人工智能與化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)學(xué)科融合的教育模式探究

尚亞平(天津市職業(yè)大學(xué)，天津 300400)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)展進(jìn)入人工智能4.0時(shí)代，社會(huì)生產(chǎn)勞動(dòng)方式發(fā)生巨大變革，高效率低成本的智能生產(chǎn)模式促使企業(yè)進(jìn)行升級(jí)轉(zhuǎn)型，人才需求也發(fā)生相應(yīng)的變化?！爸袊?guó)制造2025”確定了發(fā)展智能制造的戰(zhàn)略地位，智能制造的實(shí)施需要大量的與其適應(yīng)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)智能制造人才。但受體制機(jī)制等多種因素影響，人才培養(yǎng)供給側(cè)和產(chǎn)業(yè)需求側(cè)在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、水平上還不能完全適應(yīng)，“兩張皮”問(wèn)題仍然存在[1]?！秶?guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2017〕95號(hào))中明確提出 “推動(dòng)學(xué)科專(zhuān)業(yè)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)相適應(yīng)。建立緊密對(duì)接產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的學(xué)科專(zhuān)業(yè)體系。適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革及新經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)學(xué)科專(zhuān)業(yè)交叉融合加快推進(jìn)新工科建設(shè)”。新興工科的創(chuàng)建不能完全脫離傳統(tǒng)工科而出現(xiàn)，恰恰是由傳統(tǒng)工科的升級(jí)改造而來(lái)，其必然是由多個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科的交叉、融合、滲透或拓展而形成[2]。傳統(tǒng)工科的升級(jí)改造與新工科的建設(shè)是目前我們國(guó)家乃至全世界都面臨的難題，也是研究的熱點(diǎn)。它關(guān)乎我們國(guó)家高等教育發(fā)展的方向，關(guān)乎產(chǎn)業(yè)升級(jí)的人才保障，關(guān)乎國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措[3]。根據(jù)當(dāng)前的研究情況，眾多學(xué)者在新興工科創(chuàng)建方面有一點(diǎn)可以達(dá)成共識(shí)，即新興工科具有典型的多學(xué)科融合，跨學(xué)科整合的特點(diǎn)[4,5]。對(duì)于傳統(tǒng)工科升級(jí)改造與新興學(xué)科具體如何建設(shè)目前研究甚少，缺乏具體的可實(shí)施的方案。華北電力大學(xué)白逸仙課題組建議以“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”為導(dǎo)向整合不同專(zhuān)業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生的跨界整合能力[6]。武漢理工大學(xué)張安富教授指出以“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”為導(dǎo)向，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為切入點(diǎn)，以傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)改造為基礎(chǔ)，以新興產(chǎn)業(yè)需求為依據(jù)，精心設(shè)計(jì)跨學(xué)科課程群，推進(jìn)基于項(xiàng)目化的CDIO教學(xué)模式[7]。目前國(guó)內(nèi)雖然對(duì)新興學(xué)科的理論研究和設(shè)想頗多，但缺少具體實(shí)施的探索和實(shí)踐，以至于缺少反饋數(shù)據(jù)作支撐為傳統(tǒng)學(xué)科升級(jí)改造與新興學(xué)科的建立作基礎(chǔ)性鋪墊。

本文基于傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)化工設(shè)備制造與維修專(zhuān)業(yè)在產(chǎn)業(yè)化升級(jí)過(guò)程中面對(duì)新的產(chǎn)業(yè)要求，而新的人工智能進(jìn)入化工設(shè)備制造與維修行業(yè)引起的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)需要與之勝任的人才的現(xiàn)狀，進(jìn)而提出融合多學(xué)科構(gòu)建人工智能與化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)學(xué)科的設(shè)想。

1 產(chǎn)業(yè)升級(jí)現(xiàn)狀及人才供需狀況分析

隨著我國(guó)石化行業(yè)向產(chǎn)品鏈條的中下游延伸、向深度加工和精細(xì)化發(fā)展，設(shè)備制造與維修專(zhuān)業(yè)技術(shù)難點(diǎn)主要集中在如何提供精細(xì)化工發(fā)展所需的技術(shù)和裝備。近年來(lái)出現(xiàn)的太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電和海上石油鉆采集輸?shù)刃屡d產(chǎn)業(yè)，也給裝備制造業(yè)創(chuàng)造了新市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)多家大型化工企業(yè)投建智能工廠(chǎng)項(xiàng)目，如九江石化智能工廠(chǎng)項(xiàng)目、萬(wàn)華化學(xué)智能管理平臺(tái)等。2015年首批公布的46個(gè)智能制造示范項(xiàng)目中，九江石化智能工廠(chǎng)建成智能工廠(chǎng)神經(jīng)中樞、企業(yè)級(jí)中央數(shù)據(jù)庫(kù)、三維數(shù)字化平臺(tái)和全流程優(yōu)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化操作、管控一體和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)優(yōu)化及安全管理的智能化應(yīng)用。智能化工廠(chǎng)為九江石化帶來(lái)經(jīng)濟(jì)增益為2.2億元，2014年生產(chǎn)班組精簡(jiǎn)13%，外操室精簡(jiǎn)35%。石化企業(yè)智能化生產(chǎn)線(xiàn)的建立可以大幅提升企業(yè)生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)安全環(huán)保水平，增益顯著。

在這些智能工廠(chǎng)中，工業(yè)機(jī)器人代替人工進(jìn)行簡(jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)，取代了部分傳統(tǒng)的人力技術(shù)操作，傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的崗位需求減少。與此同時(shí)，人工智能的應(yīng)用也創(chuàng)造出許多新的崗位需求，如機(jī)器人和人工智能生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、調(diào)試和日常維護(hù)等。新的崗位需要同時(shí)具備化工設(shè)備生產(chǎn)維修、智能生產(chǎn)控制和通信等多學(xué)科知識(shí)背景的復(fù)合型技術(shù)技能人才，能夠熟悉化工設(shè)備(含管路)生產(chǎn)和維修技術(shù)，同時(shí)掌握人工智能設(shè)備的調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)方法，了解數(shù)據(jù)收集、分析、標(biāo)記等數(shù)據(jù)處理技術(shù)。目前我國(guó)智能化人才缺口達(dá)500萬(wàn)人，尤其是操作技能人才的培養(yǎng)速度無(wú)法滿(mǎn)足行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求。

2 結(jié)合傳統(tǒng)學(xué)科基礎(chǔ)和人才需求變化明確人才培養(yǎng)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)天津多家化工企業(yè)用人需求進(jìn)行調(diào)研分析，目前企業(yè)亟需具備以下技能的技術(shù)人才：具有扎實(shí)的操作技能，能夠及時(shí)解決工作崗位中的技術(shù)難題，包括化工裝備(含管路)的智能生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維護(hù)與檢修、故障處理和現(xiàn)場(chǎng)管理；具有一定的英語(yǔ)讀寫(xiě)能力，能夠閱讀進(jìn)口設(shè)備的工藝操作說(shuō)明、檢修說(shuō)明等相關(guān)英文文件；具有扎實(shí)的識(shí)讀化工圖樣和基本制圖能力，能準(zhǔn)確識(shí)讀化工設(shè)備圖和化工工藝流程圖等圖樣；具有基本的程序語(yǔ)言識(shí)讀和編寫(xiě)能力，能夠正確操作和調(diào)試智能化生產(chǎn)裝備，使用智能測(cè)試儀器，并理解其運(yùn)行原理；能夠結(jié)合化工機(jī)械操作與維護(hù)、化工設(shè)備操作與維護(hù)、化工單元操作、基礎(chǔ)化學(xué)、機(jī)械工程材料等課程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，利用智能生產(chǎn)技術(shù)解決設(shè)備問(wèn)題；具有化工生產(chǎn)安全環(huán)保意識(shí)和責(zé)任感。

傳統(tǒng)化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)的主干課程通常包括工程和材料基礎(chǔ)課程(工程力學(xué)、機(jī)械工程材料)；制圖基礎(chǔ)課程(化工制圖與CAD技術(shù))；電學(xué)基礎(chǔ)課程(電工電子技術(shù))；化學(xué)工程與工藝基礎(chǔ)課程(化工單元操作技術(shù)、化工儀表及自動(dòng)化)；和化工設(shè)備專(zhuān)業(yè)課程(化工設(shè)備腐蝕防護(hù)、化工機(jī)械故障診斷、化工管路安裝與維修技術(shù)等)。傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)學(xué)科缺少智能化設(shè)備使用和維修方面的內(nèi)容，不能滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的需要。加入人工智能、工業(yè)機(jī)器人、大數(shù)據(jù)和通信等相關(guān)課程，有利于傳統(tǒng)化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)的學(xué)生掌握智能生產(chǎn)技術(shù)，拓寬知識(shí)技能領(lǐng)域，滿(mǎn)足企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)智能化操作技術(shù)技能人才的需求。

人工智能與化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)融合的新工科專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是，培養(yǎng)具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀的，掌握化工生產(chǎn)設(shè)備(含管路)生產(chǎn)使用和維修技術(shù)技能的，能夠掌握和利用人工智能技術(shù)解決化工生產(chǎn)中設(shè)備安裝和維修問(wèn)題的具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的操作型技術(shù)技能人才。

3 設(shè)計(jì)復(fù)雜工程問(wèn)題項(xiàng)目，整合跨學(xué)科課程

將專(zhuān)業(yè)原有綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目結(jié)合智能化生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)智能化工設(shè)備生產(chǎn)和維修項(xiàng)目，如“塔器焊接工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)”，整合跨學(xué)科資源進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)課程設(shè)計(jì)。我校依托天津職業(yè)大學(xué)作為綜合性多學(xué)科高等職業(yè)院校的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行多學(xué)科融合，采用化工設(shè)備與維修基礎(chǔ)、智能生產(chǎn)和通信專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)并行，模塊式項(xiàng)目化實(shí)訓(xùn)分類(lèi)強(qiáng)化，綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目融會(huì)貫通的方式進(jìn)行多學(xué)科融合。

在教學(xué)實(shí)踐中，將原化工設(shè)備生產(chǎn)和維修專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中部分非核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程刪去，保留主干課程，加入語(yǔ)言編程(C語(yǔ)言、Python)、人工智能(單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人編程與操作)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等課程，專(zhuān)業(yè)核心課程均采用項(xiàng)目化教學(xué)模式，利用教學(xué)做一體的教學(xué)模式增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，逐級(jí)強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)技能和智能設(shè)備編程和設(shè)計(jì)能力。以采用智能化手段解決實(shí)際復(fù)雜化工設(shè)備生產(chǎn)和維修問(wèn)題設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下分組完成項(xiàng)目，同期開(kāi)設(shè)多門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課程對(duì)部分專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，學(xué)生可根據(jù)項(xiàng)目需要選修相關(guān)課程完成項(xiàng)目。

4 深化校企合作，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

在新工科建設(shè)過(guò)程中，單一專(zhuān)業(yè)背景的教師隊(duì)伍無(wú)法滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)建設(shè)需求，化工、智能控制和計(jì)算機(jī)通信等各專(zhuān)業(yè)背景教師加強(qiáng)協(xié)作有利于推進(jìn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施，但仍無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)科深度融合的要求。新工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)亟需提高教師隊(duì)伍解決實(shí)際問(wèn)題的能力，尤其是采用智能化手段解決化工設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行和維修問(wèn)題的能力。與大型化工企業(yè)深入產(chǎn)學(xué)研合作，從企業(yè)引進(jìn)技術(shù)人才參與人才培養(yǎng)方案的修訂、綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程，同時(shí)派遣在職教師參加崗位實(shí)踐，及時(shí)掌握企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和技術(shù)難題。將服務(wù)企業(yè)解決技術(shù)難題與科研項(xiàng)目、教學(xué)項(xiàng)目深入結(jié)合，以產(chǎn)促研、以研促教、以教促學(xué)，更新教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握與時(shí)俱進(jìn)的智能生產(chǎn)技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文基于傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)化工設(shè)備制造與維修專(zhuān)業(yè)在產(chǎn)業(yè)化升級(jí)過(guò)程中面對(duì)無(wú)法適應(yīng)新的產(chǎn)業(yè)要求，而新的人工智能進(jìn)入化工設(shè)備制造與維修行業(yè)引起的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)而無(wú)法找到勝任的人才之間的矛盾而進(jìn)行專(zhuān)業(yè)升級(jí)改造，融合多學(xué)科構(gòu)建適應(yīng)新形勢(shì)下的產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新興學(xué)科。筆者結(jié)合對(duì)人工智能與化工設(shè)備與維修專(zhuān)業(yè)學(xué)科融合的教育模式的探究實(shí)踐，為新工科的職業(yè)技術(shù)技能人才培養(yǎng)提出建議。