面向智能制造的卓越工程师计划实践课程标准探索

沈南燕　李静　刘丽兰　钱晖　方明伦

[摘要]论文围绕智能制造对复合型人才的需求，对机械工程专业本科生卓越工程师计划实践课程标准进行了探索：首先介绍该课程所应具备的特征，然后在此基础上提出课程的总体设计思路，介绍课程培养目标和以四个模块为核心的课程结构，随后分层次详细阐述课程的具体内容，最后介绍智能制造工程专业的实践平台并以重点课程为例展现实践课程的具体内容。

[关键词]智能制造;数字制造;工艺智能;制造装备工业自动化;现代信息技术

[中图分类号]G642.3[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2019）11-0001-04

一、引言

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。当前，我国制造业人才不仅资源总量不足，而且结构矛盾突出，高端人才特别是高科技研发领军人才、高水平工程师和一线实务型技能人才存在较大缺口，远远不能满足“中国制造2025”的人才需求。 上海大学是第一批获批机械工程专业卓越工程师教育培养计划的211高校，已有多年培育经验，师资力量雄厚。该校智能制造工程专业设置体现新工科理念，面向智能制造新兴工程领域，以机器人为载体，融人人工智能技术，其课程体系以数字化为核心、智能化为方向，具有“理论教学+校内实践+科研项目+产学研联合培养+国际化培养”的人才培养特色，致力于为国家培养智能制造交叉学科领域高端领军人才。

上海大学以智能制造工程专业建设为契机，构建智能制造生产线实验基地。该基地集自动化、信息化、智能化为一体，可以对生产仿真、加工工艺优化、自动化控制、数据采集与分析、信息化管控系统等多个方向进行技术研究和项目实践。基于该基地对“机械工程专业卓越工程师计划智能制造实践类课程”（简称“智能制造实践课程”）的课程标准进行探索，将有利于推动学生能力的提升，培养适应智能制造需求且具备国际视野和创新思想的复合型人才。

二、课程特征

人才培养应适应国民经济和社会发展的实际需要，注重学生综合素质的培养。“中国制造2025”明确指出要以智能制造为突破口和主攻方向，因而智能制造实践课程应注重学生对相关技术、项目的学习与应用，充分重视对学生实践能力的培养，注重理论教育与实践环节的配合。

智能制造实践课程旨在培养本科生解决智能制造工程问题等方面的能力及创新性与系统性思维，促进学生工程职业道德、追求卓越的态度、爱国敬业和艰苦奋斗精神、社会责任感和人文素养的形成，因而其相应课程需具有基础性、综合性、参与性、发展性、探索性和人文性等特征[1]。

三、设计思路

智能制造实践课程的基本理念：推动企业实践资源共享，引入产学合作协同育人理念;营造良好的实践环境，共建先进的工程实践平台;打破专业壁垒，融合学科特长，创新课程建设;提升本科生的工程实践素养和职业道德，培养智能制造时代的合格人才;强调对工程问题的解决，倡导综合运用工程技术进行创新实践。

（一）课程目标

智能制造实践课程的目标分为学段目标和总目标，从知识、能力、素质这三个方面进行阐述。

将学段目标与具体实践课程内容相结合，即通过专业课实践课程、课程设计以及毕业设计这三个学段的培养，使学生逐步经历、体验、探索智能制造的概念、技术与工程，实现学生在知识、能力、素质三个层面由了解、理解、掌握上升到运用。

总目标将基于校企资源的整合与共享，促进高校智能制造人才知识、能力和素质的培养，推进智能制造培养规划的制定、实施与落地，培养更多适应智能制造需求的、拥有跨学科背景的复合型人才，即更多具备通用性、专业性、融合性技能的人才，培养具有国际视野、适应国际制造业竞争的优秀人才，培养有创新思想、受企业欢迎的规划型、实施型和技能型人才[2-3]。

（二）课程结构

如图l所示，智能制造实践课程以智能制造领域的相關技术为核心[4]，包括专业课实验、课程设计、毕业设计三个层面，课程内容以数字制造工艺模块、智能制造装备模块、工业自动化模块、现代信息技术模块为基础进行发散与交叉，具有一定的整体性与系统性。

首先，应根据各模块的主题开展相应的专业实践课程教学。随后，可以通过选取多个模块进行组合，继而开展后续的课程设计。最后，可以通过联合培养或与教学实践基地企业导师合作，进一步结合企业需求，设计贯穿全模块的课题来组织学生进行毕业设计。

四、“数字制造工艺”模块

“数字制造工艺”模块如图2所示，以数字化加工程序与仿真、机器人离线编程为主题，围绕学生对传统制造工艺认识水平提升的需求，强调数字化技术在制造工艺中的作用。本模块是机械工程专业本科生专业素养提升的基础，也是学习其余模块的前提，具有普遍价值，为必修模块，相应的专业实践课程为“数字化制造”[5]。

“数字化制造”课程的实践环节包括数控加工中心典型零件UG CAM编程上机实验，基于Roboguide的机器人离线编程及运动仿真实验以及基于NCSIMUL的数控加工程序设计与仿真综合实验三部分内容。教学任务是让学生了解零件制造工艺流程;掌握UG CAM加工模块的使用方法，实现三维模型到刀具轨迹的转换;掌握刀轨文件的后处理方法，生成数控加工程序。

通过本模块的学习，学生应该掌握制造工艺的数字化设计、管理的基本方法和工具;能够根据工程需要选择适当的软件工具，解决制造工程中的实际问题;理解数字化制造工艺对智能制造的作用和影响，明确其重要性。实现从认知到综合应用的全过程，让学生能够更好地将加工工艺知识与数字化软件使用相结合，加深学生对制造设计概念的理解，培养学生的综合能力。

五、“智能制造装备”模块

“智能制造装备”模块如图3所示，旨在使学生进一步将工艺素养与制造装备相结合，了解数字化制造装备在智能制造中的作用和地位[6]。该模块以数控机床的认识与操作开发、工业机器人的认识与操作开发为主题，相应的专业实践课程包括“数控机床与制造系统”与“工业机器人”。

（3）培养学生的数据库分析和设计能力，软件架构和功能模块分析能力，以及创新意识。

（4）提高学生的自学能力和独立进行软件开发的能力。

2.实践平台

硬件平台：实验用电脑、智能制造生产线数据库服务器等设备。

软件平台：mysql数据库、jdkl.8.1开发包、eclipse开发平台、chrome浏览器。

3.实践内容

（1）完成生产资源管理模块与全局设备效率评估模块前端页面设计，包括流程设计、请求交互设计、用户界面设计等。

（2）完成数据库结果设计，确定数据格式，完成各个表单的创建以及数据的插入等。

（3）按照java标准架构完成相应系统后台架构设计，包括数据分析与数据结构设计、与数据库的交互、事务逻辑处理优化、与前端的通讯等。

以上内容建议在五个课时内完成，（1）、（2）、（3）为三部分内容，学生自由组队选择其中一个内容作为研究方向，然后在教师指导下进行团队协作开发。

4.实践考核

该实践环节考核包括学生实验参与度、软件编写任务完成度和实验报告完成度，各环节的考核和成绩评定标准如表1所示。

九、结论

本文对面向智能制造的卓越工程师计划实践课程标准进行了积极的探索，结合其在实施过程中对学生知识、能力、素质这三个方面的培养目标与上海大学学制特点，从数字制造工艺、智能制造装备、工业自动化、现代信息技术这四个关键技术模块展开课程内容的具体设计，并结合智能制造工程专业的实践平台建设详细阐述了“现代信息技术”模块中智能车间生产管控系統设计开发实践课程的各个环节。

[参考文献]

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

[2] 刘琳，宋义林，毕永利.本科机械专业复合型人才培养模式及教学改革研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估）2007（12）：41-42.

[3] 温武，李鹏，郭四稳'等.基于人才联盟的“实验室+企业”网络工程实践教学基地构建[J].高等工程教育研究，2017（1）：55-60.

[4]张卫芬，李永梅，迟英姿，等.中国制造2025与独立学院机械专业学生应用能力培养的教学研究[J].高教学刊，2018（7）：17-19.

[5]卜云峰，侯志伟.产学研合作，培养高素质数字化制造技术应用型人才[J].中国成人教育，2011（24）：133-134.

[6]冯治国，管琪明，周峥嵘，等.以机器人为载体的工程实践与创新教育研究[J].教育文化论坛，2017（4）：26-29.

[责任编辑：庞丹丹]