面向遼寧流程工業(yè)的系統(tǒng)工程課程改革與實踐

孫亮亮 孫亮 李宇鵬

[摘? ? ? ? ? ?要]? 面向振興東北地區(qū)老工業(yè)基地的工業(yè)企業(yè)需求，針對現(xiàn)有系統(tǒng)工程課程培養(yǎng)模式與現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)升級改造對人才需求的定位，從實踐教學內容、日常教學方法以及工程教學改革等方面做出了積極探索，設計了面向遼寧流程行業(yè)的系統(tǒng)工程教學改革方法，并應用到實踐教學中。研究成果解決了工程類高校與工業(yè)企業(yè)用人需求的“代溝”，明確了工科類院校系統(tǒng)工程課程的教學目的和方法;為工程類院校向工業(yè)企業(yè)輸送人才的教學模式奠定了基礎。

[關? ? 鍵? ?詞]? 系統(tǒng)工程;流程工業(yè);人才需求;實踐教學

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）14-0030-02

一、引言

遼寧省作為國家重要的老工業(yè)基地，其工業(yè)生產技術、能力以及水平對我國經濟發(fā)展至關重要。2000年以后，東北不斷積累發(fā)展實力，推進地區(qū)經濟崛起，在生產設備升級、創(chuàng)新體制改革等方面做了諸多調整，并取得了良好的成果。然而，隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術的發(fā)展，遼寧省經濟增長與工業(yè)化道路的發(fā)展卻依舊保留濃厚的傳統(tǒng)工業(yè)色彩，傳統(tǒng)的單體自動化設備升級、企業(yè)資源計劃層ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）與生產過程控制層PCS（Process Control System，過程控制系統(tǒng)）的扁平化管理模式，隨著生產規(guī)模的擴大、生產設備數(shù)字化的升級等諸多因素影響，而不能滿足合計實際生產需要。從工業(yè)企業(yè)對人才需求的角度來看，針對工程類高校控制專業(yè)學生而言，傳統(tǒng)的控制專業(yè)系統(tǒng)工程學科內容已經難以滿足飛速發(fā)展自動化水平建設需求，繼而無法保證實際大規(guī)模工業(yè)生產企業(yè)對綠色、高效、低能耗、高質量工業(yè)生產的人才要求。故此，如何從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，通過計算機輔助設計手段，以系統(tǒng)優(yōu)化為核心研究內容，結合遼寧省信息化工業(yè)生產研究背景，提出解決大規(guī)模工業(yè)生產優(yōu)化問題的理論，探索工程類高校學生的課程設計改革方法，使高校人才能夠更加適應與時俱進的工業(yè)企業(yè)生產需求，成為當今工程類高校研究的重點課題之一。為此，如何科學合理地設計具有遼寧工業(yè)特色的系統(tǒng)工程課程改革與實踐體系勢在必行。

二、以行業(yè)的需求為驅動，以解決問題為目標，科學設計教改內容

現(xiàn)有的系統(tǒng)工程教材主要采用北方交通大學出版社出版的《高等學校教材系統(tǒng)工程》。該教材的主要框架是從系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程，詳細介紹了系統(tǒng)工程的基本理論和研究方法。該教材分別對系統(tǒng)工程的基本概念、基本原理、基本思路、分析方法以及相關的優(yōu)化算法、評價方法和決策技術進行了介紹;然后通過一些實際的工業(yè)企業(yè)案例對傳統(tǒng)系統(tǒng)工程理論在實際問題的應用進行了介紹。但是，隨著電子計算機技術的飛速發(fā)展，考慮到在實際工程中，過程控制設備自動化水平的提高，實際工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵行業(yè)、制藥行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等的工業(yè)生產瓶頸以及企業(yè)難題已經從傳統(tǒng)制造行業(yè)底層設備控制轉到現(xiàn)代制造行業(yè)基于大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)字孿生等技術的集成優(yōu)化管理，造成已有的基礎理論和方法不能滿足課程教學內容和實際工業(yè)生產需求的結合。故此，本課題設計了具有遼寧工業(yè)特色的系統(tǒng)工程課程改革與實踐方法?；谇捌谠谙到y(tǒng)工程及相關支撐基礎專業(yè)課程教學內容、教案的整理以及試卷分析，梳理系統(tǒng)工程課程難點以及重點，挖掘在系統(tǒng)工程授課過程基礎理論的薄弱環(huán)節(jié)，分析基礎理論薄弱環(huán)節(jié)造成的原因，對應找出支撐基礎專業(yè)課程的課程內容;以問卷調查、座談等多種方法，與學生針對課程需求、課程難點進行整理，征集學生對課程提高的建議和意見，找出學生在授課過程的“瓶頸”;梳理系統(tǒng)工程課程主線知識內容，針對遼寧省現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)進行調研，結合最新的工業(yè)系統(tǒng)工程優(yōu)化理論、運籌學基礎理論，總結遼寧省現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)工程應用與已開展的系統(tǒng)工程課程理論之間的“銜接缺口”，拓展系統(tǒng)工程課程框架結構及知識內容。其主要內容包括構建工業(yè)系統(tǒng)科學理論課程設計、系統(tǒng)工程學與工業(yè)企業(yè)綜合應用課程設計以及系統(tǒng)工程計算機仿真實驗課程設計三部分改革內容。通過三部分的課程結構設計，可以有效培養(yǎng)控制學科學生的系統(tǒng)工程理論以及應用能力，針對遼寧省工業(yè)生產的人才需求，有目的地對工科類學生培養(yǎng)進行規(guī)劃。

（一）構建工業(yè)系統(tǒng)科學理論課程設計改革

在教學內容方面，通過對系統(tǒng)工程課程知識的講解，包括對系統(tǒng)的組成要素、組織結構、信息流、控制機構等進行分析研究，繼而提出在基礎系統(tǒng)論基礎上新的系統(tǒng)工程研究方法。重點圍繞工業(yè)系統(tǒng)工程建模理論、優(yōu)化方法設計理論、仿真優(yōu)化方法等內容進行課程設計。讓學生對傳統(tǒng)系統(tǒng)科學論的知識的掌握的基礎上，了解、熟悉并且掌握工業(yè)發(fā)展最新研究熱點、方法及體系;同時，在此基礎上，通過課程改革讓學生熟悉工業(yè)系統(tǒng)工程的相關概念以及相關設計方法，使學生對系統(tǒng)工程的認識不局限于書本的基礎理論，認識到課程理論與實際結合的必要性和重要性。使學生掌握最新系統(tǒng)工程理論的發(fā)展動態(tài)以及研究方法，重點講述系統(tǒng)工程優(yōu)化理論在遼寧省工業(yè)生產中的應用，包括在工業(yè)生產過程控制的優(yōu)化（控制問題的數(shù)學描述、控制問題的模型搭建以及控制問題的解決方法）、工業(yè)生產過程故障檢測診斷（控制問題的數(shù)學模型、故障診斷檢測方法）、生產流程計劃調度問題的優(yōu)化（管理問題的難點分析、管理問題的模型搭建以及管理問題優(yōu)化方法的選擇），鍛煉學生對工程問題的描述能力、建模能力以及計算設計能力。

（二）系統(tǒng)工程學與工業(yè)企業(yè)綜合應用課程設計改革

在應用設計方面，通過課程實踐的設計，帶領學生在工業(yè)企業(yè)參觀、組織工業(yè)企業(yè)專家講座的設計形式，介紹現(xiàn)階段遼寧省工業(yè)生產的流程、產業(yè)結構、生產特點以及產品特性等信息。在學生對系統(tǒng)工程基本理論的基礎上，從系統(tǒng)工程觀念出發(fā)，以最優(yōu)化的思想熟悉工業(yè)系統(tǒng)整體的最優(yōu)綜合化組織、管理、技術和方法，繼而以遼寧省幾個典型的鋼鐵企業(yè)（鞍山鋼鐵廠、本溪鋼鐵廠）為例，分析流程工業(yè)企業(yè)的生產特點、難點。結合在課程講授過程中的系統(tǒng)工程基礎理論、優(yōu)化方法，以啟發(fā)式的教學理念鍛煉學生在實際問題中的分析、處理能力及水平。同時，在系統(tǒng)工程課程講義、課件、實驗設計以及實驗講義的設計方面，重點在系統(tǒng)工程學與工業(yè)工程優(yōu)化相結合的授課內容。講系統(tǒng)工程的基礎理論與最新研究方法與工業(yè)企業(yè)不同時期的需求進行總結和分析，提出現(xiàn)階段遼寧工業(yè)生產切實需求的系統(tǒng)工程理論方法。通過實施案例教學，讓學生從傳統(tǒng)的理論授課形式轉到理論與實踐相結合的教學方法中?；谶|寧省工業(yè)企業(yè)對工程院校的需求，利用遼寧省特有的工業(yè)企業(yè)優(yōu)勢，通過講座、教學以及報告等形式，摘取幾個特有的工業(yè)企業(yè)與系統(tǒng)工程理論結合的案例進行授課。

（三）系統(tǒng)工程計算機仿真實驗課程設計改革

在計算機實驗仿真方面，通過系統(tǒng)工程綜合實驗的設計，學生不但可以對系統(tǒng)工程課程的基本理論、模型搭建以及算法的準確性進行驗證，也可以對在實際工業(yè)工程問題的解決方法進行驗證。同時，讓學生認識到系統(tǒng)工程課程在對理論、計算機能力以及工業(yè)工程背景的了解之間的相互關系。提高學生在系統(tǒng)工程基礎理論的能力，鍛煉學生的計算機動手操作能力，熟悉現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)工程領域的計算機軟件技術平臺并開發(fā)軟件，擴展學生對系統(tǒng)工程課程在工業(yè)系統(tǒng)應用的認識?？紤]到系統(tǒng)工程課程屬于計算機、控制科學與工程與管理學科的交叉課程。故此，基于不同控制類學科專業(yè)學生基礎的不同，科學設計在系統(tǒng)工程課程系統(tǒng)工程計算機仿真實驗課設計與工業(yè)系統(tǒng)科學理論課程設計、系統(tǒng)工程學與工業(yè)企業(yè)綜合應用課程設計兩部分銜接內容的研究。保證學生在實驗過程對課程理論知識的理解基礎上，對以工業(yè)生產為應用背景的模型設計、算法開發(fā)能夠直觀的理解，并且對部分優(yōu)秀的學生需要達到掌握的要求，為后續(xù)學生對控制類相關專業(yè)課程的學習和科研打下基礎。

三、結束語

面向遼寧流程行業(yè)的系統(tǒng)工程課程改革與實踐研究將實際工業(yè)工程生產需求與工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化理論相結合。在振興東北老工業(yè)基地的背景下，緊密對接遼寧省以鋼鐵、制藥、醫(yī)療企業(yè)為代表的流程工業(yè)產—學—研社會—高校培養(yǎng)對接模式。本文以遼寧省老工業(yè)基地的特點和工業(yè)系統(tǒng)工程現(xiàn)階段的熱點為切入，深入探索研究了以為鋼鐵、制藥、醫(yī)療企業(yè)背景的工業(yè)系統(tǒng)工程科學理論課程體系的構建方法，實際工業(yè)企業(yè)綜合應用需求與系統(tǒng)工程課程設計內容的邏輯關系以及工業(yè)系統(tǒng)工程課程與計算機實踐教學結合的科學方法。本文所提方法在國內某高校的教學過程進行了應用驗證。通過方法的實施，在加深了學生對基礎系統(tǒng)工程理論知識掌握的基礎上，有效地培養(yǎng)相關專業(yè)工程類高等院校學生在實際工業(yè)企業(yè)關鍵技術問題中系統(tǒng)建模、系統(tǒng)集成優(yōu)化以及計算機算法程序設計能力，為以相關工業(yè)企業(yè)與工程類院校高校人才培養(yǎng)模式的研究奠定了理論基礎的參考與實踐經驗的借鑒。

參考文獻：

[1]楊鳳，賈山亮，徐飛.遼寧省產業(yè)結構發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題[J].經濟師，2014（3）：65-66.

[2]錢正榮.現(xiàn)代管理方法入門[M].北京：北京工業(yè)學院出版社，1987.

[3]錢吳永，王育紅，曹文彬.工業(yè)工程課程體系設置優(yōu)化研究[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術學院學報，2014，14（2）：83-86.

編輯 張 慧