劉 燕, 徐惠鋼, 李智超, 劉叔軍, 徐本連

( 常熟理工學(xué)院 電氣與自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇， 常熟， 215500 )

面向智能制造的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系的重構(gòu)

劉 燕, 徐惠鋼, 李智超, 劉叔軍, 徐本連

( 常熟理工學(xué)院 電氣與自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇， 常熟， 215500 )

中國(guó)制造2025是以智能制造為關(guān)鍵特征的工業(yè)革命，它的到來(lái)對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的發(fā)展賦予了更廣泛的技術(shù)內(nèi)涵，將促使自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程體系面臨重組與優(yōu)化。本文分析了智能制造下自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展的新內(nèi)涵，給出面向智能制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)涉及的理論與技術(shù)，并以此為依據(jù)重構(gòu)了自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系。

中國(guó)制造2025；自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；課程體系

0 引言

2015年5月18日，國(guó)務(wù)院正式發(fā)布了《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，這是中國(guó)版“工業(yè)4.0計(jì)劃”，也是我國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)?！吨袊?guó)制造2025》的核心是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能制造、智能工廠和產(chǎn)業(yè)集成，它的發(fā)展將促使我國(guó)制造業(yè)向自動(dòng)化、無(wú)人化、高精度、高效率邁進(jìn)。

自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是一個(gè)基于電子科學(xué)、控制理論和信息技術(shù)的寬口徑專(zhuān)業(yè)，其專(zhuān)業(yè)知識(shí)與《中國(guó)制造2025》涵蓋的智能制造、智能工廠、產(chǎn)業(yè)集成等內(nèi)容緊密相關(guān)，是支撐智能制造的主要技術(shù)之一。

目前我國(guó)高校自動(dòng)化教學(xué)體系中的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容還難以培養(yǎng)出能夠駕馭智能制造的優(yōu)秀自動(dòng)化技術(shù)人才，現(xiàn)有的課程體系中融合和集成的技術(shù)還不能解決復(fù)雜控制系統(tǒng)的問(wèn)題，教學(xué)內(nèi)容的綜合性和延伸性也有待提高。從滿足未來(lái)工程界和企業(yè)界對(duì)自動(dòng)化人才的要求出發(fā)，探索合理的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系，使人才培養(yǎng)目標(biāo)具有新工業(yè)發(fā)展的前瞻性、適應(yīng)性是有重要意義的。

1 智能制造對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的影響

1.1 智能制造與傳統(tǒng)制造的區(qū)別

《中國(guó)制造2025》提出的智能制造和智能工廠主要強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)和制造技術(shù)的融合，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)。智能制造裝備以及智能化生產(chǎn)線的核心技術(shù)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，這不僅依賴(lài)于獨(dú)特的自動(dòng)化技術(shù)，同時(shí)也與其它的技術(shù)如檢測(cè)技術(shù)、 電力電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等密切相關(guān)[1]。表1給出智能制造與傳統(tǒng)制造的主要區(qū)別。

表1 智能制造與傳統(tǒng)制造的區(qū)別

從表上可以看出智能制造以數(shù)字化、柔性化及系統(tǒng)集成技術(shù)為核心、以大數(shù)據(jù)處理技術(shù)為支撐，通過(guò)工業(yè)化批量生產(chǎn)方式滿足個(gè)性化需求的技術(shù)特點(diǎn)。

1.2 自動(dòng)化技術(shù)的新內(nèi)涵

未來(lái)的工業(yè)控制與自動(dòng)化產(chǎn)品更需要靈活性、操作的方便性及智能化，支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和具有自診斷功能也是大勢(shì)所趨。在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)總線、智能儀表、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的應(yīng)用將使自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，分層遞階控制系統(tǒng)將逐步實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)化、知識(shí)的自動(dòng)化。智能制造將包含如下的自動(dòng)化核心知識(shí)：

(1) 基于PC的嵌入式系統(tǒng)和技術(shù)將在智能制造中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的工控機(jī)多用于數(shù)據(jù)采集和人機(jī)交互，基于PC的嵌入式系統(tǒng)可以運(yùn)行在任何一臺(tái)工業(yè)PC上，將其變成一臺(tái)功能強(qiáng)大的控制器，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接遠(yuǎn)程的分布式I/O，形成一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式控制系統(tǒng)。

(2)基于數(shù)字化平臺(tái)的全集成自動(dòng)化( TIA)、全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)( IDS)、過(guò)程自動(dòng)化、能源效率和服務(wù)等幾大主題的“數(shù)字制造”產(chǎn)品，以及涵蓋工業(yè)軟件、數(shù)字化硬件和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)服務(wù)等幾大類(lèi)別的產(chǎn)品及解決方案將得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。

(3)智能制造與智能工廠實(shí)施過(guò)程對(duì)網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)提出了更智能化、更開(kāi)放、更靈活、更快速的要求，這是傳統(tǒng)的以現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的控制系統(tǒng)所無(wú)法達(dá)到的。

綜上看出，未來(lái)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)將融合電子電氣技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程、計(jì)算機(jī)和IT技術(shù)、傳感器和變送器、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)、通信技術(shù)等多方面的知識(shí)。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)向重視系統(tǒng)與管理的方向、向含機(jī)、含電、含計(jì)算機(jī)、含通信網(wǎng)絡(luò)的大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)與人機(jī)系統(tǒng)的方向、向“跨行業(yè)的專(zhuān)業(yè)”方向、向培養(yǎng)出能處理各行各業(yè)復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題的“系統(tǒng)集成者”方向發(fā)展[2]。

2 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系重構(gòu)

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系應(yīng)該體現(xiàn)面向《中國(guó)智能2025》成為完整性、系統(tǒng)性、實(shí)用性的知識(shí)體系；應(yīng)該將“工業(yè)4.0”的最新技術(shù)、最新理論、最新方法和最新工具引入本科生課堂，培養(yǎng)研究、設(shè)計(jì)、運(yùn)行復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)與裝置所需的知識(shí)和能力的技術(shù)人才。

2.1 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)涉及的理論與技術(shù)

根據(jù)我國(guó)工業(yè)和信息化部制定和發(fā)布的《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》可知，與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)的九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)有：①新型傳感技術(shù)；②模塊化；嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；③先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)；④系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)；⑤故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)；⑥高可靠實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；⑦功能安全技術(shù)；⑧特種工藝與精密制造技術(shù)；⑨識(shí)別技術(shù)；八項(xiàng)智能測(cè)控裝置與部件有：①新型傳感器及其系統(tǒng)；②智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線；③ 智能儀表；④精密儀器；⑤工業(yè)機(jī)器人與專(zhuān)用機(jī)器人；⑥精密傳動(dòng)裝置；⑦伺服控制機(jī)構(gòu)；⑧液氣密元件及系統(tǒng)[3]。在智能制造中自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)如表2所示。

從學(xué)科交叉、專(zhuān)業(yè)融合的角度看，以智能制造為技術(shù)特點(diǎn)的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)將涉及如下的理論與技術(shù)：

(1)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人、機(jī)器人控制、無(wú)線通信、機(jī)器人控制等理論技術(shù)

(2)圖像采集、圖像處理、編程、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制、視覺(jué)檢測(cè)等理論技術(shù)

(3)無(wú)線通信、數(shù)控、FRID、讀寫(xiě)器、嵌入式系統(tǒng)等理論技術(shù)

(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)、調(diào)度控制、網(wǎng)絡(luò)互連、PLC編程、離散事件、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)仿真等理論技術(shù)。

表2 智能制造中自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.2 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系的重構(gòu)

面向智能制造，融合自動(dòng)化領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)，適應(yīng)新工業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)應(yīng)按照大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)與人機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向更新課程體系的內(nèi)容，使之適應(yīng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展對(duì)人才的要求。課程體系重構(gòu)路徑如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系重構(gòu)路徑

在課程體系重構(gòu)的過(guò)程中應(yīng)該探討智能制造過(guò)程對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才知識(shí)、能力和素質(zhì)的要求；調(diào)研智能制造帶來(lái)的技術(shù)轉(zhuǎn)變、生產(chǎn)過(guò)程的轉(zhuǎn)變，探尋智能制造技術(shù)與高校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

根據(jù)《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》重點(diǎn)研究與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)的九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)、八項(xiàng)智能測(cè)控裝置與部件。從學(xué)科交叉、專(zhuān)業(yè)融合的角度入手，對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)涉及的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)，增設(shè)若干與之對(duì)應(yīng)的新課程，重構(gòu)課程體系。表3給出了自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程重構(gòu)的參考課程。

表3 面向智能制造的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系的重構(gòu)

自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)新課程體系物聯(lián)網(wǎng)(WIFI、Internet)系統(tǒng)集成移動(dòng)機(jī)器人機(jī)、電、汽一體化圖像處理程序設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制C++語(yǔ)言檢測(cè)技術(shù)智能相機(jī)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)無(wú)線通信視覺(jué)機(jī)器人數(shù)控技術(shù)嵌入式系統(tǒng)FRID芯片及讀寫(xiě)器技術(shù)優(yōu)化調(diào)度控制數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)PLC編程離散事件系統(tǒng)自動(dòng)控制原理信息管理系統(tǒng)系統(tǒng)仿真光源技術(shù)自動(dòng)化概論機(jī)械設(shè)計(jì)

該課程體系主要是在研究智能制造背景下自動(dòng)化技術(shù)的新內(nèi)涵、分析學(xué)科交叉對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程融合的新要求的基礎(chǔ)上，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合、重新設(shè)計(jì)得出的，該課程體系更切合智能制造背景下對(duì)技術(shù)的需求，符合自動(dòng)化人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

智能制造的發(fā)展使自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)呈現(xiàn)多學(xué)科交叉和融合，在通信、現(xiàn)場(chǎng)總線、測(cè)量各方面都提出了更高的要求，未來(lái)知識(shí)的融合與集成將成為該專(zhuān)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[4]。本文探索優(yōu)化智能制造背景下自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展需要的課程體系，是為了在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)更好地體現(xiàn)“以學(xué)生為本”、“實(shí)踐創(chuàng)新能力”、“職業(yè)生涯可持續(xù)發(fā)展”等教育方向，促使人才培養(yǎng)目標(biāo)具有前瞻性、適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)更好的發(fā)展。

[1] 王華忠,孫自強(qiáng),凌志浩.自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)核心課程體系與課程模塊建設(shè)[J].南京： 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2012, 34(5):18-19

[2] 郭曉華,田作華.影響自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)的若 干因素[J]. 南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào). 2012,34(4):4-7

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[4] 趙光宙,齊冬蓮.淺談自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中的多元化教學(xué)思想[J].南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009, 31(9): 80-82

The Reconstruction of Automation Specialty Curriculum System Based on Intelligent Manufacturing

LIU Yan, XU Hui-gang, LI Zhi-chao, LIU Shu-jun, XU Ben-lian

(SchoolofElectricalandAutomotiveEngineering,ChangshuInstituteofTechnology;Changshu215500,China)

s: China manufacturing 2025 is the industrial revolution based on intelligent manufacturing as key feature. Its arrival has given a wider range of technical content to the development of automation. The curriculum system of automation is to face with the restructuring and optimization. In this paper, the new connotation of automation professional development in intelligent manufacturing is analyzed .The theory and technology of intelligent manufacturing automation is given, which is based on the reconstruction of the curriculum system of automation specialty.

the China manufacturing 2025; automation specialty; curriculum system

2015-09-14;

2016-01-11 基金項(xiàng)目：2015年江蘇省高等教育教改研究立項(xiàng)重點(diǎn)課題(2015JSJG040)；2014年自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)改革研究課題(2014A28) 第一作者:劉 燕(1964-)，女，碩士，教授，主要從事電氣工程、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作，E-mail：lyan@cslg.cn

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1008-0686(2016)04-0051-03