人工智能与化工设备与维修专业学科融合的教育模式探究

尚亚平(天津市职业大学，天津 300400)

0 引言

随着计算机、云计算和大数据技术的发展，工业发展进入人工智能4.0时代，社会生产劳动方式发生巨大变革，高效率低成本的智能生产模式促使企业进行升级转型，人才需求也发生相应的变化。“中国制造2025”确定了发展智能制造的战略地位，智能制造的实施需要大量的与其适应的相关专业智能制造人才。但受体制机制等多种因素影响，人才培养供给侧和产业需求侧在结构、质量、水平上还不能完全适应，“两张皮”问题仍然存在[1]。《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》(国办发〔2017〕95号)中明确提出 “推动学科专业建设与产业转型升级相适应。建立紧密对接产业链、创新链的学科专业体系。适应新一轮科技革命和产业变革及新经济发展，促进学科专业交叉融合加快推进新工科建设”。新兴工科的创建不能完全脱离传统工科而出现，恰恰是由传统工科的升级改造而来，其必然是由多个传统学科的交叉、融合、渗透或拓展而形成[2]。传统工科的升级改造与新工科的建设是目前我们国家乃至全世界都面临的难题，也是研究的热点。它关乎我们国家高等教育发展的方向，关乎产业升级的人才保障，关乎国家可持续发展的战略举措[3]。根据当前的研究情况，众多学者在新兴工科创建方面有一点可以达成共识，即新兴工科具有典型的多学科融合，跨学科整合的特点[4,5]。对于传统工科升级改造与新兴学科具体如何建设目前研究甚少，缺乏具体的可实施的方案。华北电力大学白逸仙课题组建议以“解决复杂工程问题”为导向整合不同专业课程，培养学生的跨界整合能力[6]。武汉理工大学张安富教授指出以“解决复杂工程问题”为导向，以现代网络信息技术为切入点，以传统工科专业改造为基础，以新兴产业需求为依据，精心设计跨学科课程群，推进基于项目化的CDIO教学模式[7]。目前国内虽然对新兴学科的理论研究和设想颇多，但缺少具体实施的探索和实践，以至于缺少反馈数据作支撑为传统学科升级改造与新兴学科的建立作基础性铺垫。

本文基于传统工科专业化工设备制造与维修专业在产业化升级过程中面对新的产业要求，而新的人工智能进入化工设备制造与维修行业引起的产业化升级需要与之胜任的人才的现状，进而提出融合多学科构建人工智能与化工设备与维修专业学科的设想。

1 产业升级现状及人才供需状况分析

随着我国石化行业向产品链条的中下游延伸、向深度加工和精细化发展，设备制造与维修专业技术难点主要集中在如何提供精细化工发展所需的技术和装备。近年来出现的太阳能发电、风能发电、核能发电和海上石油钻采集输等新兴产业，也给装备制造业创造了新市场。目前国内多家大型化工企业投建智能工厂项目，如九江石化智能工厂项目、万华化学智能管理平台等。2015年首批公布的46个智能制造示范项目中，九江石化智能工厂建成智能工厂神经中枢、企业级中央数据库、三维数字化平台和全流程优化平台实现了系统化操作、管控一体和生产经营优化及安全管理的智能化应用。智能化工厂为九江石化带来经济增益为2.2亿元，2014年生产班组精简13%，外操室精简35%。石化企业智能化生产线的建立可以大幅提升企业生产效率，降低运营成本，提高生产安全环保水平，增益显著。

在这些智能工厂中，工业机器人代替人工进行简单重复的劳动，取代了部分传统的人力技术操作，传统专业技术人员的岗位需求减少。与此同时，人工智能的应用也创造出许多新的岗位需求，如机器人和人工智能生产线的设计、安装、运行、调试和日常维护等。新的岗位需要同时具备化工设备生产维修、智能生产控制和通信等多学科知识背景的复合型技术技能人才，能够熟悉化工设备(含管路)生产和维修技术，同时掌握人工智能设备的调试、运行和维护方法，了解数据收集、分析、标记等数据处理技术。目前我国智能化人才缺口达500万人，尤其是操作技能人才的培养速度无法满足行业产业升级需求。

2 结合传统学科基础和人才需求变化明确人才培养目标

通过对天津多家化工企业用人需求进行调研分析，目前企业亟需具备以下技能的技术人才：具有扎实的操作技能，能够及时解决工作岗位中的技术难题，包括化工装备(含管路)的智能生产、安装、调试、维护与检修、故障处理和现场管理；具有一定的英语读写能力，能够阅读进口设备的工艺操作说明、检修说明等相关英文文件；具有扎实的识读化工图样和基本制图能力，能准确识读化工设备图和化工工艺流程图等图样；具有基本的程序语言识读和编写能力，能够正确操作和调试智能化生产装备，使用智能测试仪器，并理解其运行原理；能够结合化工机械操作与维护、化工设备操作与维护、化工单元操作、基础化学、机械工程材料等课程专业知识，利用智能生产技术解决设备问题；具有化工生产安全环保意识和责任感。

传统化工设备与维修专业的主干课程通常包括工程和材料基础课程(工程力学、机械工程材料)；制图基础课程(化工制图与CAD技术)；电学基础课程(电工电子技术)；化学工程与工艺基础课程(化工单元操作技术、化工仪表及自动化)；和化工设备专业课程(化工设备腐蚀防护、化工机械故障诊断、化工管路安装与维修技术等)。传统专业学科缺少智能化设备使用和维修方面的内容，不能满足时代发展的需要。加入人工智能、工业机器人、大数据和通信等相关课程，有利于传统化工设备与维修专业的学生掌握智能生产技术，拓宽知识技能领域，满足企业产业升级对智能化操作技术技能人才的需求。

人工智能与化工设备与维修专业融合的新工科专业的培养目标是，培养具有社会主义核心价值观的，掌握化工生产设备(含管路)生产使用和维修技术技能的，能够掌握和利用人工智能技术解决化工生产中设备安装和维修问题的具有创新意识和能力的操作型技术技能人才。

3 设计复杂工程问题项目，整合跨学科课程

将专业原有综合实训项目结合智能化生产需求，设计智能化工设备生产和维修项目，如“塔器焊接工业机器人的设计”，整合跨学科资源进行项目化教学课程设计。我校依托天津职业大学作为综合性多学科高等职业院校的优势，进行多学科融合，采用化工设备与维修基础、智能生产和通信专业基础并行，模块式项目化实训分类强化，综合实训项目融会贯通的方式进行多学科融合。

在教学实践中，将原化工设备生产和维修专业人才培养方案中部分非核心专业基础课程和专业技术课程删去，保留主干课程，加入语言编程(C语言、Python)、人工智能(单片机产品设计、工业机器人编程与操作)和大数据技术等课程，专业核心课程均采用项目化教学模式，利用教学做一体的教学模式增强学生的学习兴趣和学习效果，逐级强化专业技能和智能设备编程和设计能力。以采用智能化手段解决实际复杂化工设备生产和维修问题设计综合实训项目，学生在教师的指导下分组完成项目，同期开设多门专业选修课程对部分专业知识进行补充，学生可根据项目需要选修相关课程完成项目。

4 深化校企合作，加强师资队伍建设

在新工科建设过程中，单一专业背景的教师队伍无法满足专业建设需求，化工、智能控制和计算机通信等各专业背景教师加强协作有利于推进教学项目设计和实施，但仍无法满足学科深度融合的要求。新工科专业建设亟需提高教师队伍解决实际问题的能力，尤其是采用智能化手段解决化工设备生产运行和维修问题的能力。与大型化工企业深入产学研合作，从企业引进技术人才参与人才培养方案的修订、综合实训项目的设计和学生培养过程，同时派遣在职教师参加岗位实践，及时掌握企业生产现状和技术难题。将服务企业解决技术难题与科研项目、教学项目深入结合，以产促研、以研促教、以教促学，更新教学内容，让学生掌握与时俱进的智能生产技术。

5 结语

综上所述，本文基于传统工科专业化工设备制造与维修专业在产业化升级过程中面对无法适应新的产业要求，而新的人工智能进入化工设备制造与维修行业引起的产业化升级而无法找到胜任的人才之间的矛盾而进行专业升级改造，融合多学科构建适应新形势下的产业发展的新兴学科。笔者结合对人工智能与化工设备与维修专业学科融合的教育模式的探究实践，为新工科的职业技术技能人才培养提出建议。