陳龍　朱可恒　景璐璐　錢煒

【摘 要】針對智能制造的發(fā)展趨勢以及國際工程認(rèn)證背景下，需要研究在現(xiàn)有機(jī)械工程學(xué)科課程基礎(chǔ)上設(shè)置智能制造的課程群。 首先探討課程群設(shè)置基本原理，然后從智能制造技術(shù)和工程認(rèn)證兩個方面探討智能制造課程群的具體設(shè)置方法。 最后以某智能制造研究所科研與教學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展作為實(shí)例進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】智能制造；工程認(rèn)證；課程設(shè)置；課程體系；課程群

中圖分類號： G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）20-0120-003

Design of Intelligent Manufacturing Curriculum Group Oriented to Engineering Accreditation

CHEN Long ZHU Ke-heng JING Lu-lu QIAN Wei

（College of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

【Abstract】In view of the development trend of intelligent manufacturing and the background of international engineering accreditation，it is necessary to study the set of intelligent manufacturing curriculum group on the basis of existing mechanical engineering courses.First of all， this paper discusses the basic principle of the curriculum group setting，and then discusses the specific setting method of the intelligent manufacturing curriculum group from the aspects of intelligent manufacturing technology and engineering accreditation.Finally，this article takes an intelligent manufacturing institute research and teaching coordinated development as an example to discuss.

【Key words】Intelligent manufacturing；Engineering accreditation；Curriculum provision；Curriculum provision system； Curriculum group

0 引言

工業(yè)發(fā)展因?yàn)?C技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)）產(chǎn)生翻天覆地的影響。新技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)與深化，這是技術(shù)進(jìn)步與社會發(fā)展深度融合的必然趨勢。世界各國也根據(jù)自身國情提出了各自的發(fā)展理念。德國提出工業(yè)4.0的概念，該概念源于2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動下，該概念引領(lǐng)了全球新一輪工業(yè)革命的熱潮。與此對應(yīng)，美國則提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，該概念最早由通用電氣于2012年提出，隨后美國五家行業(yè)龍頭企業(yè)聯(lián)手組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC），將這一概念大力推廣開來。除了通用電氣這樣的制造業(yè)巨頭，加入該聯(lián)盟的還有IBM、思科、英特爾和AT&T等IT企業(yè)。

中國制造已經(jīng)形成門類齊全、獨(dú)立完整的制造體系，已具備建設(shè)制造強(qiáng)國的基礎(chǔ)條件。為追趕世界潮流，2015年3月，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在《政府工作報(bào)告》中提出：制造業(yè)是中國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，要實(shí)施“中國制造2025”戰(zhàn)略，加快從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造，促進(jìn)工業(yè)化和信息化深度融合。此后，全社會在該戰(zhàn)略的指引下，以智能制造的概念引領(lǐng)中國自己的“工業(yè)4.0”。中國智能制造戰(zhàn)略將引導(dǎo)中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變，中國速度向中國質(zhì)量轉(zhuǎn)變，中國產(chǎn)品向中國品牌轉(zhuǎn)變，可以完成制造大國向制造強(qiáng)國的跨越。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是我國高等教育改革與發(fā)展的必然要求，旨在實(shí)現(xiàn)學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊(duì)伍和支持條件等幾個方面與國際標(biāo)準(zhǔn)緊密對接，提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動教育國際化，增強(qiáng)工程教育競爭力[1]。通過工程教育認(rèn)證的專業(yè)畢業(yè)生可以在相關(guān)國家或地區(qū)取得工程師執(zhí)業(yè)資格，這為工程類學(xué)生走向世界提供了通行證。工程教育專業(yè)認(rèn)證對盡快提升我國工程教育水平和職業(yè)工程師能力水平， 提高我國工程制造業(yè)總體實(shí)力和國際競爭力具有重要意義。

在智能制造和國際工程認(rèn)證雙重要求下，如何進(jìn)行智能制造課程群的設(shè)置，是一個新的問題[2-6]。由于智能制造的學(xué)科領(lǐng)域跨度大，而原來從事制造領(lǐng)域的老師對3C技術(shù)比較生疏，而直接從事3C技術(shù)的老師對制造領(lǐng)域的事情又不是很熟悉的情況下，如何打通學(xué)科局限，研究智能制造課程體系的設(shè)立，為培養(yǎng)跨學(xué)科人才提供培養(yǎng)課程體系，是我們急需要解決的問題。

以智能制造和課程為關(guān)鍵詞，從知網(wǎng)上搜索也得知，目前同時面向智能制造領(lǐng)域和工程認(rèn)證領(lǐng)域的教學(xué)研究論文也較少，這說明在新形式下智能課程群如何設(shè)置是一個嶄新的需要研究的課題，大家都在摸索中前進(jìn)。可以預(yù)計(jì)，面向工程認(rèn)證的智能制造課程體系研究將為探索新形式下智能制造和機(jī)械工程的專業(yè)課程建設(shè)與改革提供先機(jī)。

1 課程群概念及設(shè)置基本原理endprint

自從1990年提出“課群”的概念后，其內(nèi)涵界定也是有較多的版本。一般認(rèn)為，課程群是以現(xiàn)代教育思想和理論為指導(dǎo)，對教學(xué)計(jì)劃中具有相互影響、密切聯(lián)系、互動有序的相關(guān)課程進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)和整合構(gòu)建的課程集合。它一般從屬于某一學(xué)科群，由多門課程組成，課程內(nèi)有較多模塊化的知識點(diǎn)，課程群內(nèi)各課程之間能較好地體現(xiàn)出有機(jī)滲透性和整合性。機(jī)械制造課程群，從屬于工學(xué)學(xué)科群（08），在這個學(xué)科群里有21 個二級學(xué)科，各專業(yè)或多或少都會有相互交叉和融合的情況[7][10]。

與強(qiáng)調(diào)單門課程質(zhì)量不同，課程群建設(shè)立足“大課程”的布局，突破按學(xué)科組織課程的傳統(tǒng)方式，使課程內(nèi)容有機(jī)銜接、科學(xué)融合。其主要目的在于整合主題相通、內(nèi)容相近的相關(guān)課程，由追求單門課程內(nèi)容嚴(yán)密完整性轉(zhuǎn)為課程群內(nèi)部各門課程的銜接、完善，使課程之間相互貫通，相互補(bǔ)充，站在更高的起點(diǎn)上進(jìn)行課程建設(shè)。因此課程群建設(shè)需要打破學(xué)科之間、教研部門之間的壁壘，有助于將相關(guān)課程教師集中起來，圍繞共同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)組成團(tuán)隊(duì)，提供了良好的教學(xué)科研交流平臺。在這個平臺上，不同專業(yè)、學(xué)科背景的教師各自發(fā)揮優(yōu)勢，合作研究教學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)資源共享，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式方法，不斷推進(jìn)課程教學(xué)改革與發(fā)展。

在整合傳統(tǒng)的機(jī)械制造課程群課程內(nèi)部知識點(diǎn)基礎(chǔ)上，如何體現(xiàn)智能制造技術(shù)對課程的新要求，就是智能制造課程群構(gòu)建的核心所在。傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)和課程設(shè)置中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和控制是分開的。新型的生產(chǎn)模式，特別是工業(yè)4.0 以后需要設(shè)計(jì)、制造和控制一體化，不應(yīng)該拆分獨(dú)立，這樣智能制造課程群就是一個大的集成群。構(gòu)建智能制造的課程群，首先需明確智能制造課程群的知識需求點(diǎn)，同時需要完成該課程群內(nèi)各課程的模塊化建設(shè)。完成該課程群建設(shè)，能高效地為各工科專業(yè)服務(wù)，幫助學(xué)習(xí)者了解相關(guān)工程設(shè)備的設(shè)計(jì)與控制原理、制造與維護(hù)過程。

2 智能制造對課程體系設(shè)置的要求

智能制造主要強(qiáng)調(diào)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和制造技術(shù)的融合，并通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的平臺實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)與信息共享，其核心技術(shù)是自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化，這不僅依賴于獨(dú)特的自動化技術(shù)，同時也與其它的技術(shù)如檢測技術(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)[8]。

傳統(tǒng)制造與智能制造的區(qū)別在于：傳統(tǒng)制造以單純提高精度或速度為指標(biāo)，智能化、全流程優(yōu)化程度比較低，因高能耗和污染排放而環(huán)境友好程度不高；智能制造則是整個生產(chǎn)制造活動中智能貫穿始終，人機(jī)智能交互、機(jī)機(jī)智能交互有機(jī)融合，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)借助網(wǎng)絡(luò)高度集成融合起來，且實(shí)現(xiàn)由單環(huán)節(jié)的優(yōu)化向全流程優(yōu)化轉(zhuǎn)變。因此根據(jù)智能制造的技術(shù)要求，列出表1所示的智能制造所涉及的課程。

由表1智能制造對其核心支撐技術(shù)要求來看，很多課程都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械課程群所要求的范圍，因此如何突破現(xiàn)有專業(yè)設(shè)置，打破傳統(tǒng)專業(yè)隊(duì)課程配置的要求，真正實(shí)現(xiàn)按照課程群的設(shè)置原理來進(jìn)行課程配置改革，將會極大改進(jìn)目前專業(yè)設(shè)置的局限。

3 工程認(rèn)證對智能制造課程體系的要求

若根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)制定該課程的教學(xué)大綱，那么教師必須認(rèn)真考慮以下幾個問題：1）該課程可以支撐哪些畢業(yè)要求？2）可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的哪些能力目標(biāo)？3）要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要講授哪些內(nèi)容？4）需要采用什么教學(xué)方式？5）如何考核學(xué)生是否實(shí)現(xiàn)了這些能力目標(biāo)？只有將這些問題考慮清楚，教師才能制定明確的課程目標(biāo)、設(shè)計(jì)合理的教學(xué)環(huán)節(jié)、建立有效的能力達(dá)成度評價機(jī)制。針對工程認(rèn)證的要求，提出以下三點(diǎn)舉措來實(shí)現(xiàn)。

提升信息化網(wǎng)絡(luò)化課程內(nèi)容，夯實(shí)基礎(chǔ)性

傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)課程設(shè)置中，主要注重?cái)?shù)控系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高度自動化的特征，而對信息化方面的課程主要是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相關(guān)課程來達(dá)到要求，網(wǎng)絡(luò)化方面的課程則非常少，即便提到也是機(jī)電控制方面的課程提到通訊協(xié)議。工業(yè)4.0時代具有高度自動化、高度信息化及高度網(wǎng)絡(luò)化三個特征。一般來說，自動化是工業(yè)2.0時代的特征，信息化是工業(yè)3.0時代的特征，在工業(yè)4.0時代，自動化和信息化將繼續(xù)深入發(fā)展，形成高度自動化和高度信息化，同時工業(yè)4.0時代還將由于各種設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，從而具有高度網(wǎng)絡(luò)化的特征，這是工業(yè)4.0時代獨(dú)有的技術(shù)特征。因此智能制造要加強(qiáng)信息化和網(wǎng)絡(luò)化課程方面的建設(shè)。當(dāng)然，由于課時的限制，不能全面引入計(jì)算機(jī)和通信專業(yè)的課程，要根據(jù)智能制造專業(yè)的特色，適當(dāng)引入相關(guān)內(nèi)容。

表1 智能制造課程層次表

搭建智能制造平臺，增強(qiáng)可視性

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建仿真實(shí)訓(xùn)智能制造平臺[9]。該平臺作為理論教學(xué)與實(shí)物實(shí)訓(xùn)之間過渡的橋梁，構(gòu)建“理、虛、實(shí)一體化”的新一代教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體系。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心使得學(xué)生在校期間即可通過虛擬仿真手段了解和掌握制造現(xiàn)場的工藝流程和工作內(nèi)容。這種教學(xué)模式培養(yǎng)的制造業(yè)一線人才，不再是簡單的操作工，而是主要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和智能生產(chǎn)系統(tǒng)的管理者，擁有極高的分析問題、解決問題的能力。同時利用移動智能平臺，將傳統(tǒng)課堂上講授的普通知識點(diǎn)，以課余在線方式完成學(xué)習(xí)、交流、考核，教師由知識的“傳授者”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)活動的組織者、管理者。而課堂教學(xué)則從傳統(tǒng)的知識點(diǎn)陳述，轉(zhuǎn)向 “難點(diǎn)釋疑、啟發(fā)交流、實(shí)作實(shí)訓(xùn)、鞏固拓展”的新型教學(xué)法，從而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的“落地”。

大力發(fā)展校企合作，提高實(shí)踐性

智能制造對傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)教師和學(xué)生提出了更高的要求。通過校企合作，使得教師和學(xué)生有更多的機(jī)會走進(jìn)企業(yè)、走進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場一線，能有更多的機(jī)會向一線工人和專家請教和探討技術(shù)問題。同時，智能制造環(huán)境下，系統(tǒng)會變得更為智能和復(fù)雜，需要更高的科技水平的優(yōu)秀人才，需要更多擁有各領(lǐng)域背景知識的人才通力合作，走進(jìn)企業(yè)能夠打破高校的以傳統(tǒng)學(xué)科為分割的教學(xué)和科研單位。正如上海以“以示范帶動應(yīng)用，以應(yīng)用帶動集成，以集成帶動裝備”的智能制造推進(jìn)思路，抓典型行業(yè)應(yīng)用示范引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，抓系統(tǒng)集成能力提升，抓關(guān)鍵技術(shù)裝備突破。而這幾條抓手之中，都是以行業(yè)、企業(yè)為牽頭，高校作為配套關(guān)鍵技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，因此只有大力發(fā)展校企合作，通過行業(yè)和企業(yè)的引領(lǐng)，集成高校能夠轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)，才能整合產(chǎn)學(xué)研的真正效力。endprint

4 智能制造科研引領(lǐng)教學(xué)發(fā)展及教學(xué)實(shí)踐

由于智能制造技術(shù)涉及面非常廣泛，因此如何通過基礎(chǔ)技術(shù)的研究引領(lǐng)智能制造課程的教學(xué)，確定了以下教學(xué)和研究思路。

面向社會服務(wù)，企業(yè)需求拉動技術(shù)發(fā)展。研究為智能產(chǎn)品、智能設(shè)計(jì)、智能機(jī)床、智能生產(chǎn)、智能車間、智能物流、智能工廠、智慧生產(chǎn)的形成提供核心支撐技術(shù)。智能制造技術(shù)研究所要緊密圍繞智能制造的主題，以智能機(jī)床、智能機(jī)器人為載體，研究產(chǎn)品智能計(jì)算設(shè)計(jì)、機(jī)器視覺與人工智能技術(shù)、智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)等核心技術(shù)。并借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維，探索產(chǎn)品全生命周期過程的工業(yè)大數(shù)據(jù)智能獲取與處理，智能故障診斷與遠(yuǎn)程運(yùn)維，形成智能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、工藝、裝配、銷售與售后服務(wù)全流程智能化技術(shù)體系。

跟蹤學(xué)術(shù)前沿，學(xué)科交叉驅(qū)動理論創(chuàng)新。智能制造技術(shù)是由于3C技術(shù)和傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物。因此多學(xué)科交叉是其特色，也是其生存發(fā)展之道。探索機(jī)床、機(jī)器人、三維打印機(jī)等制造母機(jī)本身存在的性能改進(jìn)與提高問題，探索母機(jī)環(huán)境自感知與自運(yùn)算、自決策等智能活動，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下母機(jī)智能協(xié)同工作等問題。研究智能產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)共性與關(guān)鍵技術(shù)及其在大數(shù)據(jù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)，在智能產(chǎn)品環(huán)境自感知平臺下的產(chǎn)品智能演進(jìn)等問題，在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)雙重支撐下，產(chǎn)品全壽命周期的數(shù)據(jù)與環(huán)節(jié)智能管理等問題。

各級項(xiàng)目申報(bào)，整合資源帶動實(shí)體發(fā)展。由于中國目前企業(yè)發(fā)展參差不齊，和發(fā)達(dá)國家直接在3.0基礎(chǔ)上進(jìn)入工業(yè)4.0，而我國目前還要在2.0和3.0上補(bǔ)課的現(xiàn)實(shí)，目前工業(yè)4.0的熱度主要在政學(xué)兩屆、在企業(yè)并不熱心的情況下，需要積極整合資源，形成示范效應(yīng)，才能真正在工業(yè)4.0上有所作為。擬爭取國家級項(xiàng)目申報(bào)，推進(jìn)基礎(chǔ)研究研究與技術(shù)中介機(jī)構(gòu)實(shí)體相結(jié)合的實(shí)施方案，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合。緊密依托學(xué)校協(xié)同創(chuàng)新研究院和上海理工大學(xué)蘇州精密制造研究院，并在上海發(fā)展多家直接從事智能制造技術(shù)相關(guān)的合作企業(yè)，協(xié)同推進(jìn)智能制造技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與企業(yè)結(jié)合，聚焦特色技術(shù)，打造技術(shù)核心，形成技術(shù)示范。

在以上研究方向的引領(lǐng)下，學(xué)院開設(shè)了《工業(yè)4.0技術(shù)導(dǎo)論》的課程，且該課程已經(jīng)完成了三個學(xué)期的講授。該課程首先在卓越班開設(shè)，小范圍摸索課程的講授形式與考核方式，然后大規(guī)模向機(jī)械學(xué)院全面鋪開。教材采取電子教材，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生形成課程共同體，課件共同制作，課程素材全體均可添加，且素材可以為文本、視頻、動畫、音頻、PPT等各種多媒體素材，知識內(nèi)容非常豐富。課程考試采取授課教師指定范圍，然后給出題目庫，由2至3人形成一個小組，小組成員共同完成一個給定題目的PPT制作，同時每人還需完成一個與自己完成的課件內(nèi)容相關(guān)的小論文。在打分時，PPT分?jǐn)?shù)作為小組成員基準(zhǔn)分，然后根據(jù)每人所完成小論文實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)微調(diào)。課后經(jīng)過調(diào)研，機(jī)械專業(yè)學(xué)術(shù)在經(jīng)過該課程的學(xué)習(xí)后，專業(yè)知識面得到大大拓展，基本了解了智能制造的背景及愿景、智能制造技術(shù)體系，且較深入了解了與智能制造相關(guān)的智能產(chǎn)品、智能設(shè)計(jì)、智能車間、智能生產(chǎn)、智慧工廠、智能物流、智能檢測等各支撐技術(shù)的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法。

后續(xù)課程可以圍繞工業(yè)4.0技術(shù)的支撐技術(shù)繼續(xù)展開相關(guān)課程的設(shè)置，以期在工業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向方針指引下，通過智能制造相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)重新整合機(jī)械專業(yè)各門課程的設(shè)置。

5 總結(jié)

本文在工程認(rèn)證和智能制造兩大背景下，論述了如何進(jìn)行智能制造的課程體系設(shè)置的基本原理和實(shí)踐。通過課程群概念的探討，提出了智能制造課程體系設(shè)置的基本原理。然后在兩個方面展開具體論述，即在智能制造背景下如何進(jìn)行智能制造課程體系設(shè)置，和面向工程認(rèn)證時智能制造體系如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后以某教學(xué)單位為實(shí)例，對智能制造課程體系的開設(shè)進(jìn)行了案例探討。實(shí)踐證明，智能制造將極大的改變傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)課程設(shè)置，為智能制造相關(guān)專業(yè)的開設(shè)提出了一個參考方向。

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