控制工程的专业构建

一、过程装备与控制工程专业的历史背景

过程装备与控制工程专业在国民经济和社会发展中起着极其重要作用。首先，化工、石油化工、能源、动力是国家的支柱产业，这些行业的发展以工艺过程为先导，以先进的装备和控制技术为保障，而过程装备与控制工程正是这些产业的支柱。我国过程装备与控制工程专业的前身是化工机械专业，成立于二十世纪五十年代初期，基本上参照原苏联的模式。1951年大连工学院首先成立“化学生产机器与设备”专业，1952年天津大学、浙江大学、华东化工学院等先后成立“化学生产机器与设备”专业，简称为“化机”专业。在此后的几十年里，该专业在国民经济中发挥了无可替代的作用，尤其在化工、石油化工、轻工、制药等行业作用尤为明显。该专业主要特点是“化工”和“机械”的交叉与复合。既可以处理化工类的问题，又可以处理机械类的问题，还可以解决化工和机械的综合问题，而后一类问题在过程工业中非常普遍，实现了化工与机械的复合，曾被誉为“万金油”专业。这正是“化机”专业生存以及“化机”专业人才一直受到社会青睐的根本原因。近几年“化机”专业数量迅速扩大，目前我国已有140余所高校设置了该专业。然而，进入20世纪90年代，社会对“化机”专业人才的要求发生了改变。主要是由于过程装备越来越趋向大型化、精细化和自动化，流程参数（如压力、温度、流量等）与过程的进行必须实施精确的自动控制，将“过程”、“装备”与“控制”三个相关学科紧密有机地结合在一起，实现“化-机-电一体化”，这是“化机”专业改革的必然[1]。根据教育部1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》，辽宁工业大学将“化工设备与机械”本科专业正式更名为“过程装备与控制工程”专业。本专业不是一个独立的学科，实际上是将机械工业和控制工程经发展和改造，使之能服务于过程工业。因此，过程装备与控制工程是一个融“过程”、“机械”和“控制”为一体，将“化工”、“机械”和“信息”学科紧密结合而形成的“化—机—电”一体化的多科型、交叉型专业[2]。

二、专业建设的指导思想

过程装备与控制工程专业建设的基本思路是“以过程装备设计为主体，以过程原理与装备控制技术应用为其两翼(简称‘一体两翼’)”的复合型专业[3]，培养以工程师为主的应用型人才。专业发展方向：了解工艺过程，熟悉机械基础，突出过程装备及控制。研究内容包括：过程装备设计与制造、高效节能装备的开发、成套装置的开发与设计、成套工程、设备结构及强度理论、过程安全理论技术与装备、流程参数控制理论与技术、粉体理论与技术等。主要服务对象定位能在化工、石油化工、能源、轻工、制药、制冷、动力、环保、生化、食品、机械和劳动安全等行业从事过程装备与控制的设计、研究、运营、技术开发与及管理工作。三、专业建设的主要措施

（一）专业培养目标的定位

参照过程装备与控制工程专业教学指导委员会制订的总体框架，专业的培养目标重新定位为：培养具备化学工程、机械工程、控制工程和管理工程等方面的知识；能在化工、石油、能源、轻工、环保、医药、食品、机械及劳动安全部门从事工程设计、技术开发、生产技术、经营管理以及工程科学研究等方面工作的高级工程技术人才。本专业学生主要学习化学工程、机械工程及控制工程等方面的基础理论，掌握过程装备设计的基本概念、基本理论及基本方法，具备工程师的基本素质，能够运用基本理论研制、开发、制造及生产组织管理等[4]。教学计划体现了“一体两翼”的专业总体构架，实现了化学工程、机械工程和控制工程多学科交叉。

（二）建设高素质专业师资队伍

建立一支高素质、结构合理的师资队伍，是专业建设的关键。目前，该专业已形成一支学历层次高(博士占25%，硕士占75%)、年龄结构和职称结构比较合理(45岁以下占65%、高级职称占75%)、专业素质水平较高的教师队伍[1]。为弥补原“化机”专业教师过程控制方面理论知识的欠缺，我们引进二位博士来做过程控制带头人。

（三）更新教学方法及手段

在教学方法上，采用互动式、启发式教学，讲课突出重点[1]。对容易理解掌握的内容要求学生以自学为主，教师只起督促、答疑质疑和考核作用，让学生自学和教师讲授、指导、解难答疑相结合。促进了学生学习的积极性，使学生获取知识的能力大大增强。在教学手段上，利用先进教学技术，采用多媒体（CAI）和教学模具教学。如过程装备制造、过程设备设计、过程机械和化工原理等课程，使用三维课件加图片资料讲解，增加动态演示效果，看到了只能下厂实习才能看到的设备结构、工作过程，形象生动真实。加深了学生对制造过程、设备结构和工作原理的理解，提高了教学效果。解决了黑板甚至挂图也难以表达的问题。激发了学生学习的兴趣。

（四）调整和优化课程体系

根据辽宁工业大学的实际情况，以培养目标为指导、以知识结构为框架、以培养规格为尺度，进行理论教学与实践教学内容的合理配置。在教育思想上由传授知识转变为能力培养；在课程内容上按照“加强基础、砍掉重复”的原则进行重组，并充分注意各课程的分工、衔接、协调与补充[2]。在教学计划和课程体系方面，以过程装备为主体，以化工过程和过程控制为两翼，具体地说：过程的主体是化工装置，包括化工单元设备及设备成套技术，且必须以工艺技术（化工过程）和过程控制为补充，从而使之成为培养工程型人才的摇篮。贯彻厚基础、宽专业、强能力、高素质的基本原则[2]。结合辽宁工业大学的实际情况，过程装备与控制工程专业课程体系如下：

1.精炼化工方面课程、加重机械方面课程、强化控制方面课程。由于过程装备与控制专业是复合专业，即化机电的集成，它不可能将三个专业方向的课程全部照搬，故根据我校情况，在教学计划中只设置了工业化学及化工原理两门化工方向的课程，将普通化学砍掉；又因为过程装备与控制工程专业是以机械为主体，故在课程设置上格外突出机械方向的课程。如：按传统设置了机械制图、工程力学、机械原理、机械设计、互换性与技术测量、工程材料、过程设备设计和过程机械等；在此基础上添加了过程工业必需的基础课程，我们设置了粉体力学、工程热力学、工程流体力学等课程。此外，为加强过程装备的自动控制，实现机电一体化，我们认为最核心部分是控制原理和控制方法的应用。为此，设置了电子技术基础、机械控制工程基础、PLC技术基础和过程装备控制技术应用等课程，从根本上实现了化机电的复合。

2.加强专业实验，强调工程实践，注重动手能力培养。实验教学是本科教学的重要组成部分,它与理论教学同样重要，对提高学生的综合素质,培养创新精神与实践能力具有重要作用。“过控”专业实验室主要承担“过控”的专业实验，过去大多是化工机械方向的实验，与“过控”专业要求很不相适应。为此对专业实验进行了全面整合，按照过程装备与控制工程专业人才培养目标的要求，坚持“厚基础，重实践”的人才培养思想，补充了过程装备控制项目的实验。实验类型由单一的验证性实验，增加了综合性实验和设计性实验。例如：新增了过程装备与控制多功能综合实验，多容液位控制系统综合实验等。搭建实践教学，科研平台。实验数据采集、测量、控制与数据处理系统大部分实现计算机控制，提高了学生的实践和创新能力。同时，将实验仿真和实际实验结合起来，提高学生学习兴趣、增加学生参与性、扩大学生知识面。目前可为本科生开设20余个实验，供学生自由选择。为学生实践能力、科研能力和综合素质能力的培养提供了实验教学基地，并对教师的科研工作提供了一定的实验支持，同时还可为社会承担科研与开发任务。

3.充实和丰富实习环节内容，实现实习模式的多样性。实习是工科学生完成工程师基本训练极其重要的实践性环节，也是目前高校整个教学过程中的薄弱环节[6]。其内容与实施方式安排的好坏直接影响学生素质与知识面。经多年教学经验，我们感到培养一支具有丰富实践经验的实习指导教师队伍是确保实习质量的关键。因此应该加强专业教师到校外实训的建设，聘任在生产一线工作的具有高级专业技术职称的专业人员来参与实习指导，从而提高实习指导教师的整体实践水平[6]。其次，还要强化实习基地的建设。实习基地包括校内实习基地和校外实习基地。校外实习使学生开阔眼界、增长见识，学到校内无法学到的先进生产技术与科学管理经验。建立校外实习基地必须是互惠互利，这就要求我们必须与企业建立良好的合作关系，为企业无偿或有偿地提供一些技术咨询和科研服务，从而使企业愿意与我们合作，为学生实习奠定基础[6]。即使这样，也不可能一遇到问题就到企业去实践，对于一些简单的或特别复杂的问题，可将过去去校外实习的单一模式改为在校内实习模式。通过仿真软件的训练，提高学生工程意识和动手能力，既经济、方便，又能达到实习目的。校内实习基于计算机、网络、多媒体课件和仿真软件，由人工建造的模拟工厂操作与控制或工业过程设备为工具，用实时运行的动态数字模型代替真实工厂的仿真实习，缓解由于实习经费紧张，造成实践教学质量滑坡的压力，并可以学到校外实习难以学到的知识；在仿真实习中，学生的主动性得到充分发挥，对化工过程，设备性能及控制参数有了更深理解。这种校内校外相结合的实习模式既缓解了实习压力，又丰富了实习内容，受到了学生的欢迎。

4.改革毕业设计（论文）的模式，从单体化工设备为主转向成套装置设计。毕业设计（论文）是学生在校期间的最后一个实践性教学环节，是培养学生综合运用所学知识解决工程技术问题，是完成工程师素质基本训练的一个关键性教学实践活动。根据企业的要求，修订了毕业设计（论文）大纲和毕业设计（论文）指导书，指导教师依据培养目标从工程实际或纵（横）向科研课题选好题目（不设虚拟题目）后，采用双向选择方式。毕业设计（论文）内容以工程设计为主线，计算机为结合点，把机械、化工及控制技术三个学科的知识交叉、渗透、集成，考察和训练学生的综合能力，有利于培养学生对过程装备系统性和大工程概念的理解，改变了原来传统的单体化工设备设计模式[2]。学生在确定自己毕业设计（论文）题目后，采用计算机软件（AUTOCAD、CAXA和Word）绘制工程图样并输入和输出毕业设计(论文)说明书，从中得到了真刀实枪的训练。掌握科学研究的方法和提高处理工程实际问题的能力，使学生从过去单一的独立设计模式转变为部分独立项目与部分协作项目设计模式，培养了学生协同工作能力。扩大了学生的知识面，提高了学生毕业后的就业机会。

5.加强能力培养,以体验为手段，学研互动，让学生在参与中提高创新能力。教学计划有2个创新学分，其目的是帮助学生树立崇尚科学的思想,培养学生创新能力。具体的做法由科研能力较强的教师把自己的科研成果、科研工作体会、工程实践经验传授给学生,把工程案例带进课堂。这些知识的传授必然能够启发学生思维[5]。然后学生自己申报创新实验的题目或参与老师的科研项目，以实验室（实验装置或过程设备拆装）或工厂为平台，以教学模型或实物为道具，让他们在动眼、动脑、动手过程中认识基本结构，了解基本原理、让技术还原[5]，从而激发学习兴趣和主动性，获得创新意识和创新能力，从中受到初步的科研训练。最后，学生将成果以专利、发表科技论文、参与教师科研项目和创新实验报告的形式申报，经评审合格获取1～2创新学分。

四、专业建设的成果

经过十余年的专业建设和实践探索，辽宁工业大学过程装备与控制专业进一步明确了专业的办学方向，改善了教学条件，教学水平逐年提高。学生独立获取知识能力、工程实践能力和创新能力等方面均有了较大的改善。首先，该专业近五年的就业率均达到90﹪以上，位居我校各专业前列。毕业生主要面向化工、石油化工、能源、动力等行业，企业反映较好，得到了社会的认可；其次，该专业近五年考研率较高（10%以上），被录取的专业主要有过程装备与控制工程、车辆工程、机械制造及自动化和化学工艺与工程等专业；录取的学校不乏名牌大学，如哈尔滨工业大学，大连理工大学、华东理工大学，东北大学，北京化工大学等。而且，目前已有两届化工过程机械硕士毕业生。从这一侧面来讲，我校过程装备与控制工程专业建设是成功的。实现了厚基础、宽专业口径的培养目标，培养出来的本科生综合能力比较强，符合工程型人才的需求，为培养跨学科复合人才探索了新的路子。