新工科背景下智能制造工程專業(yè)人才交叉融合培養(yǎng)探索

康 超 劉 贊 劉金鋒 鐘 偉 陳 宇

（江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等新技術(shù)，并在現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)領(lǐng)域深入融合發(fā)展，驅(qū)動(dòng)著制造領(lǐng)域向復(fù)雜化、智能化、網(wǎng)格化的方向邁進(jìn)。伴隨新興技術(shù)與制造業(yè)的深入交織，全球范圍內(nèi)正在形成新的制造生產(chǎn)模式，影響著產(chǎn)業(yè)的形態(tài)分布、供需方式以及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與發(fā)展的方向。為占據(jù)新技術(shù)的制高點(diǎn)，突破并掌握關(guān)鍵的核心技術(shù)，各國都在加大、加快高新技術(shù)研發(fā)的強(qiáng)度，分別在高精端、高尖端領(lǐng)域紛紛布局，以期解決工程制造、冶金技術(shù)、移動(dòng)通信、新能源、新材料等領(lǐng)域的卡脖子問題。作為國民經(jīng)濟(jì)重要的基石，傳統(tǒng)制造業(yè)需要以新技術(shù)、新理念進(jìn)行改革，而智能制造技術(shù)的引入為制造業(yè)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的興奮劑，正在快速驅(qū)動(dòng)行業(yè)的改革創(chuàng)新，提升制造業(yè)的競爭力。為此，各國紛紛推出強(qiáng)國戰(zhàn)略，如德國的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”、日本的“互聯(lián)工業(yè)戰(zhàn)略”、中國的“中國制造2025戰(zhàn)略”。為加快智能化制造技術(shù)，為企業(yè)提供急需的人才，我國教育部也順勢而變，加快了對(duì)智能方向人才的培養(yǎng)，僅2021年新增的高校專業(yè)中，人工智能方向占據(jù)1/3，這也充分說明國家對(duì)高校人才培養(yǎng)的重視程度。

智能制造最早由美國學(xué)者提出，是融合技術(shù)知識(shí)系統(tǒng)、機(jī)器人控制技術(shù)以及生產(chǎn)制造系統(tǒng)工程，對(duì)制造生產(chǎn)領(lǐng)域涉及的生產(chǎn)技術(shù)能力及其關(guān)聯(lián)能力進(jìn)行專家知識(shí)建模，從而使智能機(jī)器能夠獨(dú)立自主實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)的目的。智能制造是制造業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)的制高點(diǎn)、突破口以及主攻方向。為此，智能制造工程專業(yè)的設(shè)立也符合制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，是新工科背景下多學(xué)科交叉融合發(fā)展、相互需求的結(jié)果，是解決以往單一學(xué)科教學(xué)不能處理復(fù)雜工程問題的新趨勢，開展跨學(xué)科、交叉學(xué)科的融合建設(shè)是高校專業(yè)建設(shè)的必然性。

雖然智能制造工程專業(yè)符合時(shí)代發(fā)展需求，然而，面臨這樣的新工科專業(yè)，各高校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)多處在探索的階段，在專業(yè)建設(shè)過程中存在諸多問題，導(dǎo)致專業(yè)建設(shè)的不全面、效果差。基于此，本文重點(diǎn)剖析智能制造工程專業(yè)建設(shè)存在的問題，并提出了人才培養(yǎng)的措施。

1 智能制造工程專業(yè)建設(shè)存在的問題

1.1 融合行業(yè)特色的教學(xué)缺乏

智能制造工程專業(yè)作為一個(gè)新興專業(yè)，重點(diǎn)培養(yǎng)面向制造行業(yè)發(fā)展需求的專業(yè)人才，該專業(yè)具有重要的行業(yè)方向性。同時(shí)，智能制造作為一個(gè)多學(xué)科融合的集成領(lǐng)域，面向不同的制造領(lǐng)域，所涉及的專業(yè)變化也較為復(fù)雜，需要更專業(yè)、有針對(duì)性、精細(xì)化的人才，尤其面向日趨復(fù)雜的工程應(yīng)用領(lǐng)域問題，對(duì)口型人才欠缺。目前，智能制造工程專業(yè)仍多以傳統(tǒng)機(jī)械為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容多以泛化式的基礎(chǔ)教學(xué)為主，具體行業(yè)場景下的課程內(nèi)容應(yīng)用或技術(shù)手段的實(shí)施缺乏，容易造成學(xué)生在應(yīng)用智能化技術(shù)與制造技術(shù)方向領(lǐng)域欠缺專業(yè)知識(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生從專業(yè)課程提取技術(shù)手段并解決問題的能力缺乏，使得培養(yǎng)專業(yè)人才的目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)仍然具有一定的差距，具體關(guān)系如圖1所示。

別呦呦別過頭，朝司大愣子抿嘴一笑。司大愣子心里直癢癢，但媳婦的話是圣旨，他不敢違抗，只好戀戀不舍地走了。

圖1 融合行業(yè)特色的教學(xué)缺乏

1.2 融合交叉學(xué)科的教學(xué)理念滯后

目前，一些高校在智能制造工程專業(yè)組建過程中，人員隊(duì)伍的建設(shè)多以本學(xué)院各系部人才調(diào)動(dòng)組成，如機(jī)械工程學(xué)院的智能制造工程專業(yè)多以機(jī)設(shè)、機(jī)電、機(jī)制等系部教師為主。然而，智能制造工程專業(yè)是以面向培養(yǎng)具有多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的專業(yè)人才為目標(biāo)，學(xué)生需要掌握的知識(shí)融合機(jī)械、信息、物理、力學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料等多學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，需要在專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)中，將這些多學(xué)科知識(shí)有機(jī)的融合到培養(yǎng)方案、培養(yǎng)大綱中；同時(shí)，作為新的制造專業(yè)，智能制造工程專業(yè)的建設(shè)需要改革創(chuàng)新前沿新教材，需要更豐富的交叉學(xué)科教學(xué)內(nèi)容及手段來突破現(xiàn)有傳統(tǒng)專業(yè)教學(xué)的困境。但是，大多數(shù)開設(shè)的智能制造工程專業(yè)仍是整合現(xiàn)有教學(xué)資源，有針對(duì)性的課程建設(shè)與創(chuàng)新性較缺乏，具體關(guān)系如圖2所示。

圖2 融合交叉學(xué)科的教學(xué)理念滯后

2 智能制造工程人才培養(yǎng)措施

智能制造工程專業(yè)是緊跟時(shí)代發(fā)展的新興學(xué)科，只有把握好行業(yè)需求，有針對(duì)性的依托學(xué)科交叉融合，積極探索合適的人才培養(yǎng)策略，才能追趕并引領(lǐng)高校專業(yè)的積極向上發(fā)展，具體可通過如圖3所示措施進(jìn)行培養(yǎng)。

圖3 智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)措施

2.1 行業(yè)需求驅(qū)動(dòng)的教學(xué)培養(yǎng)方案

為培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，掌握智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用及生產(chǎn)等專業(yè)知識(shí)的智能制造工程專業(yè)人才，需要從專業(yè)課程規(guī)劃的頂層培養(yǎng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以解決融合多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的復(fù)雜工程智能制造問題為導(dǎo)向，堅(jiān)持融合行業(yè)應(yīng)用場景為具體應(yīng)用對(duì)象，構(gòu)建從事科研開發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理及技術(shù)服務(wù)等方面的高素質(zhì)人才。具體培養(yǎng)方案主要從理論課程及實(shí)踐課程上進(jìn)行改革，開設(shè)面向行業(yè)背景應(yīng)用的專業(yè)課程。以江蘇科技大學(xué)為例，如船舶及海工機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、面向船舶的智能運(yùn)維與健康管理，以及面向船舶建造領(lǐng)域的智能制造系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)踐等。同時(shí)，加強(qiáng)智能制造專業(yè)學(xué)生第二學(xué)堂的專業(yè)教學(xué)，有序開展融合交叉學(xué)科的專業(yè)課程。

2.2 師資力量的交叉融合

教師作為培養(yǎng)人才的重要靈魂師，是構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)科教興國的重要執(zhí)行者，其在大學(xué)教育中具有舉足輕重的作用。智能制造工程專業(yè)在高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的需求下應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)人才的整體素質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。因此，對(duì)智能制造工程專業(yè)的師資力量提出了更高的要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化教師結(jié)構(gòu)。具體需要依據(jù)高校培養(yǎng)人才的行業(yè)背景，凝練并提取智能制造工程專業(yè)在該行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)、方向、手段等，進(jìn)而拓展相關(guān)方向的知識(shí)研究，提高本智能制造工程專業(yè)教師在該方向的力量。此外，如果高校教師資源充足，則可以開展校內(nèi)教師資源的融合集成，調(diào)動(dòng)與智能專業(yè)及行業(yè)背景相關(guān)的教師進(jìn)行正常授課或兼職授課，逐步提高教師資源的合理性，有力促進(jìn)師資結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

2.3 工程實(shí)訓(xùn)的模塊化

目前，各大高校針對(duì)智能制造工程專業(yè)構(gòu)建的工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，在學(xué)科融合方面做了一些工作，構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)融合了大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)及先進(jìn)制造技術(shù)等關(guān)聯(lián)智能制造技術(shù)的學(xué)科知識(shí)；其中也不乏許多高校開展了數(shù)字孿生技術(shù)、虛實(shí)融合技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等增強(qiáng)智能制造工程專業(yè)的交互性，也取得了一定的成果。然而，部分高校在學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)方面仍存在問題，其中實(shí)驗(yàn)可操作性是較為突出的一個(gè)問題。許多高校構(gòu)建的智能制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)集成化程度較高，平臺(tái)的封閉性較好。雖然平臺(tái)也融合了多學(xué)科技術(shù)，但高集成化迫使學(xué)生對(duì)于平臺(tái)的可操作性變差，或者僅靠操作電腦完成基本的智能制造技術(shù)的演示功能，教學(xué)效果達(dá)不到，教學(xué)—實(shí)操、老師—學(xué)生間信息交叉互通未能體現(xiàn)；需要在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，以模塊化/易操作/實(shí)用性為前提，而不能簡單地僅僅為智能而體現(xiàn)智能。

2.4 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的專業(yè)知識(shí)交叉融合

隨著高校人才的不斷增長，企業(yè)對(duì)應(yīng)屆畢業(yè)生的要求也在不斷提高，具有綜合知識(shí)儲(chǔ)備、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)多，以及動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生成為發(fā)展的需求。因此，高校在提高學(xué)生知識(shí)運(yùn)用、解決問題的能力方面迫在眉睫。針對(duì)智能制造技術(shù)融合多學(xué)科技術(shù)的特點(diǎn)，更需要以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)本科生教學(xué)工作；高校要不斷加大導(dǎo)師—學(xué)生—任務(wù)類型的培養(yǎng)模式，鼓勵(lì)以學(xué)科競賽、企業(yè)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的學(xué)生教學(xué)培養(yǎng)方法，讓更多的學(xué)生參與進(jìn)各類項(xiàng)目中，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)實(shí)踐，促進(jìn)不同專業(yè)學(xué)生知識(shí)的交互融合，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生知識(shí)運(yùn)用與解決問題的能力。

3 結(jié)語

智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)是中國制造向智能制造發(fā)展的關(guān)鍵，需要以具體行業(yè)需求背景為導(dǎo)向，融合行業(yè)多學(xué)科技術(shù)，改革智能制造工程專業(yè)培養(yǎng)模式，打破學(xué)科交叉教學(xué)的壁壘，真正促進(jìn)學(xué)生綜合水平的提升，培養(yǎng)出具有針對(duì)性解決行業(yè)問題能力的智能制造人才，為國家高水平智能化人才的培育提供保障。