國產(chǎn)替代趨勢下的校企互動式PLC課程教學(xué)探索研究

聶菁　劉婷婷　魯艷旻　毛玲

摘 要：針對當(dāng)前高校中PLC課程普遍圍繞外國品牌PLC開展教學(xué)的現(xiàn)狀，建議應(yīng)積極引入國產(chǎn)替代化產(chǎn)品及技術(shù)進入課堂，并探索研究高校與國內(nèi)相關(guān)企業(yè)開展PLC課程互動教學(xué)的模式，推動人才培養(yǎng)與國產(chǎn)技術(shù)的雙向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC 國產(chǎn)替代 校企互動

The Exploration and Research on College-Enterprise Interactive PLC Course Teaching Under the Trend of Domestic Substitution

Nie Jing Liu Tingting Lu Yanmin Mao Ling

Abstract：In view of the current situation that PLC courses in colleges and universities are generally taught around foreign brands of PLC， the domestic alternative products and technologies should be actively introduced， and try to explore a PLC course teaching method under the cooperation between colleges and related domestic enterprises， to promote the two-way development of talent training and independent technology.

Key words：PLC; domestic substitution; college-enterprise interaction

1 引言

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）是一種集邏輯計算、自動控制和網(wǎng)絡(luò)通訊的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，經(jīng)過50余年的發(fā)展，在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于起步較晚，我國PLC市場長期被三菱、西門子、施耐德等少數(shù)外國品牌所占據(jù)，但近年來國內(nèi)PLC企業(yè)在外企壓迫的巖石狹縫中逐漸壯大起來，并依靠性價比優(yōu)勢站穩(wěn)了市場，涌現(xiàn)出來了如北京和利時、無錫信捷、深圳匯川以及黃石科威等一批優(yōu)秀企業(yè)。

隨著“十四五”期間工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略深入實施，裝備制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐不斷加快，我國工業(yè)自動化領(lǐng)域人才需求呈現(xiàn)井噴態(tài)勢。與此同時，近幾年來，以美國為首的西方國家對中國降下“技術(shù)鐵幕”，動輒以實體清單、出口管制等方式遏制打壓我國高新技術(shù)發(fā)展，PLC作為工控行業(yè)的關(guān)鍵核心設(shè)備，更是必爭的“主戰(zhàn)場”。當(dāng)前，各高校開設(shè)的電氣自動化及PLC課程基本都是圍繞外國品牌產(chǎn)品進行展開，因此探索如何讓PLC課程教學(xué)積極響應(yīng)國家發(fā)展大局、順應(yīng)國產(chǎn)替代化發(fā)展趨勢，對承擔(dān)培養(yǎng)新時代應(yīng)用型人才的高校以及尋求更高層次發(fā)展的企業(yè)都有著重要意義。

2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.1 PLC課程的開展情況

PLC相關(guān)課程是面向高等學(xué)校及高職高專機電一體化、自動控制類及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課、主干課，旨在讓學(xué)生通過系統(tǒng)性學(xué)習(xí)PLC的基本原理、功能、應(yīng)用、程序設(shè)計方法和編程技巧，掌握1至2種基本機型，從而了解PLC控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，為今后從事機電、自動控制等領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。本文選取了在中國大學(xué)MOOC慕課網(wǎng)（www.icourse163.org）上開設(shè)了PLC線上課程的40所學(xué)校（其中普通高等學(xué)校11所，高職高專29所）作為樣本進行分析。

（1）不同學(xué)校之間課程內(nèi)容各有側(cè)重。在普通高等學(xué)校中，通常與電氣控制或工業(yè)控制相關(guān)內(nèi)容一同講授，如我院的《電氣控制與PLC技術(shù)》以及南京工業(yè)大學(xué)開設(shè)的《工業(yè)控制裝備》課程。在高職高專學(xué)校里，則作為一門應(yīng)用型非常強的課程進行單獨授課，如蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的《PLC應(yīng)用與實踐》以及河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)的《PLC控制系統(tǒng)編程與實現(xiàn)》課程。以我院的《電氣控制與PLC技術(shù)》課程為例，該課程是電氣專業(yè)的必修課程，總共32學(xué)時，其中4學(xué)時介紹低壓電器、繼電器電路等電氣控制基礎(chǔ)知識，4學(xué)時介紹PLC基礎(chǔ)知識，其余24學(xué)時均是圍繞三菱FX系列PLC開展編程及應(yīng)用設(shè)計學(xué)習(xí)。

（2）遍使用成熟外國品牌PLC產(chǎn)品開展教學(xué)。我們對抽樣的40所院校PLC課程使用的PLC產(chǎn)品品牌型號進行了統(tǒng)計分析，見表1。

除武漢理工大學(xué)開設(shè)的《電器控制與可編程序控制器》使用的是中國臺灣品牌的臺達DVP系列外，其余39所學(xué)校的課程均使用的是歐美日知名品牌的成熟型號，特別是西門子的S7系列和三菱的FX系列使用率分別為72.5%和20%，合計占比達到92.5%。

2.2 存在的不足

（1）與高速發(fā)展的應(yīng)用場景不相適應(yīng)。根據(jù)實際教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前PLC課程很容易讓學(xué)生誤認為是一個設(shè)備實操課，特別是對很多PLC功能應(yīng)用只要求死記硬背，雖然有一些簡單的設(shè)計案例，但并不能很好幫助學(xué)生理解PLC作為一個重要工業(yè)控制設(shè)備所發(fā)揮的作用。此外，大多數(shù)學(xué)校沒有開設(shè)如集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線等與PLC相關(guān)的后續(xù)銜接課程，且任課老師通常與產(chǎn)業(yè)界聯(lián)系較少，無法幫助機電專業(yè)學(xué)生更好地了解現(xiàn)代工業(yè)控制知識體系及真實應(yīng)用場景。

（2）過度依賴外國廠商提供的產(chǎn)品技術(shù)。長期以來，西門子、三菱等外國廠商憑借完善的產(chǎn)品體系和優(yōu)質(zhì)的客戶服務(wù)占據(jù)著國內(nèi)PLC市場，更通過免費、詳盡的仿真教學(xué)軟件和線上教程極大降低了PLC學(xué)習(xí)的門檻。但是作為新時期的高等院校，不應(yīng)該一味追求簡單方便，要為實現(xiàn)核心關(guān)鍵技術(shù)自主可控而不斷改進，否則如操作系統(tǒng)、半導(dǎo)體芯片等領(lǐng)域的裹足不前將一次又一次地發(fā)生，一旦國家面臨危急時刻，這些外國產(chǎn)品和技術(shù)的斷供、禁運、封鎖也一定會發(fā)生。此外，長期使用外國品牌PLC也會造成國產(chǎn)PLC設(shè)備的專業(yè)技術(shù)人才無法得到有效培養(yǎng)，進一步壓制了國產(chǎn)PLC的發(fā)展進步。

3 課程改革探索

3.1 國產(chǎn)替代的優(yōu)勢

近年來，如同其他國產(chǎn)產(chǎn)品，國產(chǎn)PLC設(shè)備廠商很好發(fā)揮了后發(fā)優(yōu)勢，從外國廠商不起眼的小型PLC起步，逐步依靠確切了解國內(nèi)用戶需求，可靈活定制個性化產(chǎn)品，并提供日益完善的全過程服務(wù)等優(yōu)勢，取得了一定市場份額，為PLC課程引入國產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)造力有利條件。

（1）編程語言學(xué)習(xí)上的可替代性。目前PLC課程中大量使用的基本都是小型PLC產(chǎn)品，而對PLC學(xué)習(xí)最重要的部分就是對編程語言的學(xué)習(xí)。1993年，國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，簡稱IEC）發(fā)布了PLC相關(guān)的國際標準，命名為：IEC61131。其中IEC61131-3標準明確了了PLC的編程語言、語法、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、指令、函數(shù)等關(guān)于編程的方方面面，為PLC編程提出了明確的、可操作的指導(dǎo)，這給國內(nèi)企業(yè)保持與國際先進水平同步提供了捷徑。因此國產(chǎn)PLC產(chǎn)品在使用的梯形圖、STL等編程語言上與外國品牌沒有任何差別，學(xué)習(xí)上完全可以實現(xiàn)替代。

（2）開展系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的便利性。國產(chǎn)PLC廠商在國內(nèi)擁有完整且完全本地化的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)支持中心，特別是在高校聚集較多的城市，很多國內(nèi)大型PLC廠商均設(shè)有研發(fā)中心或生產(chǎn)基地，如表2所示。對國產(chǎn)PLC開展學(xué)習(xí)，不僅能學(xué)習(xí)PLC如何應(yīng)用，更能了解每一型PLC產(chǎn)品從設(shè)計到應(yīng)用再到優(yōu)化成熟的全過程，這是從外國品牌PLC那里無法學(xué)習(xí)到的。

（3）對教育和人才投入的積極性。絕大多數(shù)的國內(nèi)PLC廠商當(dāng)前都處在一個向上爬坡的發(fā)展階段，對人才特別是技術(shù)人才的需求十分強烈，這也是他們熱衷在高校云集的城市如武漢、南京、西安等地設(shè)有研發(fā)中心的原因之一。如無錫信捷公司就已經(jīng)與江南大學(xué)、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院等學(xué)校共建聯(lián)合實驗室或校外實訓(xùn)基地，既能幫助企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)升級，也能廣納人才。

3.2 學(xué)生的接受程度

針對本院上一學(xué)年度已經(jīng)完成PLC課程的112名學(xué)生，開展了一次線上問卷調(diào)查，以了解學(xué)生對PLC課程引入國產(chǎn)設(shè)備以及與國內(nèi)PLC廠商開展校企合作的態(tài)度和想法。

（1）學(xué)生普遍對國產(chǎn)PLC認識較少。在回答“對國產(chǎn)PLC了解程度如何”的問題時，40.2%的學(xué)生選擇“沒有聽說過國產(chǎn)PLC”，47.3%的學(xué)生選擇“聽說過國產(chǎn)PLC，但無法說出具體的品牌”，10.7%的學(xué)生選擇“知道1至2個國產(chǎn)PLC廠商品牌”，只有1.8%的學(xué)生選擇 “知道3個以上國產(chǎn)PLC廠商品牌”。

（2）學(xué)生對國產(chǎn)PLC接受程度較高。在回答“對使用國產(chǎn)PLC意愿如何”的問題時，70.5%的學(xué)生選擇“愿意學(xué)習(xí)并使用國產(chǎn)PLC”，29.5%的學(xué)生選擇“愿意綜合比較國產(chǎn)PLC與外國品牌PLC性能，然后擇優(yōu)使用”，沒有人選擇“認為國產(chǎn)PLC比不過外國品牌PLC，不愿意使用”。

（3）學(xué)生期待校企合作能幫助求職就業(yè)。在回答“如果國產(chǎn)PLC廠商與學(xué)校開展校企合作時，你有什么期待”的問題時，有81.3%的學(xué)生選擇“希望能提供實習(xí)或者就業(yè)機會”，有11.6%的學(xué)生選擇“希望開闊視野，更深入了解PLC產(chǎn)業(yè)”，有7.1%的學(xué)生選擇“無期待”。

3.3 學(xué)校與企業(yè)互動模式的設(shè)想

目前，我院實驗室共有6臺三菱FX2N系列PLC，均為自行購買，無相關(guān)廠家配套支持，日常由實驗室老師組織學(xué)生開展相關(guān)實訓(xùn)課程。在此種模式下，PLC課程作為一種實操性與應(yīng)用性都非常強的課程，很容易造成教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實際需求脫節(jié)，學(xué)校教學(xué)水平和實訓(xùn)質(zhì)量難以提高。另一方面，外國企業(yè)則同樣高度重視與各高校開展產(chǎn)學(xué)交流合作，如西門子公司早在2016年就教育部簽署了合作備忘錄，涉及基地建設(shè)、專業(yè)共建、教師能力提升、教學(xué)資源共享、學(xué)生工程能力認證等方面，更多次舉辦“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，為校企合作提供了一個很好的樣板。但是投入資源有限的外資巨頭不可能惠及中國每一所院校，特別是作為培養(yǎng)專業(yè)技能型人才的普通應(yīng)用型大學(xué)和高職高專數(shù)量多、學(xué)生多，更需要開展有效的校企合作來提升其教學(xué)水平。隨著國內(nèi)PLC公司的業(yè)務(wù)發(fā)展和技術(shù)升級，越來越多的企業(yè)認識到專業(yè)技能人才的重要性。通過向外企的相關(guān)經(jīng)驗進行學(xué)習(xí)和實踐總結(jié)，探索出一種“學(xué)校、學(xué)生、企業(yè)”三方共贏的互動合作模式顯得尤為重要。

（1）建設(shè)開放性課堂。課堂是教學(xué)的第一場所，培養(yǎng)好的應(yīng)用型技能人才最關(guān)鍵的就是要建設(shè)一個與企業(yè)保持開放互動的PLC課堂，改變傳統(tǒng)的“老師授課+簡單實訓(xùn)”形式，堅持開門辦學(xué)，充分發(fā)揮國內(nèi)優(yōu)質(zhì)PLC企業(yè)在技術(shù)研發(fā)和大量工程實踐中積累的寶貴經(jīng)驗，通過“工程師進課堂”、“師生進企業(yè)”、“項目進教材”等方式方法，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，讓知識不再僅僅停留在課本試卷上，而是體現(xiàn)在一個個生動直觀的案例里。另一方面，一個開放性的課堂也能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從課堂的接受者到參與者，變“被動聽”為“主動學(xué)”，有效提升教學(xué)質(zhì)量。

（2）共建實訓(xùn)基地。實訓(xùn)基地是鍛煉學(xué)生動手能力的場所，也是實踐理論知識的最佳平臺。通過鼓勵企業(yè)與學(xué)校共建或升級現(xiàn)有PLC實訓(xùn)基地，引入國產(chǎn)同類型PLC產(chǎn)品，既能加深學(xué)生對不同PLC共有特性的理解掌握，又能與現(xiàn)有的外國品牌PLC進行性能比較。企業(yè)在這一過程中如果只是對現(xiàn)有PLC實訓(xùn)場所升級改造，相對投入也有限，但收益相對較多，包括能夠向?qū)W生推廣國產(chǎn)PLC產(chǎn)品并獲得潛在用戶、可以優(yōu)化完善本公司產(chǎn)品的培訓(xùn)內(nèi)容、得到師生在使用過程中對產(chǎn)品的改進意見等。

（3）加強人才培養(yǎng)。校企互動中最重要的參與者就是學(xué)生，一個好的合作模式能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生到專業(yè)技術(shù)人才的轉(zhuǎn)變。學(xué)校作為教學(xué)活動的組織者，要統(tǒng)籌企業(yè)用人需求與學(xué)生現(xiàn)實情況，合理分配教學(xué)資源，科學(xué)制定教學(xué)大綱。企業(yè)在明確需求的同時，也需要尊重人才培養(yǎng)不可能一蹴而就的客觀規(guī)律，把人才培養(yǎng)作為公司長期戰(zhàn)略來投入和經(jīng)營，深度參與教學(xué)計劃和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化完善，并以聯(lián)合舉辦PLC設(shè)計競賽、招納暑期實習(xí)生等形式，培養(yǎng)選拔優(yōu)秀人才。和C語言等很多工科課程一樣，PLC課程是一門實踐性很強的課程，學(xué)生自己也要充分利用好學(xué)校和企業(yè)提供的資源，加強自主學(xué)習(xí)，幫助自己在日趨激烈的就業(yè)市場中取得理想的職場機會。

3.4 可能遇到的困難

（1）針對國產(chǎn)PLC產(chǎn)品的課程配套體系尚未建立。廣泛應(yīng)用的外國品牌PLC在研發(fā)產(chǎn)品的同時，同步開發(fā)了相應(yīng)的仿真軟件和實訓(xùn)軟件，極大降低了學(xué)習(xí)的門檻。以三菱PLC為例，其新一代編程開發(fā)軟件GX Works就具備了仿真功能，方便學(xué)生直觀理解電氣器件是如何按照指令運行的;三菱公司還開發(fā)了專門的入門教學(xué)軟件FX-TRN-BEG-C，供初學(xué)者從零開始學(xué)習(xí)PLC相關(guān)知識。因此在如此便利的條件下，目前國內(nèi)PLC課程體系均是按照這些外國廠商早先設(shè)計的學(xué)習(xí)路線來建立的，激進而盲目地使用國產(chǎn)PLC來進行替換，反而會起到反作用。

（2）國產(chǎn)PLC產(chǎn)品本身技術(shù)狀態(tài)尚未成熟。國產(chǎn)品牌PLC廠商在國內(nèi)擁有完整的研發(fā)、技術(shù)支持以及售后運維體系，能夠靈活快速的響應(yīng)客戶需要，開發(fā)定制化產(chǎn)品，這也是他們逐漸占領(lǐng)市場的主要優(yōu)勢。但是，這種優(yōu)勢帶來的弊端就是產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)不夠穩(wěn)定，造成型號多而雜，應(yīng)用面相對狹窄，缺乏一種像西門子S7系列和三菱FX系列這樣廣泛應(yīng)用的成熟型號，供教學(xué)使用。

3.5 下步發(fā)展方向

推廣國產(chǎn)自主產(chǎn)品替代外國品牌產(chǎn)品在PLC課程的使用，需要學(xué)校和企業(yè)共同的努力，從多方向、多層次全面加強合作。

（1）共同規(guī)劃課程體系。學(xué)校應(yīng)根據(jù)PLC產(chǎn)業(yè)“交叉融合、高度集成、實時多變”的特點，以提升學(xué)生“工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、可持續(xù)發(fā)展能力、綜合協(xié)調(diào)能力”為目標，與企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程大綱，重構(gòu)課程內(nèi)容，開發(fā)配套課程軟件，編寫教材講義和產(chǎn)品教程手冊，分階段建立一套完整、可實施、可推廣的國產(chǎn)PLC課程教學(xué)體系。

（2）共同推進產(chǎn)品研發(fā)。要堅持“走出去”與“請進來”相結(jié)合，學(xué)校和企業(yè)可以成立“教師+工程師”聯(lián)合團隊，企業(yè)提供教師掛職鍛煉平臺，讓有意愿的教師參與實際工程項目和產(chǎn)品研發(fā)，幫助企業(yè)解決實際技術(shù)難題，增加教師工程實踐經(jīng)驗;學(xué)校邀請企業(yè)技術(shù)專家、資深工程師和高管走進PLC課堂和實訓(xùn)基地，指導(dǎo)學(xué)生的同時，了解教學(xué)中使用PLC的需求，研發(fā)或挑選出合適的PLC產(chǎn)品逐步取代外國品牌產(chǎn)品。

4 結(jié)語

綜上所述，面對當(dāng)前復(fù)雜的國際形勢，作為工業(yè)自動控制核心設(shè)備之一的PLC，在眾多優(yōu)秀的國內(nèi)廠商推動下一定會實現(xiàn)完全自主可控。在這一國產(chǎn)替代趨勢下，高等院校開設(shè)的PLC課程可以依托良性有機的校企互動，通過引入成熟國產(chǎn)PLC產(chǎn)品，建立科學(xué)規(guī)范的課程體系，開展創(chuàng)新式的教學(xué)探索，為我國PLC專業(yè)人才培養(yǎng)和企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)升級貢獻力量。

參考文獻：

[1]廖常初.國產(chǎn)PLC的現(xiàn)狀[J]. 電氣時代， 2011（1）：3.

[2]王喆.基于校企合作培養(yǎng)PLC專業(yè)人才[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊， 2013（20）：2.

[3]袁勇. 深化校企合作工學(xué)結(jié)合 共建聯(lián)合示范實訓(xùn)中心——以武職PLC實訓(xùn)室建設(shè)為例[J]. 機械工程師， 2014（12）：2.

[4]牛宏偉. 電氣控制與PLC課程教學(xué)改革的探索與實踐[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊， 2013（32）：1.

[5]王玉萍，高柏臣，王歡，等.培養(yǎng)卓越電氣工程師為目標的PLC課程教學(xué)改革[J]. 高師理科學(xué)刊，2015，35（7）：3.