關(guān)于自動化專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的研究

摘?要：根據(jù)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，研究與構(gòu)建工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式。學(xué)習(xí)國際先進(jìn)的教育理念、明確培養(yǎng)目標(biāo)、選擇“解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)”人才培養(yǎng)模式，建立和運行教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和長效反饋機(jī)制，對于加快我國工程教育人才培養(yǎng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：工程教育;教學(xué)質(zhì)量;培養(yǎng)模式

本文以“自動化產(chǎn)線”為載體進(jìn)一步闡述復(fù)雜工程問題的研究和解決方法。自動化產(chǎn)線一般由送料單元、加工單元、轉(zhuǎn)配單元、輸送單元和分揀單元5個模塊組成。各工作站均設(shè)置一臺PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC中間通過RS485串行通信實現(xiàn)互連，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。

1 問題的復(fù)雜性分析

“自動化產(chǎn)線的設(shè)計、集成和控制”復(fù)雜工程問題涉及生產(chǎn)工序分析、硬件設(shè)備選型、控制程序設(shè)計、自動化系統(tǒng)集成、設(shè)備安裝調(diào)試、系統(tǒng)運行調(diào)優(yōu)等多項工程環(huán)節(jié)，需要控制理論、數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)優(yōu)化、檢測技術(shù)，電機(jī)控制等多門學(xué)科理論知識基礎(chǔ)的支撐。此工程問題符合復(fù)雜工程問題要求的特征條件。

1.1 必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能得到解決

從環(huán)節(jié)上看，自動化產(chǎn)線的被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測儀表、控制裝置、反饋裝置等每個環(huán)節(jié)都要求學(xué)生深入掌握該環(huán)節(jié)涉及的裝置或儀表的工程原理，具有相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模能力，了解相應(yīng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)特性，經(jīng)過深入的工程原理分析，能對各環(huán)節(jié)開展系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、使用操作、技術(shù)調(diào)試等工作。

1.2 需要涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突

綜合性方面，“自動化產(chǎn)線”涉及被控對象生產(chǎn)工序過程、控制理論、控制策略、系統(tǒng)解決方案設(shè)計等多方面的技術(shù);控制系統(tǒng)需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制精度和現(xiàn)場環(huán)境等要求;涉及到系統(tǒng)成本、現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場調(diào)試和系統(tǒng)運行維護(hù)等實際問題。沖突性方面，“自動化產(chǎn)線”的先進(jìn)性和系統(tǒng)預(yù)算之間;控制精度與響應(yīng)速度;人力成本與施工進(jìn)度等之間均有沖突。這是一個多自動化技術(shù)集成、多工程環(huán)節(jié)組合、相互間存在矛盾，各方利益之間存在矛盾，各環(huán)節(jié)是一個單獨的子系統(tǒng)，但整體又具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性的復(fù)雜工程問題。

1.3 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性

“自動化產(chǎn)線”的多個環(huán)節(jié)需要建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行模型分析、系統(tǒng)優(yōu)化，必須針對被控對象的工程特性，建立系統(tǒng)最優(yōu)控制的數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的控制效果才能達(dá)到被控對象的工藝要求。本問題為學(xué)生設(shè)置了較多的進(jìn)階要求，比如控制算法的改進(jìn)，識別準(zhǔn)確率的提高，更快速的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)控制要求等，這些都需要學(xué)生先建立模型，然后借助MATLAB等現(xiàn)代仿真工具進(jìn)行研究。

1.4 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中

在本問題中，為了適應(yīng)工業(yè)4.0和先進(jìn)制造的時代要求，我們對“自動化產(chǎn)線的設(shè)計、集成和控制”提出了更高的要求：即不僅要滿足問題給定的功能和性能要求，同時要對“自動化產(chǎn)線”的從產(chǎn)品決策、設(shè)計、生產(chǎn)到銷售的整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化和智能化，因此學(xué)生必須了解工業(yè)4.0和中國制造2025的相關(guān)知識，并通過參閱和自學(xué)大量的課外技術(shù)資料（如機(jī)器人技術(shù)、柔性制造等）提出優(yōu)選的解決方案。

綜上所述，“自動化產(chǎn)線的設(shè)計、集成和控制”工程問題是一個多學(xué)科綜合、多技術(shù)集成、多工程環(huán)節(jié)組合的復(fù)雜工程問題。

2 支撐解決復(fù)雜工程問題的核心課程體系

支撐“自動化產(chǎn)線的設(shè)計、集成和控制”這一復(fù)雜工程問題的課程被劃分為兩大模塊：工程理論模塊和工程實踐模塊。

其中，工程理論模塊支撐的畢業(yè)要求包括：（1）能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題;（2）能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題;（3）能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)。

其中，工程實踐模塊支撐的畢業(yè)要求包括：（1）能夠設(shè)計針對復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的電氣系統(tǒng)、單元（部件）或自動化流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素;（2）能夠針對復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具;（3）能夠理解和評價針對復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題的專業(yè)工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響;（4）能夠就復(fù)雜電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)的信息與控制問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，并具備一定的國際化視野。

3 課程體系的實施

課程體系設(shè)計依據(jù)的是畢業(yè)要求，畢業(yè)要求中對學(xué)生知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)的要求，要在課程體系中充分體現(xiàn)。工程基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程和專業(yè)類課程至少占總學(xué)分的30%;工程實踐與畢業(yè)設(shè)計（論文）至少占總學(xué)分的 20%;人文社會科學(xué)類通識教育課程至少占總學(xué)分的 15%。學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)是循序漸進(jìn)，貫穿大學(xué)四年，由多個教學(xué)環(huán)節(jié)支撐，是一個動態(tài)形成和持續(xù)改進(jìn)的過程。此外，本專業(yè)課程“企業(yè)生產(chǎn)實習(xí)”是支撐“自動化產(chǎn)線的設(shè)計、集成和控制”這一復(fù)雜工程問題的重要載體。

4 結(jié)語

在解決復(fù)雜問題的過程中，學(xué)校應(yīng)該加強(qiáng)“雙師型”教師的培養(yǎng)。廣大高校教師由于普遍缺乏工程背景，工程實踐經(jīng)歷和經(jīng)驗相對比較薄弱。因此需要投入大量的人力和物力資源，創(chuàng)造一切便利條件，為廣大教師提供一線工程實踐的機(jī)會。在具體的工程實踐項目中，提升自身的業(yè)務(wù)水平、工程經(jīng)驗、溝通交流能力和工程管理能力等。

項目資助：教育部卓越工程師計劃項目-電氣工程及其自動化;蘇州大學(xué)一流本科專業(yè)項目-電氣工程及其自動化;江蘇省一流本科專業(yè)-電氣工程及其自動化

作者簡介：陳慶（1984-），男，江蘇泰興人，碩士，講師。