工业自动化系统集成方向课程体系构建与实施*

杨涟 肖俊明 陈玉国中原工学院 郑州450052

工业自动化系统集成方向课程体系构建与实施*

杨涟 肖俊明 陈玉国中原工学院 郑州450052

论述以培养卓越工程师为目标，在构建工业自动化系统集成方向课程体系、凝练科学教学模式、搭建多层次实践平台方面进行探索与实践。成果表明：学生的专业技能、工程意识和创新能力显著提高。

工业自动化系统集成；课程体系；教学模式

Author’s address Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou,China 450052

1 引言

中国经济规模的迅速增长，促使生产装备迅速向大型化、复杂化方向发展。生产装备大型化后对自动化系统的要求更高、更全面、更复杂，设备之间也需要具有更好的协调性。这就需要自动化供应商或专业技术人员能够解决生产设备大型化和连续化后面临的所有自动化技术问题，并提供“现场仪表、控制系统和管理系统”3个层面的整体自动化解决方案，即工业自动化系统集成。自动化系统集成要求从业人员必须兼具对行业知识和自动化知识的双重理解。一方面要求技术人员具有宽泛的、深厚的自动化专业理论功底，另一方面还必须对用户的工艺、控制难点、不同类型仪表的功能和性能都十分了解，能通过自动化整体解决方案的形式服务于最终用户[1]。

市场竞争加快了企业升级换代的步伐，设备制造商需要通过系统集成形成为用户所需的整体功能，提高设备的装备水平。工业企业的技术改造、工厂自动化、企业信息化等也急切需要自动化系统集成的人才。而中原工学院缺乏相关的专业和完整的课程体系，已有课程的教学模式也存在不足：1）侧重理论教学，与工程实际结合不够紧密，且理论教学与实践环节脱节，“讲”与“做”不连贯；2）各课程实验独立设置，验证性实践多，各学科之间进行交叉和融合的设计性、综合性实验少，学生的综合应用能力、工作主动性和创造性没能得到挖掘；3）综合性实践环节多停留在“图纸设计和程序设计”层面，现场工艺分析及处理、故障诊断与排除等工程实践环节较少。因此，学生走上工作岗位后，往往需要经过几年的锻炼才能进入角色。

本着以市场需求为导向，有利于学生就业和可持续发展的宗旨，在经过广泛的毕业生跟踪调查、市场调研的基础上，充分听取行业专家的意见，2007年中原工学院电子信息学院调整了专业培养计划，在电气类专业中开设工业自动化系统集成专业方向。如何构建科学的课程体系，探索与之相适应的教学模式，搭建多层次的实践平台，并组织落实培养计划，就成为“工业自动化系统集成”课程组的当务之急。

2 课程体系的构建

工业自动化系统集成专业方向培养方案的制定，需要综合考虑以下几个方面的因素。

1）学校人才培养目标的定位。中原工学院的定位为培养面向现场一线的电气工程与自动控制的系统工程师，属于高级应用型人才，学生毕业后主要从事工业现场的电气系统与自动控制系统的配置与集成、控制系统的软硬件设计、安装与调试。经过几年的工作历练，他们可以成为企业、电气自动化公司或科研院所的技术骨干[2]。因此，课程体系的设计应以先进自动化控制技术应用为主，并与典型工程的系统集成紧密关联，强化工程应用训练，增强学生的工程意识与技术综合应用能力。

2）行业特点及对知识结构和能力的要求。中原工学院该专业方向的定位是从事以PLC及其网络系统为主体的工业自动化控制系统的配置与集成、软硬件设计、安装与调试。因此，课程体系的设置必须考虑学生要适应这一学科领域内的工作，并能可持续发展，应该具有怎样的知识、能力与素质结构。除了具备自动化专业的基础知识之外，还必须掌握电气控制技术、可编程控制器技术、变频器及其应用、工业网络通信技术、组态监控技术、触摸屏应用以及计算机辅助设计等。课程组需要对这些技术的内容进行整合，来设置该专业方向的课程和教学体系。

3）学生全面发展的需要。从学生全面发展的需要出发，以培养具有学习能力、实践能力、创新精神和合作精神的大学生为目标来设计课程体系。学生将来要面向企业、面向工程，就必须具有较强的工程能力、解决实际技术难题的能力、自学能力和与人合作的能力。因此，理论教学及实践体系构建时，除了保证知识的系统性、前瞻性外，更要加强课程的实践性和综合交叉性。有必要循序渐进，设置不同层次的实践环节，融入多种类型的工程课题，并要求学生以小组为单位，自主完成资料查询、系统集成、设计、安装调试任务。尽可能多地让学生接触和体验工程设计、施工的全过程，让学生在“学”和“做”的反复训练中积累经验，强化工程意识。提倡团队合作，鼓励学生独立思考和大胆创新，使学生在学习和实践的过程中获得成就感，潜移默化地养成与人交流合作、互利共赢、追求卓越的习惯。

4）学校现有师资和设备条件。工业自动化系统集成是近年来新兴的行业，中原工学院师资有一定的实力和丰富的工程经验。学校现有一定品牌和数量的PLC、变频器等基础设备，能满足基础实验条件，但做综合性较强的课题，设备仍有欠缺，因此需要对现有设备进行整合、改造、丰富。实践环节设计时，既要能最大限度地利用现有设备，又要开发出更多覆盖知识面广、与实际工程接近、不同层次的设计性、综合性实验和实训课题，使学生得到更加全面的训练。

综上所述，确定工业自动化系统集成专业方向的课程体系，由理论教学和实验教学体系组成，开设的课程有：①电气控制与PLC，作为基础平台课程，主要包括电气控制技术及可编程控制器的基础理论，以西门子小型机S7-200PLC及其网络系统为目标，学习其基本应用；②3门专业主干课程，自动化系统集成、变频器及其应用和新型自动化软件，它们包含了工业自动化系统集成过程中必备的、联系最紧密的核心技术。其中自动化系统集成课程包含了大、中型PLC及其应用、工业网络通信技术、自动化系统集成等内容；变频器及其应用主要包括变频器的基本构成及原理，调速系统设计、选型，变频器内部参数设置等。新型自动化软件课程主要包括组态软件的应用、触摸屏的应用以及AutoCAD绘图等内容。

实践体系分为3个层次：第一层是基本技能训练，主要是与课程同步的基础实验，以及与其他课程相关的综合性实验；第二层是专业方向综合训练，设置了为期3周的专业方向课程设计；第三层是毕业设计，进行典型工程设计，运用大学4年所学知识，对自动化系统集成，控制系统安装、调试及报告撰写进行综合训练。

3 教学模式的凝练

该专业方向课程的实践性和综合性都很强，为了达到预期的教学效果，将课堂推向实验室，使学生面向控制设备和对象，将理论教学与实践环节无缝连接。

理论教学上，采用多媒体手段生动、形象地讲解基础知识，每个阶段都有设计实例，详细讲解系统集成的思路、方法、步骤以及工程设计中应注意的事项、安装调试方法。多媒体课件中广泛纳入各种电气控制元器件、PLC及变频器等设备的图片，不同层次控制系统的结构及原理图，还可以演示设计的结果，课堂信息量大，感性且直观。

随后跟进实践环节，布置工程应用设计小课题，学生以小组为单位自主设计、安装和调试，通过反复运行监控、发现问题、修改完善，最终得到满足要求的结果。教师下达任务，讲清控制要求，指导学生分析疑难问题，寻找解决问题的方法，验收设计结果，对普遍存在的问题进行点评，表彰具有创新性的小组和学生。对于程度好、动作快的学生，鼓励他们协助教师共同帮助有困难的学生分析问题、查找原因。这样使学生真正掌握分析问题的切入点、解决问题的方法，在完成任务的过程中获得成就感，激发探索和创新的欲望；在相互交流和探讨的过程中解决难题，增强团队意识；在同学的相互帮助下共同进步，加深同学的情谊。

课下再布置一些选择性课题，让有兴趣的学生自主完成，通过开放实验室或用仿真软件进行调试，使学生可以获得远远超过课内实验学时的工程训练时间，在学习效率和质量上能够得到进一步的提高。在各课程的后期，都设置有与其他几门课程相关联的综合性实验，如打包机生产线控制系统设计就融入了电气控制技术、PLC技术、组态监控技术和检测技术等，提高学生的综合运用能力。

在专业方向课程设计环节，将电气控制技术、PLC及其网络应用、变频器应用、组态软件、触摸屏应用、检测技术、自控原理、过程控制等课程的内容融入设计课题，要求学生在完成控制系统搭建、软硬件设计的同时，在开放的实验设备上完成控制系统的安装、配线和调试，并邀请有经验的教师讲解和演示正规电气设备安装、配线的过程。通过完整的工程设计、工艺施工过程，一方面训练学生知识的综合运用能力，另一方面了解电气施工现场各阶段的工艺处理方法、调试中故障的诊断方法和排除故障的方法[3]。

毕业设计阶段，建议系统集成专业方向的学生选报本方向课题，运用大学4年所学知识进行典型工程设计。用PLC及其网络对控制系统进行集成，完成控制系统搭建、组态、软硬件设计、电器元件选型、控制柜设计/安装和调试、毕业设计报告撰写等系统训练。让学生了解该行业的技术进步与发展动向，培养学生综合运用多学科技能和先进手段解决复杂实际工程问题的能力，培养学生科学、严谨、求实的工作作风。

通过近2年系统的学习，多层次的工程实践训练，该专业方向的学生应当具备以PLC及其网络为主体的小型自动化系统集成的能力、处理实际工程中常见问题的能力，并具有运用专业理论和技能进行自主创新的精神。

4 结语

目前，工业自动化系统集成专业方向课程体系已经连续运作了几年，学生通过系统学习和强化训练，理论基础更加扎实，知识的综合运用能力大幅提升，学习更加积极主动，工程意识和工程应用能力显著提高。许多学生毕业后从事与系统集成相关的工作，并很快成为企业的技术骨干，反映良好。学生选报工业自动化集成专业方向十分踊跃，中原工学院将不断总结和完善教学体系，丰富实验条件，培养年轻教师，使教学步入良性循环的轨道。

[1]张进,张洪.自动化系统集成已成自动化行业新发展趋势[EB/OL].[2010-06-01].ht tp://www.gkong.com/item/ news/2010/05/48265.html.

[2]王东云,肖俊明.电气信息类应用型人才培养实验课程体系改革探索[J].长春理工大学学报:高教版,2009(8):132-134.

[3]卜云峰.国内外高等工程教育实践教学的比较与研究[J].职业教育研究,2006(8):155-156.

Const ruction and Implementation of Indust rial Automation System Integrat ion Major Orientat ion Curriculum System//

Yang Lian,Xiao Junming,Chen Yuguo

This article elaborated on taking training remarkable engineers as the goal,car rying on exploration and pract ice in the const ruct ion of indust rial automat ion system integration or ientat ion cur riculum system,the concise scienti f ic teaching model and the establ ishment of mul ti-level practice plat forms.And the practice achievement shows that the students’special ized skil ls,the engineering consciousness and the innovation abi lity have been promoted signif icant ly. Key words indust rial automation system integration;cur riculum system;teaching model

G642.3

B

1671-489X(2012)18-0042-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.042

本文为河南省教育厅规划课题（2005-JKGHAG-442）的研究成果。

作者：杨涟，学士，副教授，主要研究方向为PLC技术与应用、工业自动化系统集成；肖俊明，教授，主要研究方向为电力电子技术、PLC的研究与应用；陈玉国，硕士，副教授，主要研究方向为工业自动化系统集成、电力拖动及应用。