新形勢下過程裝備與控制工程專業(yè)課程體系的探討*

李 翔，管 鋒，李美求，黃天成，張 思

(長江大學(xué)機械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

2019年末新型冠狀病毒肺炎在湖北武漢地區(qū)暴發(fā)，之后迅速蔓延至全國各地，疫情之下各行各業(yè)收到?jīng)_擊，尤其對于自動化程度較低的行業(yè)和領(lǐng)域，由于需要較多人員在一線工作，很多都處于停工停產(chǎn)的狀態(tài)。反觀智能化和網(wǎng)絡(luò)化較高的行業(yè)，大部分工作可以在線完成，疫情之下仍可以繼續(xù)分散辦公。

智能化生產(chǎn)是當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的趨勢所在，李克強總理在“2017年政府工作報告”中明確指出要加快培育人工智能技術(shù)在內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)，要把智能制造作為主攻方向[1]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平日益提高。我國作為傳統(tǒng)制造業(yè)大國，勞動力成本也越來越高，勞動密集型低技術(shù)產(chǎn)業(yè)逐漸向國外轉(zhuǎn)移，智能化和自動化生產(chǎn)今后會逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。

從根本上說，要實現(xiàn)科技創(chuàng)新，首先要在人才培養(yǎng)方面創(chuàng)新。科技是第一生產(chǎn)力，產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵是大量的高技術(shù)人才。目前高校按傳統(tǒng)模式培養(yǎng)的學(xué)生已經(jīng)不能滿足結(jié)業(yè)市場的需要，具有利用智能化和自動化生產(chǎn)方式解決工程問題的能力，是制造行業(yè)對高校畢業(yè)生提出的新要求。然而，目前高校過程裝備與控制工程專業(yè)很多還未意識到這一問題，或者還未及時調(diào)整，課程教學(xué)還集中于傳統(tǒng)的制造方法和工藝設(shè)計，設(shè)備生產(chǎn)依然是“傻大黑粗”，工藝調(diào)整依然是“查漏補缺”，這跟當(dāng)前市場的需求脫節(jié)，同時也跟學(xué)生的預(yù)期也有較大差距，這也間接造成了過程裝備專業(yè)招生困難，對學(xué)生吸引力逐年下降。

1 課程體系存在的問題

要實現(xiàn)科技創(chuàng)新，首先要在人才培養(yǎng)方面創(chuàng)新[2]。然而，目前高校過程裝備與控制工程專業(yè)的課程設(shè)置還普遍沿襲傳統(tǒng)模式，主要存在以下三個方面的問題：

(1)人才培養(yǎng)目標(biāo)落后，落后于行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。當(dāng)前長江大學(xué)過程裝備專業(yè)執(zhí)行的是2018年制定的培養(yǎng)方案，其人才培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)適應(yīng)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德、智、體、美等全面發(fā)展，具備機械工程、控制工程、化學(xué)工程與技術(shù)等方面的知識，能在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、機械及勞動安全等部門從事過程裝備的研究開發(fā)、設(shè)計制造、運行與維護(hù)、檢測控制及工程科學(xué)研究等方面具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的應(yīng)用型人才。這一目標(biāo)主要為傳統(tǒng)制造業(yè)人才需求定制，與當(dāng)前日新月異的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀不相匹配，沒有跟上當(dāng)前制造業(yè)升級智能化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化的趨勢。特別是當(dāng)前高校大力推廣新工科理念，專業(yè)認(rèn)證與國際工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)接軌，更是要求專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)適時調(diào)整，涵蓋專業(yè)特點的同時緊跟行業(yè)發(fā)展的前沿。

(2)課程體系設(shè)置陳舊，知識體系無法適應(yīng)學(xué)生就業(yè)需求。目前長江大學(xué)過程裝備專業(yè)依據(jù)學(xué)校實際情況及專業(yè)在全國所處位置，將課程體系定位為培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，課程體系主要包括機械大類通識課程和過程生產(chǎn)專業(yè)課程。課程門類偏基礎(chǔ)、偏機械、偏應(yīng)用，而目前新產(chǎn)業(yè)環(huán)境和新工科理念要求，課程體系要以用人單位的需求為導(dǎo)向，更鮮明的體現(xiàn)工程特色，并且這一新形勢下的工程特色要緊跟行業(yè)前沿，結(jié)合智能化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化的背景，通過新課程體系的設(shè)置，深化學(xué)生對于智能化和新工科的理解，強化學(xué)生采用程序語言解決工程問題的技能，提高學(xué)生使用和制造智能化設(shè)備的動手能力。

(3)先進(jìn)教學(xué)實踐不足。學(xué)生在常規(guī)的教學(xué)實踐中，往往難接觸到前沿的裝備和工藝，這就造成理論與實踐教學(xué)脫節(jié)，先進(jìn)理論知識無法通過實踐加深和鞏固。在產(chǎn)業(yè)升級到智能化制造的大背景下，“互聯(lián)網(wǎng)+”，“物聯(lián)網(wǎng)”“云制造”等新技術(shù)層出不窮，理論教學(xué)引入相關(guān)內(nèi)容后，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容更加豐富，教學(xué)周期邊長，如果沒有相應(yīng)的理論實踐支持，就無法保證教學(xué)效果，長期更會導(dǎo)致教師教學(xué)熱情降低，不愿將前沿知識和新興技術(shù)及時帶入課堂，最后導(dǎo)致教學(xué)工作在原有層次上停滯不前。

2 課程體系的調(diào)整

當(dāng)前中國制造業(yè)正全面向中高端發(fā)展，并確立了“中國制造2025”行動綱領(lǐng)[3]。過程裝備與控制工程專業(yè)作為典型交叉學(xué)科，銜接化工、石油、能源、輕工、環(huán)保等領(lǐng)域的制造、生產(chǎn)和控制過程，優(yōu)化其人才培養(yǎng)對于裝備制造業(yè)升級離具有重要的意義[4]。目前傳統(tǒng)教學(xué)體系已經(jīng)不能滿足制造行業(yè)日益發(fā)展的需求，需要向智能化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化等內(nèi)容擴展。

(1)智能化。智能制造是“中國制造2025”實現(xiàn)的關(guān)鍵，智能制造就是在生產(chǎn)過程中，將智能裝備通過通信技術(shù)有機連接起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，并通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，自動對生產(chǎn)過程進(jìn)行反饋和調(diào)整，最后達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)過程[5]。智能化是未來過程生產(chǎn)的趨勢，過程裝備與控制工程專業(yè)課程體系的設(shè)置也要適應(yīng)這一變化。目前培養(yǎng)方案中關(guān)于智能制造的課程幾乎沒有，而過程裝備的典型課程，如《過程設(shè)備設(shè)計》、《壓力容器安全評定》、《液壓與氣壓傳動控制》、《金屬材料及熱處理》、《過程裝備監(jiān)測與診斷》及《石油安全與工程》等，都可以借助智能化技術(shù)大幅提高工作效率和準(zhǔn)確性。在新的課程體系中，可以添加《工業(yè)機器人編程與操作》、《高端制造裝備及其智能化》、《可視化生產(chǎn)》以及《工業(yè)4.0與數(shù)字化全生產(chǎn)過程》等。

(2)自動化。自動化是智能化生產(chǎn)的具體實施程，通過過程控制、運動控制和信息反饋等實現(xiàn)無人生產(chǎn)過程[6]。在過程裝備與控制工程專業(yè)課程體系的發(fā)展過程中，隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，控制類課程逐漸增多，基礎(chǔ)課程有《電工與電子技術(shù)》和《機械控制工程基礎(chǔ)》，專業(yè)類課程有《互換性與技術(shù)測量》、《過程裝備控制技術(shù)與應(yīng)用》、《數(shù)字電子技術(shù)》和《電路與模擬電子技術(shù)》可選，但是，目前的課程體系依然以傳統(tǒng)裝備制造為主，這顯然無法滿足目前產(chǎn)業(yè)快速升級的要求。另一方面，很多過程裝備與控制工程專業(yè)教材還沿襲以往知識體系，對于行業(yè)發(fā)展前沿更新較慢，最新的過程裝備、生產(chǎn)流程控制以及理論等方面的知識不能及時編入教面，所以常常出現(xiàn)課程內(nèi)與現(xiàn)實，甚至于學(xué)生當(dāng)前認(rèn)知脫軌的情況。針對這一情況，一方面要優(yōu)化課程體系，在原有課程中加入最新的自動化控制知識，如《過程設(shè)備腐蝕與防護(hù)》、《過程裝備制造工藝》和《過程裝備成套技術(shù)》等；另一方面，緊跟行業(yè)前沿，結(jié)合過程裝備與控制工程專業(yè)自身特點，新增《Python語言編程》、《PLC編程》和《自動化生產(chǎn)過程》等課程。

(3)網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化辦公技術(shù)在計算機等行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，通過大數(shù)據(jù)分析以及在線診斷等技術(shù)，可以更高效準(zhǔn)確的解決各種復(fù)雜問題。在過程生產(chǎn)和工程實際中，網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)同樣大有可以。依靠“云平臺”和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，過程生產(chǎn)可以在線監(jiān)控和反饋，讓上游供應(yīng)商、生產(chǎn)企業(yè)以及下游用戶可以實時交流，整個生產(chǎn)鏈進(jìn)行實時調(diào)整，使其達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)[7]。許多工程問題也可以實現(xiàn)在線分析，這可以為生產(chǎn)廠家節(jié)省售后投入，也可以為用戶提供更搞笑的問題解決方法。目前網(wǎng)絡(luò)化、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)還處在發(fā)展初期，相關(guān)知識還未形成完整成熟的體系，這對于理論教學(xué)提出了一定的挑戰(zhàn)，實踐教學(xué)更加困難。針對這一問題，可以從學(xué)校實際出發(fā)，利用已有網(wǎng)絡(luò)資源和虛擬現(xiàn)實平臺，開展教學(xué)工作，師生共同探索最新行業(yè)前沿。

3 結(jié) 語

工業(yè)智能化是時代發(fā)展的方向，為了實現(xiàn)我國從制造大國向制造強國的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“中國制造2025”的發(fā)展目標(biāo)，必須要更新和完善高校人才培養(yǎng)體系，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級的要求，適應(yīng)市場對于新型人才的需求。作為高校要及時調(diào)整培養(yǎng)計劃，優(yōu)化課程體系，加強對新的教學(xué)方法和體系的探索。同時借助網(wǎng)絡(luò)平臺和虛擬現(xiàn)實平臺，升級并深化理論及實踐教學(xué)，使學(xué)生確立先進(jìn)生產(chǎn)理念，全維度的掌握智能化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)技術(shù)。本文以長江大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)為例，分析了新形勢下市場對人才的需求變化，和高校課程體系設(shè)置之間的矛盾，探索了緊跟行業(yè)發(fā)展，強調(diào)智能化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)過程的新課程體系調(diào)整。在智能制造2025大背景下，教師和學(xué)生應(yīng)該共同進(jìn)步，不斷提高和完善自己，努力培養(yǎng)高水平過程裝備與控制工程專業(yè)技術(shù)人才。