- 相關(guān)推薦
面向工業(yè)4.0需求的機(jī)械制造類本科教育課程體系論文
從工業(yè)技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵著手，提出工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)械制造行業(yè)從業(yè)人員的知識(shí)和能力特殊要求。分析當(dāng)前高校機(jī)械制造專業(yè)課程體系，并針對(duì)性地提出WJ4Z(W，網(wǎng)絡(luò);J，集成;4Z包括制造、自動(dòng)、智能、治理或管理)課程體系結(jié)構(gòu)，可為我國(guó)高校機(jī)械制造專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的修訂提供參考。
1 前言
在經(jīng)歷過(guò)全球金融危機(jī)之后，各發(fā)達(dá)國(guó)家意識(shí)到制造業(yè)乃是立國(guó)之本，紛紛制訂發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，如德國(guó)的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”、美國(guó)的“先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略”、英國(guó)的“英國(guó)工業(yè)2050戰(zhàn)略”、日本的“機(jī)器人新戰(zhàn)略”、韓國(guó)的“制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略”等。其中影響最大的當(dāng)屬德國(guó)的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”。我國(guó)也結(jié)合國(guó)情建立了中國(guó)版的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略計(jì)劃——“中國(guó)制造2025計(jì)劃”[1]。
做強(qiáng)制造業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵在人才。為配合國(guó)家層面的發(fā)展戰(zhàn)略，迎接制造全球化競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)符合工業(yè)4.0需求的機(jī)械制造行業(yè)人才是擺在高等院校面前的急迫任務(wù)。
我國(guó)機(jī)械制造專業(yè)課程體系起源于蘇聯(lián)，隨著信息技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的不斷滲透，課程體系也在不斷變化。目前已基本符合自動(dòng)化制造(工業(yè)3.0)的需求，但對(duì)于工業(yè)4.0的前瞻性仍然不夠，許多工業(yè)4.0的核心內(nèi)容在課程設(shè)置中未充分體現(xiàn)。
本文將從工業(yè)4.0的技術(shù)內(nèi)涵及對(duì)人才知識(shí)和能力的需求著手，梳理國(guó)內(nèi)知名高校的機(jī)械制造類課程體系，分析目前培養(yǎng)計(jì)劃的不足，并探討面向工業(yè)4.0的機(jī)械制造本科教育課程體系的構(gòu)建。
2 工業(yè)4.0的技術(shù)內(nèi)涵及對(duì)人才的需求
工業(yè)4.0是基于德國(guó)高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)、雄厚的工業(yè)軟硬件系統(tǒng)及高素質(zhì)的勞動(dòng)者的基礎(chǔ)上，將制造“由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式”，并通過(guò)信息世界與物理世界的高度融合，以及三項(xiàng)集成(縱向集成、端對(duì)端集成、橫向集成)，實(shí)現(xiàn)一種智能化的、社會(huì)化的生產(chǎn)模式[2]。
工業(yè)4.0首先要求底層的制造單元高度自動(dòng)化，并具備一定的智能;其次尤其強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面滲透，特別是建立物理信息系統(tǒng)(CPS，Cyber-Physical Systems)，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的實(shí)時(shí)感知、高效協(xié)作，從而達(dá)到制造資源的高效調(diào)配;同時(shí)制造企業(yè)的邊緣將更加的模糊，具備很高柔性的小型企業(yè)將構(gòu)成制造業(yè)的主體，它們通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式相互協(xié)作，滿足多變靈活的市場(chǎng)需求。
工業(yè)4.0實(shí)施的前提是具備高素質(zhì)的勞動(dòng)者。工業(yè)4.0時(shí)代的機(jī)械制造從業(yè)者除了需要具備傳統(tǒng)的機(jī)械制造專業(yè)知識(shí)外，還需具備如下知識(shí)和能力。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)思維 工業(yè)4.0所強(qiáng)調(diào)的CPS依賴于工業(yè)總線、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)層次和類型的網(wǎng)絡(luò)，因此，熟悉網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是工業(yè)4.0時(shí)代制造行業(yè)從業(yè)人員的基本要求;除了網(wǎng)絡(luò)本身技術(shù)層面的知識(shí)外，更為重要的是強(qiáng)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)思維，自覺(jué)地將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。
先進(jìn)的管理方法和技術(shù)手段 工業(yè)4.0的技術(shù)支持和目前國(guó)內(nèi)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)將造就更多的小微企業(yè)。一方面，小微企業(yè)中技術(shù)與管理人員往往兼于一身，要求人人懂管理;另一方面，企業(yè)間廣泛的橫向集成，也對(duì)企業(yè)的管理提出更高的挑戰(zhàn)。因此，工業(yè)4.0時(shí)代，從業(yè)者管理知識(shí)廣度和深度都顯得更為重要。
先進(jìn)的管理理念總是要通過(guò)信息管理和分析平臺(tái)落地實(shí)現(xiàn)，因此，ERP、大數(shù)據(jù)等信息管理和處理手段是提升企業(yè)管理水平的有力工具。
系統(tǒng)集成能力 工業(yè)4.0通過(guò)萬(wàn)物互聯(lián)、信息相通，使得處于制造活動(dòng)中的設(shè)備、物料、人員構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的強(qiáng)耦合系統(tǒng)。處于制造系統(tǒng)中的各種技術(shù)、設(shè)備、物料資源、人員配置等要素需要通過(guò)有機(jī)的集成，才能使得總體制造系統(tǒng)發(fā)揮最大效能。
3 現(xiàn)有機(jī)械制造類本科生課程體系分析
通過(guò)對(duì)清華大學(xué)(2014—2015版，代號(hào)Q)[3]、上海交通大學(xué)(2015級(jí)，代號(hào)S)[4]、浙江大學(xué)(2014級(jí)，代號(hào)ZJ)[5]、華中科技大學(xué)(2014版，代號(hào)H)[6]及中南大學(xué)(2012版，代號(hào)ZN)[7]機(jī)械制造方向本科生培養(yǎng)計(jì)劃的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有課程體系可劃分為如下板塊。
1)傳統(tǒng)機(jī)械制造類課程：包括機(jī)械制造工藝學(xué)或機(jī)械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測(cè)量、制造裝備設(shè)計(jì)、材料加工原理等機(jī)械制造專業(yè)的基本知識(shí)，基本所有院校都有開(kāi)設(shè)。
2)先進(jìn)制造技術(shù)類課程：代表性課程包括激光加工概論(Q)、精密與特種加工(Q、ZN、H)、先進(jìn)制造技術(shù)(H、ZH)、微納制造導(dǎo)論(Q)等。
3)制造自動(dòng)化類課程：代表性課程包括數(shù)控技術(shù)(H、ZN)、自動(dòng)化制造系統(tǒng)(ZJ)、計(jì)算機(jī)輔助制造或數(shù)控編程(H、ZN)、機(jī)器人學(xué)(Q、S)，以講解數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化控制、機(jī)器人原理與應(yīng)用為主。
4)管理及信息化類課程：代表性課程包括生產(chǎn)計(jì)劃與控制(S)、質(zhì)量管理與控制(ZJ)、制造自動(dòng)化與信息化系統(tǒng)(S)、制造過(guò)程信息管理系統(tǒng)(Q)等。
5)特殊行業(yè)制造類課程：講解特定專業(yè)的制造工藝和裝備，如現(xiàn)代汽車制造(S)、柔性電子制造技術(shù)基礎(chǔ)(H)等。
通過(guò)上述的梳理，對(duì)比工業(yè)4.0的人才需求，發(fā)現(xiàn)仍存在如下問(wèn)題：
1)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幾乎是空白，雖然有的院校在其他課程中略有提及，但作為工業(yè)4.0制造系統(tǒng)中的神經(jīng)系統(tǒng)，顯然對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)重視程度不夠;
2)管理方法與技術(shù)手段仍是短板，雖然有院校開(kāi)設(shè)了相關(guān)專業(yè)，但存在前后續(xù)課程承接不當(dāng)，課時(shí)不足的問(wèn)題;
3)強(qiáng)調(diào)局部單體技術(shù)，在系統(tǒng)集成方面不足。
4 面向工業(yè)4.0需求的機(jī)械制造WJ4Z本科教學(xué)課程體系構(gòu)建
從工業(yè)4.0的技術(shù)內(nèi)涵及人才的要求出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有課程體系，提出WJ4Z課程體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
在該課程體系中，制造(Z)課程、自動(dòng)控制(Z)課程、
智能感知及控制(Z)課程、管理(治理，Z)課程構(gòu)成4Z單元技術(shù)課程模塊，4Z通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(W)技術(shù)，采用系統(tǒng)論的方法有效集成(J)。制造(Z)課程是基礎(chǔ)，包括傳統(tǒng)冷、熱加工工藝與裝備，以及新興的制造原理和方法;自動(dòng)控制(Z)課程包括計(jì)算機(jī)控制、數(shù)控原理等;智能感知及控制(Z)課程包括機(jī)器視覺(jué)、人工智能、大數(shù)據(jù)處理等;管理(治理，Z)課程包括制造企業(yè)管理方法及信息化輔助手段;網(wǎng)絡(luò)(W)技術(shù)課程包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)思維等內(nèi)容;集成(J)是貫穿于各模塊教學(xué)中的總體系統(tǒng)方法論。
WJ4Z課程體系與現(xiàn)有體系的主要區(qū)別在于：
1)把原來(lái)處于邊緣地帶的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)放在與制造類、自動(dòng)化類等課程同等重要的位置，突出其在制造中的重要性;
2)加強(qiáng)智能感知與控制技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，推動(dòng)以自動(dòng)化為代表的工業(yè)3.0人才培養(yǎng)向以智能化為代表的工業(yè)4.0人才培養(yǎng)發(fā)展;
3)進(jìn)一步明確管理方法與信息技術(shù)在機(jī)械制造類學(xué)生的知識(shí)體系中的重要地位，為培養(yǎng)復(fù)合型人才奠定基礎(chǔ);
4)強(qiáng)調(diào)集成，突出總體觀。
5 實(shí)施WJ4Z課程體系的注意事項(xiàng)
1)由于總的學(xué)時(shí)數(shù)有限，需要做到有增有減，內(nèi)容編排上保留基本和核心內(nèi)容，一些特別專業(yè)化的內(nèi)容可適當(dāng)削減或改為自學(xué);
2)體系內(nèi)的管理、智能感知、網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)模塊應(yīng)與相關(guān)專業(yè)的內(nèi)容、教學(xué)方法不同，應(yīng)突出機(jī)械制造的行業(yè)背景，不宜全面攤開(kāi)，以免造成內(nèi)容太多，重點(diǎn)不收斂;
3)由于新增的網(wǎng)絡(luò)、智能感知等內(nèi)容要與計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)有所不同，因此要加強(qiáng)特色教材編寫(xiě)工作，同時(shí)也要加強(qiáng)教師的自身知識(shí)體系的完善。
6 結(jié)語(yǔ)
國(guó)家發(fā)展，人才先行。培養(yǎng)滿足工業(yè)4.0發(fā)展需求的機(jī)械制造行業(yè)人才是“中國(guó)制造2025”順利推進(jìn)的重要保障。由于課程體系從計(jì)劃到實(shí)施具有一定的滯后性，因此，本文前瞻性地從工業(yè)4.0的技術(shù)內(nèi)涵出發(fā)，總結(jié)了工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)械制造行業(yè)的人員需求，針對(duì)性地提出WJ4Z課程體系，以期為我國(guó)高校機(jī)械制造類專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃修訂提供一定的參考。
【面向工業(yè)4.0需求的機(jī)械制造類本科教育課程體系論文】相關(guān)文章：
實(shí)施本科小學(xué)教師教育的課程體系論文10-09
合唱藝術(shù)教育課程體系的內(nèi)涵與評(píng)價(jià)論文10-09
音樂(lè)類本科論文開(kāi)題報(bào)告范文02-21
工業(yè)工程本科生培養(yǎng)模式分析論文10-09
探討新建本科國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專業(yè)課程體系論文10-12
探究高職本科層次的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)課程體系論文10-09