面向智能制造的自动化专业课程体系的重构

刘 燕, 徐惠钢, 李智超, 刘叔军, 徐本连

( 常熟理工学院 电气与自动化学院， 江苏， 常熟， 215500 )

面向智能制造的自动化专业课程体系的重构

刘 燕, 徐惠钢, 李智超, 刘叔军, 徐本连

( 常熟理工学院 电气与自动化学院， 江苏， 常熟， 215500 )

中国制造2025是以智能制造为关键特征的工业革命，它的到来对自动化专业的发展赋予了更广泛的技术内涵，将促使自动化专业的课程体系面临重组与优化。本文分析了智能制造下自动化专业发展的新内涵，给出面向智能制造自动化专业涉及的理论与技术，并以此为依据重构了自动化专业课程体系。

中国制造2025；自动化专业；课程体系

0 引言

2015年5月18日，国务院正式发布了《中国制造2025》规划，这是中国版“工业4.0计划”，也是我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。《中国制造2025》的核心是创新驱动、智能制造、智能工厂和产业集成，它的发展将促使我国制造业向自动化、无人化、高精度、高效率迈进。

自动化专业是一个基于电子科学、控制理论和信息技术的宽口径专业，其专业知识与《中国制造2025》涵盖的智能制造、智能工厂、产业集成等内容紧密相关，是支撑智能制造的主要技术之一。

目前我国高校自动化教学体系中的课程设置和教学内容还难以培养出能够驾驭智能制造的优秀自动化技术人才，现有的课程体系中融合和集成的技术还不能解决复杂控制系统的问题，教学内容的综合性和延伸性也有待提高。从满足未来工程界和企业界对自动化人才的要求出发，探索合理的自动化专业课程体系，使人才培养目标具有新工业发展的前瞻性、适应性是有重要意义的。

1 智能制造对自动化专业的影响

1.1 智能制造与传统制造的区别

《中国制造2025》提出的智能制造和智能工厂主要强调信息技术和制造技术的融合，并通过互联网这个平台实现互通互联。智能制造装备以及智能化生产线的核心技术是数字化、网络化和智能化，这不仅依赖于独特的自动化技术，同时也与其它的技术如检测技术、 电力电子技术、 计算机技术、通信技术、网络技术等密切相关[1]。表1给出智能制造与传统制造的主要区别。

表1 智能制造与传统制造的区别

从表上可以看出智能制造以数字化、柔性化及系统集成技术为核心、以大数据处理技术为支撑，通过工业化批量生产方式满足个性化需求的技术特点。

1.2 自动化技术的新内涵

未来的工业控制与自动化产品更需要灵活性、操作的方便性及智能化，支持标准网络和具有自诊断功能也是大势所趋。在自动化技术领域，现场总线、智能仪表、网络通讯技术的应用将使自动控制系统的整体结构和模式发生转变，分层递阶控制系统将逐步实现信息的自动化、知识的自动化。智能制造将包含如下的自动化核心知识：

(1) 基于PC的嵌入式系统和技术将在智能制造中得到广泛的应用。传统的工控机多用于数据采集和人机交互，基于PC的嵌入式系统可以运行在任何一台工业PC上，将其变成一台功能强大的控制器，并通过工业以太网连接远程的分布式I/O，形成一个工业以太网总线标准的嵌入式控制系统。

(2)基于数字化平台的全集成自动化( TIA)、全集成驱动系统( IDS)、过程自动化、能源效率和服务等几大主题的“数字制造”产品，以及涵盖工业软件、数字化硬件和数据驱动服务等几大类别的产品及解决方案将得到广泛的发展与应用。

(3)智能制造与智能工厂实施过程对网络和控制系统提出了更智能化、更开放、更灵活、更快速的要求，这是传统的以现场总线为核心的控制系统所无法达到的。

综上看出，未来自动化专业将融合电子电气技术、机电一体化技术、生产工艺流程、计算机和IT技术、传感器和变送器、驱动和执行系统、通信技术等多方面的知识。自动化专业的发展趋势向重视系统与管理的方向、向含机、含电、含计算机、含通信网络的大系统、复杂系统与人机系统的方向、向“跨行业的专业”方向、向培养出能处理各行各业复杂的系统问题的“系统集成者”方向发展[2]。

2 自动化专业课程体系重构

随着智能制造技术的发展，自动化专业课程体系应该体现面向《中国智能2025》成为完整性、系统性、实用性的知识体系；应该将“工业4.0”的最新技术、最新理论、最新方法和最新工具引入本科生课堂，培养研究、设计、运行复杂自动化系统与装置所需的知识和能力的技术人才。

2.1 自动化专业涉及的理论与技术

根据我国工业和信息化部制定和发布的《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》可知，与自动化专业密切相关的九大关键智能基础共性技术有：①新型传感技术；②模块化；嵌入式控制系统设计；③先进控制与优化技术；④系统协同技术；⑤故障诊断与健康维护技术；⑥高可靠实时通信网络技术；⑦功能安全技术；⑧特种工艺与精密制造技术；⑨识别技术；八项智能测控装置与部件有：①新型传感器及其系统；②智能控制系统现场总线；③ 智能仪表；④精密仪器；⑤工业机器人与专用机器人；⑥精密传动装置；⑦伺服控制机构；⑧液气密元件及系统[3]。在智能制造中自动化的关键技术应用特点如表2所示。

从学科交叉、专业融合的角度看，以智能制造为技术特点的自动化专业将涉及如下的理论与技术：

(1)运动控制、机器人、机器人控制、无线通信、机器人控制等理论技术

(2)图像采集、图像处理、编程、网络、网络控制、视觉检测等理论技术

(3)无线通信、数控、FRID、读写器、嵌入式系统等理论技术

(4) 数据库、调度控制、网络互连、PLC编程、离散事件、系统集成、系统仿真等理论技术。

表2 智能制造中自动化的关键技术的应用特点

2.2 自动化专业课程体系的重构

面向智能制造，融合自动化领域相关技术，适应新工业发展的自动化专业课程体系结构应按照大系统、复杂系统与人机系统的专业发展方向更新课程体系的内容，使之适应自动化专业发展对人才的要求。课程体系重构路径如图1所示。

图1 自动化专业课程体系重构路径

在课程体系重构的过程中应该探讨智能制造过程对自动化专业人才知识、能力和素质的要求；调研智能制造带来的技术转变、生产过程的转变，探寻智能制造技术与高校自动化专业人才培养模式的关联关系。

根据《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》重点研究与自动化专业密切相关的九大关键智能基础共性技术、八项智能测控装置与部件。从学科交叉、专业融合的角度入手，对自动化专业类涉及的技术问题进行分类，增设若干与之对应的新课程，重构课程体系。表3给出了自动化专业课程重构的参考课程。

表3 面向智能制造的自动化专业课程体系的重构

自动化专业新课程体系物联网(WIFI、Internet)系统集成移动机器人机、电、汽一体化图像处理程序设计运动控制C++语言检测技术智能相机机器视觉技术无线通信视觉机器人数控技术嵌入式系统FRID芯片及读写器技术优化调度控制数据库技术PLC编程离散事件系统自动控制原理信息管理系统系统仿真光源技术自动化概论机械设计

该课程体系主要是在研究智能制造背景下自动化技术的新内涵、分析学科交叉对自动化专业课程融合的新要求的基础上，对课程内容进行整合、重新设计得出的，该课程体系更切合智能制造背景下对技术的需求，符合自动化人才培养目标。

3 结语

智能制造的发展使自动化专业呈现多学科交叉和融合，在通信、现场总线、测量各方面都提出了更高的要求，未来知识的融合与集成将成为该专业发展的必经之路[4]。本文探索优化智能制造背景下自动化专业发展需要的课程体系，是为了在今后相当长的一段时期内更好地体现“以学生为本”、“实践创新能力”、“职业生涯可持续发展”等教育方向，促使人才培养目标具有前瞻性、适应性，实现自动化专业更好的发展。

[1] 王华忠,孙自强,凌志浩.自动化专业核心课程体系与课程模块建设[J].南京： 电气电子教学学报.2012, 34(5):18-19

[2] 郭晓华,田作华.影响自动化专业教育教学的若 干因素[J]. 南京：电气电子教学学报. 2012,34(4):4-7

[3] 傅建中.智能制造装备的发展现状与趋势[J]. 杭州：机电工程. 2014, 31(8): 959-962

[4] 赵光宙,齐冬莲.浅谈自动化专业人才培养中的多元化教学思想[J].南京：电气电子教学学报,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 基金项目：2015年江苏省高等教育教改研究立项重点课题(2015JSJG040)；2014年自动化类专业教学指导委员会专业教育教学改革研究课题(2014A28) 第一作者:刘 燕(1964-)，女，硕士，教授，主要从事电气工程、自动化专业的教学与科研工作，E-mail：lyan@cslg.cn

G642

A

1008-0686(2016)04-0051-03