面向智能制造的卓越工程師計(jì)劃實(shí)踐課程標(biāo)準(zhǔn)探索

沈南燕　李靜　劉麗蘭　錢暉　方明倫

[摘要]論文圍繞智能制造對(duì)復(fù)合型人才的需求，對(duì)機(jī)械工程專業(yè)本科生卓越工程師計(jì)劃實(shí)踐課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探索：首先介紹該課程所應(yīng)具備的特征，然后在此基礎(chǔ)上提出課程的總體設(shè)計(jì)思路，介紹課程培養(yǎng)目標(biāo)和以四個(gè)模塊為核心的課程結(jié)構(gòu)，隨后分層次詳細(xì)闡述課程的具體內(nèi)容，最后介紹智能制造工程專業(yè)的實(shí)踐平臺(tái)并以重點(diǎn)課程為例展現(xiàn)實(shí)踐課程的具體內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]智能制造;數(shù)字制造;工藝智能;制造裝備工業(yè)自動(dòng)化;現(xiàn)代信息技術(shù)

[中圖分類號(hào)]G642.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437（2019）11-0001-04

一、引言

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)人才不僅資源總量不足，而且結(jié)構(gòu)矛盾突出，高端人才特別是高科技研發(fā)領(lǐng)軍人才、高水平工程師和一線實(shí)務(wù)型技能人才存在較大缺口，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足“中國(guó)制造2025”的人才需求。 上海大學(xué)是第一批獲批機(jī)械工程專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的211高校，已有多年培育經(jīng)驗(yàn)，師資力量雄厚。該校智能制造工程專業(yè)設(shè)置體現(xiàn)新工科理念，面向智能制造新興工程領(lǐng)域，以機(jī)器人為載體，融人人工智能技術(shù)，其課程體系以數(shù)字化為核心、智能化為方向，具有“理論教學(xué)+校內(nèi)實(shí)踐+科研項(xiàng)目+產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)+國(guó)際化培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)特色，致力于為國(guó)家培養(yǎng)智能制造交叉學(xué)科領(lǐng)域高端領(lǐng)軍人才。

上海大學(xué)以智能制造工程專業(yè)建設(shè)為契機(jī)，構(gòu)建智能制造生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)基地。該基地集自動(dòng)化、信息化、智能化為一體，可以對(duì)生產(chǎn)仿真、加工工藝優(yōu)化、自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)采集與分析、信息化管控系統(tǒng)等多個(gè)方向進(jìn)行技術(shù)研究和項(xiàng)目實(shí)踐。基于該基地對(duì)“機(jī)械工程專業(yè)卓越工程師計(jì)劃智能制造實(shí)踐類課程”（簡(jiǎn)稱“智能制造實(shí)踐課程”）的課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探索，將有利于推動(dòng)學(xué)生能力的提升，培養(yǎng)適應(yīng)智能制造需求且具備國(guó)際視野和創(chuàng)新思想的復(fù)合型人才。

二、課程特征

人才培養(yǎng)應(yīng)適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)?！爸袊?guó)制造2025”明確指出要以智能制造為突破口和主攻方向，因而智能制造實(shí)踐課程應(yīng)注重學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)、項(xiàng)目的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，充分重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，注重理論教育與實(shí)踐環(huán)節(jié)的配合。

智能制造實(shí)踐課程旨在培養(yǎng)本科生解決智能制造工程問題等方面的能力及創(chuàng)新性與系統(tǒng)性思維，促進(jìn)學(xué)生工程職業(yè)道德、追求卓越的態(tài)度、愛國(guó)敬業(yè)和艱苦奮斗精神、社會(huì)責(zé)任感和人文素養(yǎng)的形成，因而其相應(yīng)課程需具有基礎(chǔ)性、綜合性、參與性、發(fā)展性、探索性和人文性等特征[1]。

三、設(shè)計(jì)思路

智能制造實(shí)踐課程的基本理念：推動(dòng)企業(yè)實(shí)踐資源共享，引入產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人理念;營(yíng)造良好的實(shí)踐環(huán)境，共建先進(jìn)的工程實(shí)踐平臺(tái);打破專業(yè)壁壘，融合學(xué)科特長(zhǎng)，創(chuàng)新課程建設(shè);提升本科生的工程實(shí)踐素養(yǎng)和職業(yè)道德，培養(yǎng)智能制造時(shí)代的合格人才;強(qiáng)調(diào)對(duì)工程問題的解決，倡導(dǎo)綜合運(yùn)用工程技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。

（一）課程目標(biāo)

智能制造實(shí)踐課程的目標(biāo)分為學(xué)段目標(biāo)和總目標(biāo)，從知識(shí)、能力、素質(zhì)這三個(gè)方面進(jìn)行闡述。

將學(xué)段目標(biāo)與具體實(shí)踐課程內(nèi)容相結(jié)合，即通過專業(yè)課實(shí)踐課程、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)這三個(gè)學(xué)段的培養(yǎng)，使學(xué)生逐步經(jīng)歷、體驗(yàn)、探索智能制造的概念、技術(shù)與工程，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)層面由了解、理解、掌握上升到運(yùn)用。

總目標(biāo)將基于校企資源的整合與共享，促進(jìn)高校智能制造人才知識(shí)、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，推進(jìn)智能制造培養(yǎng)規(guī)劃的制定、實(shí)施與落地，培養(yǎng)更多適應(yīng)智能制造需求的、擁有跨學(xué)科背景的復(fù)合型人才，即更多具備通用性、專業(yè)性、融合性技能的人才，培養(yǎng)具有國(guó)際視野、適應(yīng)國(guó)際制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)秀人才，培養(yǎng)有創(chuàng)新思想、受企業(yè)歡迎的規(guī)劃型、實(shí)施型和技能型人才[2-3]。

（二）課程結(jié)構(gòu)

如圖l所示，智能制造實(shí)踐課程以智能制造領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)為核心[4]，包括專業(yè)課實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)層面，課程內(nèi)容以數(shù)字制造工藝模塊、智能制造裝備模塊、工業(yè)自動(dòng)化模塊、現(xiàn)代信息技術(shù)模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)散與交叉，具有一定的整體性與系統(tǒng)性。

首先，應(yīng)根據(jù)各模塊的主題開展相應(yīng)的專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)。隨后，可以通過選取多個(gè)模塊進(jìn)行組合，繼而開展后續(xù)的課程設(shè)計(jì)。最后，可以通過聯(lián)合培養(yǎng)或與教學(xué)實(shí)踐基地企業(yè)導(dǎo)師合作，進(jìn)一步結(jié)合企業(yè)需求，設(shè)計(jì)貫穿全模塊的課題來組織學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。

四、“數(shù)字制造工藝”模塊

“數(shù)字制造工藝”模塊如圖2所示，以數(shù)字化加工程序與仿真、機(jī)器人離線編程為主題，圍繞學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)制造工藝認(rèn)識(shí)水平提升的需求，強(qiáng)調(diào)數(shù)字化技術(shù)在制造工藝中的作用。本模塊是機(jī)械工程專業(yè)本科生專業(yè)素養(yǎng)提升的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)其余模塊的前提，具有普遍價(jià)值，為必修模塊，相應(yīng)的專業(yè)實(shí)踐課程為“數(shù)字化制造”[5]。

“數(shù)字化制造”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)包括數(shù)控加工中心典型零件UG CAM編程上機(jī)實(shí)驗(yàn)，基于Roboguide的機(jī)器人離線編程及運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)以及基于NCSIMUL的數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)與仿真綜合實(shí)驗(yàn)三部分內(nèi)容。教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生了解零件制造工藝流程;掌握UG CAM加工模塊的使用方法，實(shí)現(xiàn)三維模型到刀具軌跡的轉(zhuǎn)換;掌握刀軌文件的后處理方法，生成數(shù)控加工程序。

通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握制造工藝的數(shù)字化設(shè)計(jì)、管理的基本方法和工具;能夠根據(jù)工程需要選擇適當(dāng)?shù)能浖ぞ?，解決制造工程中的實(shí)際問題;理解數(shù)字化制造工藝對(duì)智能制造的作用和影響，明確其重要性。實(shí)現(xiàn)從認(rèn)知到綜合應(yīng)用的全過程，讓學(xué)生能夠更好地將加工工藝知識(shí)與數(shù)字化軟件使用相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)制造設(shè)計(jì)概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

五、“智能制造裝備”模塊

“智能制造裝備”模塊如圖3所示，旨在使學(xué)生進(jìn)一步將工藝素養(yǎng)與制造裝備相結(jié)合，了解數(shù)字化制造裝備在智能制造中的作用和地位[6]。該模塊以數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)與操作開發(fā)、工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)與操作開發(fā)為主題，相應(yīng)的專業(yè)實(shí)踐課程包括“數(shù)控機(jī)床與制造系統(tǒng)”與“工業(yè)機(jī)器人”。

（3）培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)庫(kù)分析和設(shè)計(jì)能力，軟件架構(gòu)和功能模塊分析能力，以及創(chuàng)新意識(shí)。

（4）提高學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立進(jìn)行軟件開發(fā)的能力。

2.實(shí)踐平臺(tái)

硬件平臺(tái)：實(shí)驗(yàn)用電腦、智能制造生產(chǎn)線數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等設(shè)備。

軟件平臺(tái)：mysql數(shù)據(jù)庫(kù)、jdkl.8.1開發(fā)包、eclipse開發(fā)平臺(tái)、chrome瀏覽器。

3.實(shí)踐內(nèi)容

（1）完成生產(chǎn)資源管理模塊與全局設(shè)備效率評(píng)估模塊前端頁面設(shè)計(jì)，包括流程設(shè)計(jì)、請(qǐng)求交互設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)等。

（2）完成數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果設(shè)計(jì)，確定數(shù)據(jù)格式，完成各個(gè)表單的創(chuàng)建以及數(shù)據(jù)的插入等。

（3）按照java標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)完成相應(yīng)系統(tǒng)后臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互、事務(wù)邏輯處理優(yōu)化、與前端的通訊等。

以上內(nèi)容建議在五個(gè)課時(shí)內(nèi)完成，（1）、（2）、（3）為三部分內(nèi)容，學(xué)生自由組隊(duì)選擇其中一個(gè)內(nèi)容作為研究方向，然后在教師指導(dǎo)下進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)。

4.實(shí)踐考核

該實(shí)踐環(huán)節(jié)考核包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度、軟件編寫任務(wù)完成度和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成度，各環(huán)節(jié)的考核和成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

九、結(jié)論

本文對(duì)面向智能制造的卓越工程師計(jì)劃實(shí)踐課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了積極的探索，結(jié)合其在實(shí)施過程中對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)這三個(gè)方面的培養(yǎng)目標(biāo)與上海大學(xué)學(xué)制特點(diǎn)，從數(shù)字制造工藝、智能制造裝備、工業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)代信息技術(shù)這四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)模塊展開課程內(nèi)容的具體設(shè)計(jì)，并結(jié)合智能制造工程專業(yè)的實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)詳細(xì)闡述了“現(xiàn)代信息技術(shù)”模塊中智能車間生產(chǎn)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)踐課程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]