構(gòu)建出輪廓漸清的工程認(rèn)知體系[9]。機(jī)器人工程的復(fù)雜屬性決定了知識(shí)構(gòu)建過(guò)程必須經(jīng)過(guò)不斷綜合、反復(fù)演進(jìn)的構(gòu)建過(guò)程，經(jīng)過(guò)多輪迭代、反復(fù)驗(yàn)證，完成漸進(jìn)升華。工程知識(shí)的構(gòu)建是為工程能力的形成服務(wù)的，其構(gòu)建過(guò)程也體現(xiàn)相關(guān)學(xué)科知識(shí)群融合、理論與工程實(shí)踐關(guān)聯(lián)的過(guò)程，脫離工程情景，即失去了構(gòu)建的意義。

高校機(jī)器人工程平臺(tái)建設(shè)在教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)上應(yīng)注重從基本層面的學(xué)科知識(shí)點(diǎn)向知識(shí)面演進(jìn)，形成機(jī)器人固定知識(shí)體系，并結(jié)合應(yīng)用情景將工程知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程能力。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中關(guān)于工程知識(shí)構(gòu)建過(guò)程的示意圖，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人、智能制造相關(guān)專業(yè)知識(shí)，基于本科教育體系課程設(shè)置規(guī)劃出工程知識(shí)構(gòu)建模型，如圖3所示，并對(duì)工程能力的形成進(jìn)行解讀。具體探討以下幾點(diǎn)：

（1）基于機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)的系統(tǒng)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)框架的初步構(gòu)建。一般工科課程設(shè)置的學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課作為知識(shí)點(diǎn)鋪墊于前，通過(guò)考試/考核手段檢驗(yàn)掌握程度。

（2）以工程知識(shí)的融合和再造為目標(biāo)，賦予其新的工程內(nèi)涵，以實(shí)踐推進(jìn)為手段，將全虛擬仿真、半物理仿真、全實(shí)物控制引入相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)，建立一體化、全貫通的平臺(tái)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

（3）根據(jù)教學(xué)/培訓(xùn)內(nèi)容和崗位培養(yǎng)階段要求的不同，采用遞進(jìn)式項(xiàng)目開(kāi)發(fā)訓(xùn)練，在試錯(cuò)平臺(tái)上進(jìn)行各種機(jī)器人工作情景調(diào)測(cè)訓(xùn)練，依賴不斷增強(qiáng)的仿真手段和半實(shí)物控制器優(yōu)化，強(qiáng)化工程知識(shí)構(gòu)建到工程能力遷移的效果。

總之，實(shí)踐型人才的能力包括3個(gè)方面，知識(shí)框架與學(xué)習(xí)能力、技能與實(shí)踐應(yīng)用能力、見(jiàn)識(shí)與職業(yè)閱歷。對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師來(lái)講，知識(shí)框架包括計(jì)算機(jī)知識(shí)、自動(dòng)控制知識(shí)、機(jī)器人知識(shí)、信號(hào)與信息處理知識(shí)，其中，計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制是基礎(chǔ)知識(shí)，機(jī)器人與信息處理是專業(yè)知識(shí)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力要求更為明顯，基本上5年一代計(jì)算機(jī)技術(shù)更新，要求從業(yè)者要有強(qiáng)烈的進(jìn)取心和學(xué)習(xí)能力；技能包括C程序開(kāi)發(fā)技能、嵌入式系統(tǒng)/工控機(jī)開(kāi)發(fā)與調(diào)試技能、機(jī)器人檢測(cè)與標(biāo)定等。技能的實(shí)踐應(yīng)用能力是指解決研發(fā)過(guò)程中不確定問(wèn)題的能力。見(jiàn)識(shí)與職業(yè)閱歷是決定工程師職業(yè)技術(shù)水平高低的核心要素，它包括研發(fā)項(xiàng)目調(diào)測(cè)經(jīng)歷、關(guān)聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域?qū)挾扰c深度、項(xiàng)目應(yīng)用中的問(wèn)題反饋與解決響應(yīng)。

表1 機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師應(yīng)掌握的“新知識(shí)”體系

機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師的知識(shí)領(lǐng)域涉及計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、機(jī)械與信息4個(gè)學(xué)科，知識(shí)體系龐大，但從應(yīng)用開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)工程師應(yīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)可歸納成表1所示“新知識(shí)”體系。

因此，融合計(jì)算機(jī)視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制的新型研發(fā)工程師應(yīng)該具備更廣闊的專業(yè)視野和開(kāi)發(fā)素養(yǎng)。這就要求新的機(jī)器人開(kāi)發(fā)實(shí)踐平臺(tái)和具有學(xué)科交叉綜合專業(yè)素養(yǎng)的教師共同承擔(dān)人才培養(yǎng)任務(wù)。

4 研發(fā)人才培養(yǎng)面臨的問(wèn)題

工業(yè)機(jī)器人近幾年才大規(guī)模進(jìn)入中國(guó)制造業(yè)，其中國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)近幾年蓬勃發(fā)展。由于國(guó)內(nèi)高校少有機(jī)器人本科專業(yè)，20世紀(jì)90年代初機(jī)電一體化技術(shù)所催生出的機(jī)械電子工程本科專業(yè)將機(jī)械與控制專業(yè)融合，針對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的要求，增加自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)控制課程，滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)崗位的需求，可視為機(jī)器人工程近專業(yè)。目前在崗的機(jī)器人控制系統(tǒng)的專門研發(fā)工程師均是轉(zhuǎn)行、自學(xué)或機(jī)器人相關(guān)方向研究生成長(zhǎng)而來(lái)，成才周期長(zhǎng)，質(zhì)量與水平參差不齊，遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)發(fā)展需求。“新工科”常態(tài)下的工程人才不能復(fù)刻，只能造就。精深、扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，應(yīng)該注入“新”的元素。

機(jī)器人不僅是機(jī)電一體化產(chǎn)品，而是基于機(jī)電一體化系統(tǒng)，集成了信息技術(shù)與智能控制技術(shù)，技術(shù)體系更加龐大和復(fù)雜，技術(shù)融合度更高，且作為智能制造的代表，更容易吸收最新技術(shù)，如3D視覺(jué)、多傳感器融合、智能決策等，這些技術(shù)的落腳點(diǎn)全部集中在控制系統(tǒng)上。相應(yīng)地，機(jī)器人控制系統(tǒng)的研發(fā)工程師，特別是高級(jí)崗位研發(fā)工程師勢(shì)必要求掌握信息技術(shù)與智能控制技術(shù)。也就是說(shuō)，機(jī)械電子工程是機(jī)械與自動(dòng)控制的融合，機(jī)器人則是機(jī)械、自動(dòng)控制和信息技術(shù)的融合。機(jī)械電子工程專業(yè)為掌握機(jī)械與控制技術(shù)，本科學(xué)制設(shè)置5年，如果設(shè)立機(jī)器人本科專業(yè)，且按機(jī)器人技術(shù)體系安排教學(xué)內(nèi)容，機(jī)器人本科專業(yè)學(xué)制可能延長(zhǎng)至6年，學(xué)制太長(zhǎng)，顯然不符合學(xué)科發(fā)展實(shí)際。

用人企業(yè)在研發(fā)崗位的安排上會(huì)作技術(shù)領(lǐng)域的細(xì)分，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)力學(xué)控制和力控制以機(jī)械類或控制類專業(yè)背景工程師為主，機(jī)器人的信息感知與決策控制則是以信息類專業(yè)背景工程師為主，而計(jì)算機(jī)技術(shù)則是這些崗位的基礎(chǔ)知識(shí)與技能。但是，機(jī)器人控制系統(tǒng)的高級(jí)研發(fā)人才需要全面貫通機(jī)器人相關(guān)的機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、信息等技術(shù)領(lǐng)域，如何培養(yǎng)這類人才是高校和企業(yè)共同面對(duì)的重中之重的問(wèn)題。

依靠數(shù)學(xué)、物理、電子電路、單片機(jī)嵌入式等基本課程養(yǎng)成學(xué)生的基本專業(yè)素質(zhì)；依賴專業(yè)教師“學(xué)徒制”塑造工程研發(fā)能力[7]，這些完全依賴課程或教師本身的做法，時(shí)間成本過(guò)高，對(duì)教師的專業(yè)全面性要求也高。如何科學(xué)、合理安排相關(guān)專業(yè)知識(shí)、技能教學(xué)環(huán)節(jié)，如何將其有機(jī)結(jié)合并形成“新知識(shí)”體系是考量“新工科”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素。

圖4 機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)/培訓(xùn)平臺(tái)的基本組成架構(gòu)

5 研發(fā)人才使用與培養(yǎng)方案探討

智能制造及機(jī)器人行業(yè)人才是國(guó)家實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的柱石，是中國(guó)跟隨時(shí)代發(fā)展的精英角色。高校必須承擔(dān)起培養(yǎng)任務(wù)，而不能完全推給社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或公司任其自由發(fā)展。這不僅造成行業(yè)人才流失，還會(huì)導(dǎo)致社會(huì)資源浪費(fèi)。深化科教結(jié)合、產(chǎn)教融合、校企合作的“新工科”人才培養(yǎng)模式改革，建立高校機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，承擔(dān)起機(jī)器人研發(fā)人才的發(fā)掘、培養(yǎng)任務(wù)是當(dāng)前“新工科”教育的初衷。

為建立實(shí)踐型工程人才培養(yǎng)的路徑，形成以創(chuàng)新-創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向的培養(yǎng)模式；形成推動(dòng)創(chuàng)新-創(chuàng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用、產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合的體制和機(jī)制。智能制造和機(jī)器人行業(yè)人才培養(yǎng)亟待打破固有機(jī)械、自動(dòng)化與控制、計(jì)算機(jī)、材料等學(xué)科領(lǐng)域界限，形成多學(xué)科交叉融合特征的工程人才培養(yǎng)模式。

基于某單位目前課程體系現(xiàn)況，擬開(kāi)設(shè)跨學(xué)科選修課程，更新原有教學(xué)內(nèi)容，探索面向復(fù)雜機(jī)器人工程問(wèn)題的課程和教學(xué)模式。對(duì)教學(xué)/培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師、新入門學(xué)生、熟手學(xué)生間應(yīng)建立有機(jī)合作關(guān)系，各負(fù)其責(zé)、各司其職，教學(xué)相長(zhǎng)，學(xué)生在專業(yè)技能進(jìn)步的同時(shí)，教師也應(yīng)在前沿技術(shù)跟蹤、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面建立正確的理念，因此建立一套科學(xué)、有效的研發(fā)培養(yǎng)/交流體系勢(shì)在必行。對(duì)應(yīng)前文提出的機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)崗位的三級(jí)劃分需求，以下從崗位對(duì)應(yīng)三階段分別對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行總結(jié)：

（1）初級(jí)階段。初級(jí)階段是成長(zhǎng)最明顯的階段，需要完成由新手到合格工程師的轉(zhuǎn)變，增加成長(zhǎng)動(dòng)能、提高成長(zhǎng)速度，快速將工程知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程能力，完成開(kāi)發(fā)試錯(cuò)的全階段經(jīng)歷。一要培養(yǎng)其勤學(xué)、多思的習(xí)慣；二要培養(yǎng)其職業(yè)習(xí)慣，如工具規(guī)范、技術(shù)文檔整理；三是向職業(yè)化轉(zhuǎn)變，負(fù)責(zé)、守時(shí)。本階段可總結(jié)為技術(shù)原則及職業(yè)素養(yǎng)的成型期。

（2）中級(jí)階段。中級(jí)階段能夠負(fù)責(zé)并解決獨(dú)立問(wèn)題。基于初級(jí)階段部分技術(shù)積累和解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)安排其獨(dú)立完成具體算法的開(kāi)發(fā)與調(diào)試，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；培養(yǎng)其從更廣闊視角審視問(wèn)題，需要對(duì)產(chǎn)品負(fù)責(zé)，對(duì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)度負(fù)責(zé)；培養(yǎng)其對(duì)產(chǎn)品技術(shù)的理解、對(duì)當(dāng)前技術(shù)方案的優(yōu)化能力；關(guān)鍵是培養(yǎng)其具有整合資源開(kāi)發(fā)，合理安排自行攻堅(jiān)任務(wù)和第三方技術(shù)支援。

（3）高級(jí)階段。高級(jí)階段應(yīng)負(fù)責(zé)核心技術(shù)、決定技術(shù)全局、規(guī)劃發(fā)展方向。該階段應(yīng)采取對(duì)人才的引導(dǎo)和協(xié)商方式，盡量創(chuàng)造機(jī)會(huì)增進(jìn)其對(duì)產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域的縱深認(rèn)識(shí)，使其對(duì)技術(shù)方案有清晰的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為技術(shù)帶頭人，不僅自身應(yīng)有強(qiáng)大的技術(shù)儲(chǔ)備，還要有前瞻的研發(fā)思路和敏捷方案，并能夠?qū)夹g(shù)熱點(diǎn)和開(kāi)發(fā)可持續(xù)性保持敏感。

這三階段培養(yǎng)內(nèi)容對(duì)應(yīng)機(jī)器人研發(fā)崗位的人才需求。能力的進(jìn)階與崗位的升級(jí)并非被動(dòng)進(jìn)行，這也是培養(yǎng)人才的關(guān)鍵：主動(dòng)、積極、熱愛(ài)本職工作，主動(dòng)發(fā)起能力進(jìn)階，積極學(xué)習(xí)與積累，承擔(dān)更多的任務(wù)與責(zé)任。

機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的試錯(cuò)環(huán)節(jié)意義重大，盡量讓試錯(cuò)環(huán)節(jié)提前在高校研究平臺(tái)解決，盡可能多的設(shè)置試錯(cuò)環(huán)境和試錯(cuò)手段，這是提高或催熟高質(zhì)量工程師的珍貴經(jīng)歷。這就對(duì)教育者、培訓(xùn)者提出了非常高且非常實(shí)際的問(wèn)題，如何基于現(xiàn)有高校資源給出合適的培養(yǎng)平臺(tái)和方案。結(jié)合本單位實(shí)際，本文給出機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)/培訓(xùn)平臺(tái)的基本組成架構(gòu)如圖4所示，三層架構(gòu)中，第I層安排了實(shí)物機(jī)器人原型和虛擬機(jī)器人原型，用于建模、標(biāo)定、集成開(kāi)發(fā)及后續(xù)演示/培訓(xùn)；第II層給出了PC-Based和DSP-Embedded兩種開(kāi)發(fā)環(huán)境，自主開(kāi)發(fā)及外購(gòu)硬件靈活選擇，直接驅(qū)動(dòng)實(shí)物機(jī)器人和虛擬機(jī)器人（HIL，硬件在環(huán)模式），并采用Vision系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)融合[13-16]完成運(yùn)動(dòng)與視覺(jué)的融合；第III層通過(guò)平臺(tái)開(kāi)發(fā)/集成，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、模型、幾何、任務(wù)等技術(shù)與知識(shí)抽象，落實(shí)具體開(kāi)發(fā)細(xì)節(jié)，服務(wù)人才培養(yǎng)，同時(shí)根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)、行為模型劃分出不同行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，可直接服務(wù)應(yīng)用廠家。

6 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才的技術(shù)領(lǐng)域要求寬、涉及機(jī)械、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及信息處理等學(xué)科領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)在2016年之后有24所招收“機(jī)器人工程（080803T）”四年制工學(xué)本科專業(yè)的高校，2017年已增至60所，涵蓋“雙一流”建設(shè)高校及高職院校。這說(shuō)明國(guó)家層面對(duì)機(jī)器人及智能制造行業(yè)的重視和教育“實(shí)踐化”回歸。高端研發(fā)人才依靠實(shí)踐培養(yǎng)，通過(guò)崗位分級(jí)、輪崗與調(diào)崗、師徒傳承和產(chǎn)學(xué)研合作，是目前解決機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才培養(yǎng)的可行方案。

通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力框架及培養(yǎng)平臺(tái)建設(shè)等方面的分析，初步建立起基于當(dāng)前工科專業(yè)知識(shí)體系的人才培養(yǎng)及發(fā)展方案，其核心在于團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的積累和產(chǎn)業(yè)研發(fā)成果的落地?；诋?dāng)前企業(yè)對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才需求分析，量化了知識(shí)結(jié)構(gòu)模型并對(duì)教育實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化；基于人才培養(yǎng)難的問(wèn)題，給出了細(xì)化的培養(yǎng)方案，并根據(jù)我單位平臺(tái)條件給出了三層架構(gòu)的培訓(xùn)/培養(yǎng)平臺(tái)；通過(guò)平臺(tái)建設(shè)與知識(shí)/技能培訓(xùn)兩大抓手，將機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā)人才培養(yǎng)工作落到實(shí)處，期望培養(yǎng)出一批知識(shí)根基牢固、研發(fā)視野廣闊、開(kāi)發(fā)功底過(guò)硬的工程師，為我國(guó)本土機(jī)器人控制器關(guān)鍵零部件技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展提供人才資源。