智能制造背景下机械工程专业课程体系信息化改造

张卫芬，李永梅，董祥国，严红霞

(东南大学成贤学院，江苏 南京 210088)

0 引言

随着数字化、网络化、智能化的快速发展，工业化与信息化的深度融合将迈上新台阶。推进智能制造从而实现中国制造转型升级已是当务之急[1]。制造业的智能化发展使得制造型企业对于技术技能人才的知识和能力提出了新的要求，为了应对这一变化，应用型本科机械专业的人才培养课程体系应当根据时代发展做出相应规划和调整。本文根据智能制造对机械专业课程体系的影响，对机械专业课程体系进行了信息化改造，以求满足智能制造的要求。

1 智能制造对机械专业课程体系的影响

(1)跨学科的知识体系。智能制造使得大量的智能设备得以应用，而智能设备的重要特征是机、电、液、信息技术等的高度复合，在此背景下，机械工程师不仅需要具备传统的机械学科知识与专业技能，同时还应掌握现代设计制造理论，了解数字化网络制造、信息技术、自动化技术等跨学科的相关知识，重视产品全生命周期生产流程的相关知识，具备多学科交叉思考问题的能力。因此，在课程体系中要打破原有的传统专业知识界限，重视跨学科的知识体系的设置，构建课程群，使学生具备较宽的知识基础和复合化的运用知识的能力。

(2)数字化软件知识智能制造时代，信息技术可使得现实产品与现实产品的数字化镜像之间通过数据交互实现深度融合，数字化镜像是在虚拟环境中进行模拟仿真产品在现实世界中的制造、运行等状态，以便发现问题、解决问题，将设计错误纠正在产品设计制造和实用之前，大大降低了生产制造成本，压缩制造工期。因此培养学生具备在产品数据管理环境下，熟练运用数字化软件从事产品设计制造等技术工作是机械专业新工科课程体系的重点之一。

(3)行业背景知识课程的设置需要具备行业背景知识。随着企业的用人标准和需求在不断变化，学校和老师应深入企业生产一线进行调研，了解当前技术人员需要掌握的知识技能，在教学过程中及时补充和调整课程体系，进一步充实专业课程内容，并及时选择、归纳、整理与之相对应的教学案例，尽量让课程内容与工程实践挂钩，以跟上企业和社会的发展，满足其用人需求。

2 机械专业课程体系信息化改造

机械专业课程体系信息化改造需在传统的课程体系基础上调整人才培养目标、重构课程体系、调整和更新教学内容。

(1)培养目标。随着信息技术和制造业的结合日趋紧密，为满足智能制造、数字化制造对高素质应用型人才的新要求，通过走访企业、问卷调查等方式深入调查智能制造对高素质应用型人才的需求，我校机械专业明确了本专业人才培养目标：本专业培养德、智、体、美、劳全面发展，具备扎实的机械产品设计制造基础理论、专业知识与专业技能，良好的信息技术素养，掌握数字化、智能化产品设计制造技术的原理与方法，具备产线设计、产品数据管理、生产管理等工作能力和创新意识的高素质应用型工程技术人才。为确保人才培养目标的实现，通过“产教融合、引企入教、校企共建”等新模式来培养具备良好信息化技术素养的高素质应用型工程技术人才。

(2)机械专业课程体系信息化改造。为实现高素质应用型工程技术人才的目标定位，依据制造业智能化、信息化的特征，本专业制定了培养方案，构建了信息化技术与机械专业教学内容有机融合的理论教学体系和实践实训体系。聚焦应用、面向工程，将信息技术融入多门课程中，培养自然科学知识、专业基础知识、工程实践能力及职业岗位适应能力相统一的，具有较强工程实践能力、专业素养和职业能力的高素质应用型人才[2]。

机械工程专业课程体系(不包括思修课程、高等数学、大学英语、大学物理等公共基础课程)如图1所示，该课程体系横向由专业基础课、专业主干课和专业综合实训三大类组成，纵向由机械类课程、自动控制类课程和计算机类课程组成。机械类课程包括机械基础课程群、机械设计课程群和机械制造课程群，每个课程群均配有相应的实验和课程设计，奠定机械基础知识和应用，确保学生具备从事本专业的基本业务技能。自动控制类课程包括自动控制类基础课程群和控制系统课程群，在电子电路和控制理论的基础上强调机电液控制系统的设计和应用。计算机类课程包括程序语言类课程群和计算机类课程群，注重程序语言的学习，强调数据库的学习和应用，增强学生在计算机二次开发等方面的应用。这三类课程在专业综合实训时互相融合交叉，实现知识的综合应用，旨在培养学生能解决复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟的能力。如机械产品设计综合实训，课程选择机床为载体，以综合实训为手段，将各个单一离散设计环节串接起来，涉及机械产品设计及制造中的机械制造装备设计、机械制造工艺与装备设计、产品仿真分析、检验和质量管理等设计环节，将先进的数字化设计技术融于传统的设计过程中，学生完成全流程的实训任务后可对机械产品设计整个过程和制造工艺规划与实施进行一次全面总结，最终强化学生工程意识，提高学生工程实践能力。

图1 机械工程专业课程体系

依据现代产业技术交叉融合的特征，围绕高素质应用型工程技术人才的目标定位，及时调整和更新教学内容，将信息技术和本科应用型人才的培养有机结合起来，在理论教学和实践教学内容中将西门子工业软件NX，TC，Tecno与本专业课程进行横向融合，使得知识与能力融为一体，学生毕业时已经具备熟练的计算机信息素养，并得到了相应工程项目的系统训练。如NX系统软件，贯穿于机械设计课程群和机械制造课程群及相关的课程设计，通过课程学习，学生可掌握NX的建模、分析、仿真等功能，对接智能制造所需的数字化软件知识。再如TC系统软件，与计算机类课程群相关，学生可掌握在TC环境下产品全生命周期管理。Tecno系统则用于机械生产线设计和机制工艺设计中，学生可掌握在Tecno环境下产品工艺分析及生产线设计与仿真，满足智能制造对数字化网络制造的需求。

3 教学方式

(1)充分利用信息技术辅助教学。充分利用计算机技术及网络平台等信息技术辅助教学，与课堂教学进行深度融合。由于机械工程专业课程理论性较强，课堂授课只限于教材范围的知识，对实际应用远远不够，因此在教学中采用慕课资源对课程内容进行补充，将课堂授课与慕课、微课相结合，引入案例分析、项目驱动、互动讨论、翻转课堂等教学方法和教学手段，丰富课堂教学，提升教学效果[3]。

(2)校企共建实训平台通过校企共建实验室、实训中心、校外实践基地，通过与知名企业共建实训平台，提升学生的工程实践能力，助推智能制造背景下机械专业的人才培养。东南大学成贤学院机械与电气工程学院与埃斯顿机器人技术有限公司共建机器人实验室，与西门子工业软件公司共建TC实训中心，组织学生参加Siemens PLM Software NX项目认证，以订单企业实践基地建设为主导，进行“3+1”校企培养，前三年在校完成专业学习，第四年在企业进行实习实训，达到校企生三方共赢。

4 加强师资队伍建设师资队伍建设

加强师资队伍建设师资队伍建设是人才培养的基础，为此学校层面制定了一系列规章制度，加强双师双能型教师培养。教师要定期去企业生产一线参加工程实践能力培养，不断提高自身的工程素养，在企业实践期间获得了第一手的教学资料，极大地丰富了课程讲授内容，对当前智能制造现状提供了翔实的教学素材。鼓励专任教师参加相关行业培训和行业前沿会议，考取资格证书，提升自身信息化水平。通过校企合作、企业导师、客座教师等多种形式，发挥企业人员的作用，如聘请企业高水平工程师加入主讲教师队伍中，在教学过程中，将丰富的工作实践案例引入教学，融“教、学、做”为一体，提高学生在教学过程中的参与程度，激发学生学习的积极性和主动性。同是，聘请业内知名专家担任客座教授、讲座教授和专业建设委员会成员，引进高水平的行业专家作为导师，举办针对智能制造的高端讲坛，为学生讲授理论和实践课程，指导课外实习，开设专题讲座，打造校外、校内专家联合培养机制。通过产教融合模式，形成了深入扎实的校企共建教学生态，有效助推了师资团队的建设，确保高素质应用型工程技术人才培养目标的实现。

5 结语

信息技术是当今时代的特征，正无所不在地改变着人们的生产生活方式。面向智能制造的新工科的本质要求，就是要把在工业社会诞生且已十分成熟的传统工科专业，转型升级为具有信息社会时代特质的工科专业。顺应社会发展的趋势，更新优化机械专业课程体系以满足机械工程师职业岗位对设计制造信息化的知识、技能、能力要求，是高校提高专业竞争力和毕业生就业质量的必然选择。以工业软件与教学过程的深度融合为主线，以信息技术推进教学内容与教学方法现代化为主攻方向，以智能制造背景下的人才需求为培养目标，将传统机械专业改造升级为具有信息时代特质的新工科专业是制造业发展的时代需求，有助于解决智能制造人才紧缺问题。