《中国制造2025》与自动化专业人才培养

吴晓蓓

摘 要：《中国制造2025》将带来全新的制造业时代，对高等教育而言，集中反映在如何培养适应时代需要的高素质人才上。本文基于《中国制造2025》对人才的需求，结合自动化专业的内涵与特色，提出了改革自动化专业教学内容和教学方法的问题，希望引起广大同业人员的共识。

关键词：智能制造；自动化专业；人才培养

人类已经历了三次工业革命，即蒸汽机时代（工业1.0）、电气化时代（工业2.0）、信息化时代（工业3.0），基于信息物理融合系统的智能化促进产业变革的“工业4.0”时代正在到来。当前几个值得关注的信息：2011年美国提出先进制造伙伴计划；2012年奥巴马提出建设国家制造业创新网络；2014年德国汉诺威工业博览会上，“工业4.0”概念受到高度关注和评价； 2015年5月18日《中国制造2025》发布。发达国家诸多行动向我们传递出强烈信号，工业转型将迎来大突破、大提速，世界各国都在抢占制造业强国高地。现代科技发展对高等教育提出了新要求，我国自动化专业的人才培养必须努力跟上。

一、《中国制造2025》对人才提出的新要求

工信部苗圩部长在2015年智能制造国际会议上强调，要将智能制造作为实施《中国制造2025》的主攻方向。其主线是信息化与工业化的深度融合，互联网与传统工业的融合，这是中国新一轮制造发展的制高点，将会驱动中国制造向中国智造加速转变。无论是“工业4.0”还是《中国制造2025》，其本质都是要实现“互联网+制造业”的智能生产，形成开放的全球化的工业网络。未来制造业的核心竞争力体现在：机器设备是否满足定制化生产的需求；机器是否具备强大的自我完善功能；是否能在网络化的未来产业链中实时监测、追踪各类数据，并归纳分析和利用。谁掌握了世界制造的脉搏，谁就将决定未来世界制造业的格局。

作为此次工业转型中的重要一环，我国目前的专业人才状况又是如何呢？相关数据显示，现在中国科技人力和研发人员总数分别居世界第一位和第二位，并且每年还有大约700万大学毕业生。而中国一名工程师每年的综合成本在3万美元左右，仅为美国的1/10。但是，中国的“人才”是用自己的尺子衡量的，总体来看在创新引领和主动作为等方面与国际一流水准相比尚有较大差距。那么，《中国制造2025》对自动化专业人才培养究竟有何新的需求呢？

第一，对工业自动化装备设计人才的需求。智能化是制造自动化的未来发展方向，作为智能制造过程中的执行载体，自动检测装备、自动装配设备、工业智能机器人、无人机、数据采集和存储装备等自主研发和设计是不可或缺的重要环节。通过此类装备的规模化应用，推动传统的制造业向“智能工厂”转型。

第二，对人工智能技术人才的需求。人工智能技术的发展为生产过程中数据与信息的分析处理提供了有效的方法，给制造技术增添了智能的翅膀。人工智能技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题，该技术在制造业中的应用必将全面提升制造业的智能化程度。

第三，对软件人才的需求。智能化制造要求从产品开发到设计、外包、生产及交付等，生产制造的每个阶段都需要实现高度的自动化、智能化，并且各阶段的信息高度集成是必然趋势。软件将成为构建智能化工厂的重要基础，人性化操作接口、高功效运算平台连接、跨网络的云端运算、信息集成分析与统计都将成为关键要素。

第四，对多学科交叉复合型人才的需求。在互联网与工业化深度融合的驱使下，未来的制造业必将成为一项综合应用各学科门类的前沿领域。传统条块分割式的人才专业结构已经不适应发展的需要，一专多精、多专多精的复合型人才将是未来信息产业人才需求的方向，系统设计、调试、维护等人才的重要性将日益凸显。

二、自动化理论与技术在新一轮工业革命中的责任与担当

自动化理论与技术具有几个显著特点。首先，“无处不在和无时不有”的控制，奠定了自动化技术的宽泛和普适性地位；其次，“系统性和信息化”的特点，表明了自动化技术的前沿性和时代性；再有，“追求精准和力求优化”的反馈精髓、黑箱方法、功能模拟等方法，以及PID、分层分级、自适应、自学习、自组织、智能等控制思想，更是表明了自动化理论与技术突出的方法论特点。无论是蒸汽机时代、电气化时代，还是信息化时代，自动化技术都是积极的推动者。

我国高校设立自动化专业已经有50多年的历史，围绕自动化的理论基础和技术内涵，开展专门人才的培养，不但符合国情，而且具有中国特色、中国创新。50多年的实践证明，自动化专业为国家社会经济建设培养了大量各行各业的优秀人才，自动化专业是一个综合的跨行业专业。新一轮工业革命比以往的三次工业革命来得更加深刻，新原理、新技术、新方法蜂拥而至，受到影响的产业更多，赋予自动化技术也有更高的要求。自动化理论与技术在新一轮工业革命中更要有责任与担当。

首先，利用自动化技术构建云计算平台与资源虚拟化的设计环境。将工厂中现有的制造技术进一步与网络、大数据等结合起来，实现设备互联、数据互通，并在云计算平台上形成虚拟的设计环境，使资源得到最大限度的共享和使用。云计算平台与智能制造实现对接，实现知识工作自动化。这是智能制造发展的方向。

其次，实现更加精准、快速、高效的控制。大数据、云计算、网络化等新技术为控制提供了更加丰富和精确的信息资源和控制要素，提供了更好的工具，可以实现更加复杂和高级的控制策略，也可以更加快速地将控制策略实现，“互联网+制造业”的目的就是要实现更加理想的制造过程和优质的产品，达到快速、精准的控制，实现智能制造，智能工厂。

再次，要研究和开发面向复杂网络大系统的自动化理论、技术与实践，形成高度集成的自动化系统。《中国制造2025》明确指出，要推进信息化与工业化深度融合，具体包括：研究制定智能制造发展战略；加快发展智能制造装备和产品；推进制造过程智能化；深化互联网在制造领域的应用；加强互联网基础设施建设等。这些需求对已有的自动化理论与技术提出了挑战，需要新的理论与技术。

三、自动化专业人才培养内容改革与方法提升

按照《中国制造2025》对自动化技术提出的新要求，改革自动化专业人才培养模式，是自动化专业教育教学改革的当务之急。

首先要形成改革共识。“改”什么，“革”什么，“增”什么，作为自动化理论与技术专门人才培养的专业，我们应深入思考，形成改革共识，共同践行，并在实践中不断完善。

近年来，广大高校根据社会需求对自动化专业的教学内容一直进行着调整和完善。主要的做法有：一是打牢学生控制理论的基础，增加了优化理论、自适应控制、系统辨识、智能控制等知识内容；二是增强学生掌握信息、网络等技术的能力，增加了网络技术、控制系统仿真、嵌入式系统等知识内容；三是结合自动化技术应用的领域，有针对性地补充了专门知识，比如楼宇自动化、机器人技术等知识内容。这些调整一定程度上适应了社会对专业人才的需求。但总的来说，还仅仅停留在知识内容的简单补充，缺少对自动化专业教学内容体系的深入探究和有效整合。

另一方面，大学以前的教育属于基础教育。对大学教学来说，一来要与高中的基础知识有效衔接；二来要与科技发展的需求融会贯通。科技发展得越快，需要融合的知识越多，这对于大学的专业教育是一个难题，对于自动化专业更是这样。我们必需要有强烈的改革意识和有效的改革抓手。

其次是改革教学内容。学生的专业知识直接来源于专业教学。自动化专业的本科毕业生一般能够做到：分析或构建一个典型的反馈控制系统（运动控制系统或过程控制系统）；对于多变量系统可以进行基于现代控制理论方法的分析和初步设计；对一些典型系统能够进行控制器的设计，并使其达到一定的性能指标；对于简单的对象能够运用智能控制的思想进行算法的编程；能够处理企业中典型的控制系统的维护、调试、设计等。但面对更加复杂的或信息化程度高的系统，往往还要进行专门培训或深入学习。

《中国制造2025》对许多新技术提出了要求，比如要“全面推广应用以绿色、智能、协同为特征的先进设计技术。加强设计领域共性关键技术研发，攻克信息化设计、过程集成设计、复杂过程和系统设计等共性技术”。再如，“推进制造过程智能化。在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间，加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用，促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制。”目前的教学内容远远不能满足这些新技术的需求。需要增加智能感知技术、知识自动化技术、智能规划技术、系统集成技术、物联网技术、虚拟化技术、知识

管理技术、系统工程技术等内容。如何将这些原理和技术转化为专业教学内容，尚需深入分析并提炼出教学的知识领域和具体的知识点，需要重新组织专业的教学体系。对于不同的学校，根据本校对人才培养的定位，应有所区别。有的学校可以开展以产品为对象的专业教育模式。比如针对某一领域的机器人，可以围绕机器人中的控制问题和相关的学科基础知识，形成专业人才培养计划；也可以围绕与自动化有关的共性技术开设专业方向。各学校要建立与本校人才培养定位相适应的教学体系。

再次是创新教学方法。怎么教，如何学？大量的知识内容要传授给学生，需要有效的教学方法。好的方法是培养学生的学习能力、使其具有较强的发展潜力的关键。要采用与本校人才培养定位相适应、与本校学生学习状况相符的教学方式。

要根据教学的知识体系设计并建设相关的认知和实践教学环节。例如，可以建设虚拟实验室环境，在企业设立教学基地，实现边学边做边体会边研究的研究性学习环境，这些都对教师提出了很高的要求。要充分利用现代媒体技术，整合优质教学资源，实现高水平的教学。当前，很多高校都在做MOOC课程、翻转课堂，是否需要校校都建、人人都做？能否考虑联合共建，形成资源整合并共享。如何讲授课程也是很有学问的。要积极探索问题导向、案例教学、乐高式教学、阶梯式教学等教学方式，做到因人而异，因教学内容而异。教师需要用心设计。

随着科学技术的发展，大学期间需要学习的内容只会越来越多，更新也会越来越快，只有通过有效的教学方法才能实现高质量的教学效果。希望470多所设有自动化专业的本科院校共同献计献策，办出水平、办出特色，为《中国制造2025》的实现培养更多优秀人才！

[责任编辑：夏鲁惠]