新工科背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)課程體系建設(shè)

叢卓紅　張志峰　游慶龍

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)是實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)學(xué)科，當(dāng)前新工科背景下，傳統(tǒng)專業(yè)需要融合信息通訊、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等學(xué)科，向節(jié)能環(huán)保、智能制造、深化信息技術(shù)應(yīng)用方面發(fā)展。在課程體系上，從道德素養(yǎng)、專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力三個(gè)方面構(gòu)建面向新工科的專業(yè)課程體系。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化;發(fā)展方向;課程體系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.168

近幾十年以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國逐漸建立了世界上最大規(guī)模的工程教育規(guī)模。2016年的工科在校生占在校生總數(shù)的1/3左右。這也說明社會進(jìn)步對高素質(zhì)工程人才的迫切需求程度。但是現(xiàn)實(shí)情況是目前的工程教育培養(yǎng)出來的工程人才很難適應(yīng)企業(yè)的實(shí)際需求，與行業(yè)實(shí)際相互脫節(jié)。同時(shí)工科教育也浮現(xiàn)了一些十分顯著的問題。比如：社會適應(yīng)性低、工科教學(xué)理科化、人才適應(yīng)性差的情況。并且在工程教育方面和國際上的工程教育標(biāo)準(zhǔn)差距仍然比較大[1]。隨著進(jìn)入新世紀(jì)，工程教育行業(yè)的相關(guān)一批富有先驅(qū)精神的工作者逐漸形成了北京指南[2]、復(fù)旦共識[3]、天大行動[4]等共識。以全力迎接全球產(chǎn)業(yè)變革所帶來的挑戰(zhàn)，同時(shí)全力支援國家關(guān)于“中國制造2025”和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的一系列國家戰(zhàn)略，探索工程教育的符合中國國情的新模式[5]。

對于任何一個(gè)繁榮昌盛的國家而言制造業(yè)都是其國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。因而制造業(yè)的蓬勃發(fā)展對于國家的重要性可見一斑。而保證制造業(yè)的蓬勃發(fā)展就離不了大量的高素質(zhì)機(jī)械專業(yè)人才。而我國的機(jī)械行業(yè)的人才主要是從機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化這一機(jī)械專業(yè)當(dāng)中誕生。因而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的教學(xué)水平對于國家的重要性便不言而喻了。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化是一門融合了機(jī)、電、液、信等方面的一個(gè)綜合性學(xué)科。通過運(yùn)用多行業(yè)、多學(xué)科的相關(guān)知識解決在現(xiàn)實(shí)工程領(lǐng)域當(dāng)中遇到的問題。使機(jī)械裝備能夠達(dá)到高效率、高質(zhì)量、高滿意度、低成本的目的。最近我國提出的“中國制造2025”也就是為了適應(yīng)新的時(shí)代發(fā)展要求，完成從制造大國向強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的目標(biāo)。鑒于新的時(shí)代要求，所以對于新時(shí)代的工程人才在知識、能力、品德等方面也提出了新的現(xiàn)實(shí)要求[6]。

1 新工科背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化面臨的挑戰(zhàn)

長久以來，我國以往的工科教育更加注重本領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論的傳授和教學(xué)，使得學(xué)生只僅僅局限于了解本專業(yè)的知識理論。學(xué)生對于其他領(lǐng)域的知識和技能知之甚少。并且在國家努力實(shí)現(xiàn)中國制造2025的新的時(shí)代背景之下，各個(gè)工程領(lǐng)域?qū)τ诠こ探逃絹碓街匾晫W(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性。需要學(xué)生能夠立足于機(jī)械本體，靈活運(yùn)用多領(lǐng)域的技術(shù)，比如：信息通訊、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等應(yīng)對實(shí)際工程挑戰(zhàn)。以后的工程領(lǐng)域需要的工科人才更多的是實(shí)踐能力比較強(qiáng)、創(chuàng)新能力比較強(qiáng)、國際競爭力比較強(qiáng)、能夠在國家的相關(guān)工程領(lǐng)起到引領(lǐng)和開拓作用的復(fù)合型工科人才[7]。

2 新工科背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的發(fā)展方向

目前在全球范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)革命正在如火如荼的進(jìn)行著，信息技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展正在對全球各個(gè)行業(yè)都產(chǎn)生了十分深刻的影響。對于傳統(tǒng)工程機(jī)械行業(yè)來講，工程機(jī)械行業(yè)未來應(yīng)結(jié)合信息技術(shù)向節(jié)能環(huán)保、智能制造、深化信息技術(shù)應(yīng)用方面發(fā)展。密集的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革將會為工程機(jī)械領(lǐng)域重新賦能。

2.1 節(jié)能環(huán)保發(fā)展方向

在2015年頒布的《中國制造2025》規(guī)劃中已經(jīng)明確將低能耗、低排放和可持續(xù)發(fā)展，作為我國未來一段時(shí)間發(fā)展的重點(diǎn)方向。通過實(shí)現(xiàn)發(fā)展低能耗和以低排放為特征的低碳綠色經(jīng)濟(jì)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

工程機(jī)械設(shè)備因?yàn)槠涮厥獾膽?yīng)用場景。所以往往都應(yīng)用在比較惡略的工況下，往往都會有著高能耗、高污染、高噪音的環(huán)境弊端。首先，工程機(jī)械在日常的使用過程中對能源消耗極大，這一弊端可以通過使用新型無污染能源及新技術(shù)手段等方式降低最大程度地降低對大氣環(huán)境的污染程度。其次，工程機(jī)械的噪聲主要來自于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣和排氣噪聲，通過高性能空氣濾清器及排氣消聲器可以降低產(chǎn)品噪聲及振動。最后，系統(tǒng)的高效節(jié)能設(shè)計(jì)，由于工程機(jī)械設(shè)備往往設(shè)備功率都比較大，實(shí)際工作時(shí)負(fù)載的變化程度也十分大，所以在低負(fù)載的過程中就會有大量的功率浪費(fèi)，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。所以可以結(jié)合相關(guān)的微電子領(lǐng)域，對發(fā)動機(jī)的功率進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配，從而實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)約能源。

2.2 智能化制造發(fā)展方向

智能化制造的概念的提出是源于人工智能的研究而提出來的一種概念。主要是指通過人工智能和制造業(yè)相結(jié)合，重新賦能制造業(yè)，使人工智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)、服務(wù)、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)。使機(jī)械設(shè)備能夠最大程度上解放人力勞動，最大程度上提高生產(chǎn)效率。工程機(jī)械行業(yè)的智能制造包括智能化的工程機(jī)械設(shè)備、智能化的制造過程以及智能化的服務(wù)。智能化的工程機(jī)械設(shè)備主要由機(jī)械本體、智能處理部件以及外部通信部件構(gòu)成。機(jī)械本體部分和傳統(tǒng)的工程機(jī)械裝備差別不大，機(jī)械本體都能夠很好地完成機(jī)械設(shè)計(jì)之初的目的。智能部件則主要由處理器、傳感器等部分組成。聯(lián)接部件則是由接口、有線和無線連接協(xié)議組成。工程機(jī)械設(shè)備的智能化可以最大程度地利用設(shè)備的潛在價(jià)值，充分發(fā)揮設(shè)備每一部分的價(jià)值。另外對于整個(gè)工程機(jī)械作業(yè)機(jī)群來講若是能夠?qū)C(jī)群進(jìn)行合理地安排調(diào)動，最大程度減少設(shè)備空班率這將對于施工成本控制也有著十分大的意義。在未來，智能工程機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)主要將體現(xiàn)在檢測、控制、優(yōu)化和自主這四個(gè)方面。監(jiān)測指的是設(shè)備的任何時(shí)間的工況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備部件的故障狀態(tài)等都能夠使用微處理器或者統(tǒng)一的控制中心進(jìn)行處理，使用者能夠十分直觀詳細(xì)地了解每臺設(shè)備的情況?？刂浦傅氖敲恳慌_設(shè)備都能夠通過控制中心遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制或者預(yù)編制好的程序進(jìn)行控制。優(yōu)化指的是設(shè)備能夠通過自主監(jiān)控實(shí)時(shí)進(jìn)行分析，大幅提高設(shè)備工作效率。自主是在檢測、控制和優(yōu)化功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)前所未有的自動化。

智能制造過程是指制造過程中以智能工廠為基礎(chǔ)，通過建立工廠、企業(yè)和產(chǎn)品之間的智能互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化，產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化、工廠規(guī)劃的數(shù)字設(shè)計(jì)與仿真，底層智能裝備、制造單元、自動化生產(chǎn)線，制造執(zhí)行系統(tǒng)，物流自動化與管理等企業(yè)管理系統(tǒng)。

智能服務(wù)是通過采集大量的設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在企業(yè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析和處理，對設(shè)備的失效進(jìn)行預(yù)測，提前進(jìn)行安排維修和保養(yǎng)，最大程度提升設(shè)備使用體驗(yàn)和降低因設(shè)備臨時(shí)失效造成的成本的浪費(fèi)。

3 新工科背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的課程體系

國內(nèi)工科的培養(yǎng)目標(biāo)在課程設(shè)置上偏重于專業(yè)課程，交叉管理類課程占比相對較小。在教學(xué)計(jì)劃上，必修課占比較大，缺乏選課彈性;偏重基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱。以工程機(jī)械為主要對象的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的課程體系從道德素養(yǎng)、專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力三個(gè)方面構(gòu)建面向新工科的專業(yè)課程體系。

道德素養(yǎng)則主要包括思想道德、職業(yè)道德、學(xué)術(shù)道德三個(gè)方面。思想道德則主要是從人生觀、世界觀、工程倫理等方面加強(qiáng)學(xué)生的思想道德。學(xué)術(shù)道德主要從知識產(chǎn)權(quán)教育、創(chuàng)新意識等方面加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)術(shù)道德。職業(yè)道德主要從培養(yǎng)學(xué)生的敬業(yè)精神、創(chuàng)業(yè)意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面加強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)道德。

專業(yè)素養(yǎng)主要是指學(xué)習(xí)機(jī)械裝備產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用、管理及故障診斷等方面課程。學(xué)生擁有扎實(shí)的專業(yè)知識、專業(yè)意識和專業(yè)品質(zhì)，具有專精的行業(yè)知識和技能，面對實(shí)際問題能夠采取科學(xué)的思維方式進(jìn)行思考。了解在現(xiàn)有的條件下，如何通過合理的組織和配置人、財(cái)、物等因素，提高生產(chǎn)力的水平。

實(shí)踐能力主要是指是否具有能夠合理利用所學(xué)的專業(yè)知識，解決實(shí)際生活中所遇到的現(xiàn)實(shí)問題的能力。所有的理論知識的學(xué)習(xí)往往都是要服務(wù)于實(shí)踐的，實(shí)踐能力往往是衡量整體的課程教學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：叢卓紅（1979-），女，山東威海人，博士，副教授，研究方向：公路機(jī)械化施工與養(yǎng)護(hù)。