智能制造工程专业特色建设思考和实践

摘要：文章以S大学智能制造工程专业为例，基于人才培养目标、专业内涵、学科方向凝练出智能制造工程专业特色，进一步围绕专业教学体系和实践教学平台构建对智能制造工程专业特色的建设路径和实施方案进行了深入探讨，以期为其他院校智能制造工程专业的建设提供一定的借鉴意义，为智能制造工程专业的良性发展提供实践支撑。

关键词：专业特色；智能制造；建设路径；实践教学；工程项目

在全球范围内，随着工业互联网、大数据和人工智能等技术在制造领域的蓬勃发展与广泛应用，主要发达国家先后制定了以智能制造为核心的制造业振兴计划，我国也顺应制造业新变革趋势推出了以智能制造为主攻方向的“中国制造2025”发展战略。为了应对智能制造人才快速增长的需求，截至2021年3月，我国已有200多所不同层次的高校获批设立智能制造工程专业，其中S大学于2018年获准新设该专业。通过分析近几年高校获批情况不难发现，新设的高校数量增加迅速，且呈现高校地域分布广、办学条件差异大等特点。

一、智能制造工程专业特色建设问题的提出

智能制造工程专业作为一个开设三年左右的新工科专业，专业人才培养体系尚处于研究和探索期，如何基于内外部办学条件和专业内涵凝练与打造专业特色，培养特色鲜明的智能制造人才以更好地服务传统制造业转型升级的需要，已成为智能制造工程专业人才培养当前所面临的主要考验和挑战。专业特色建设是推动一个专业持续健康快速发展的重要手段，更是区别于其他办学单位同类专业而凸显自身人才培养优势和竞争力的重要保证。从专业发展的内在规律考虑，一个新专业开办之初须考虑自身特色和人才定位，不断强化专业优势，增强人才培养的特色，增强学生的竞争力和发展潜力，避免专业建设出现同质化问题[1]。抓住专业特色，突出其优势，再以此来带动专业整体教育质量的提升是一条可行之路[2-3]。特色建设是专业内涵式发展的关键途径之一，也是专业人才培养质量的重要保障。

二、专业内涵分析及其特色凝练

任何一种新制造模式的出现都离不开新技术的不断发展及其与产业界的深度融合，在制造业内需求发生重大变化时，适应新需求的制造模式就会应运而生，例如柔性制造、大规模客户化定制、精益生产等。在人工智能技术、大数据与制造业快速融合的大背景下，制造企业需求已经由生产成本、产品质量逐步拓展到生产效率的新阶段，智能制造也因此备受业界关注和重视。智能制造本质是基于“信息物理系统”（CPS）实现产品全生命周期的人、机、料、法、环、测、能等各种企业资源的智能集成和管控。智能制造工程专业是融合计算机、自动化、机械、工业工程等学科知识的综合性新工科专业，具有极强的交叉性、系统性、实践性等专业特征。专业特色建设重点是以特定领域需要的知识和技能培训为载体，在学习解决具体问题的过程中，获得一般问题的解决能力[4]，是人才培养目标达成度实现与否的重要体现。S大学智能制造工程专业主要依托机电工程学院现有的学科和专业，融合机械、自动化、工业工程、电子信息、计算机等五大学科进行专业组建和设置。专业建设紧紧围绕“中国制造2025”和“工业4.0”制造强国战略，以智能制造产业需求为导向，立足苏州面向长三角地区培养智能工厂和物流、智能机器人及装备、先进制造等领域急需的高级工程技术人才和运营管理人才，培养具有“基础扎实、实践能力、协作能力、创新思维、国际视野”且能够引领智能制造企业发展和创新的社会栋梁。在此人才培养目标的定位下，基于智能制造工程专业内涵和机电工程学院学科优势，面向苏州及长三角智能制造产业人才需求特点，凝练的专业特色包括：（1）机器人为核心的高端装备；（2）增减材技术为代表的先进制造；（3）工业工程为基础的智能管理及运营；（4）工程项目为驱动的智能制造工程实践训练。专业特色涵盖了智能工厂纵向维度的设备层、制造层、运营管理层，并通过智能制造工程实践训练体系将前三个特色有机地联系了起来，有效打通和串联智能工厂横向维度的设计、生产、管理、服务等制造环节，培养学生的创新性思维，最终达到培养学生具备解决复杂智能制造系统工程问题的能力。

三、专业特色建设路径探索

专业特色的形成离不开科学的人才培养体系，高校可通过专业课程体系建设、构建多层次专业实践教学体系以及搭建专业实践平台三层面着手。

（一）专业课程体系建设

专业课程体系是专业人才培养方案中最重要的组成部分，对专业特色的培育起着举足轻重的作用。S大学智能制造工程专业课程体系以专业内涵为基础，专业特色为驱动，产业需求为牵引开展规划和建设，课程体系架构如图1所示。专业核心课程主要包括机器人学、工业机器人及应用、智能传感与检测、生产计划与控制、智能制造信息系统、工业互联网、智能制造系统集成实践。整个课程体系强调基础、交叉、模块、实践等特点，大类基础课以宽基础、重交叉进行设置，专业必修和选修课程分别围绕机器人及高端装备、先进制造以及智能管理与运营三个模块进行设置，为专业特色的形成和建设提供相应的理论知识储备与支撑。实践教学课程主要包括课程设计、智能制造系统集成实践、实习以及毕业设计等，其中课程设计的构思基于工程项目并融合多门专业课程离散化的知识点，充分体现“大课程设计”特点，培养学生的系统化思维。如机械设计与制造课程设计，打破传统的机械设计或机械制造课程设计，让学生掌握产品设计和制造之间的内在关系，在产品设计阶段即考虑加工工艺的特点和要求；智能工厂建模与仿真课程设计涵盖和融合了智能工厂规划和设计、系统建模与仿真、智能物流装备等内容和知识点。

（二）构建多层次专业实践教学体系

新工科改革从以学科导向转为以产业需求为导向，专业建设应围绕当地社会经济发展新需求，使专业建设在适应和服务区域经济社会发展方式变革中，实现自身特色化发展[5]。实践教学环节在高等教育实施创新型人才培养战略方面起着重要作用，本专业的实践教学体系规划以智能制造产业需求为导向，将项目驱动作为主线贯穿实践教学的全过程，规划各类课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计以及科技创新活动等实践环节，打造包括智能制造工程专业基础实践、综合实践、创新实践的多层次实践教学体系，以工程项目为驱动的实践教学体系架构（如图2所示）。其中，基础实践教学包括课程实验和课程设计等，综合实践训练则涵盖生产实习和毕业设计两个实践教学环节，工程创新实践训练以各层次的智能制造工程项目课题为载体，包括创新/创业项目、学科竞赛项目等。为了提升专业创新实践训练体系的建设和运作效率，校企双方共同投入建设学生创新创业教育中心，由实践教学经验丰富的教师与企业人员组建团队管理双创中心，负责学科竞赛项目等级评比、参赛项目辅导和遴选、重大赛项培育和孵化、创业项目路演、校企实践基地建设等工作。在项目驱动式实践教学的实施过程中，最为核心的“工程项目”绝大部分源于企业，在课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计（论文）、科研训练等各层次训练体系中，着力提升智能制造企业在项目构思、设计、实施、反馈等环节的参与度和贡献度。

（三）专业实践平台建设

完善的实验室/实训平台是培养工程创新型人才的前提和基础，也是智能制造工程专业人才培养体系的重要基石。智能制造工程专业实践教学平台建设以承担本专业实践教学任务为主要目标，包括工程实训中心、基础教学实验室、特色实践教学基地、各级科研实验室以及企业实习基地等，其中工程实训中心、基础教学实验室主要满足认知实验和验证性实验教学需求，其他基础实践类实验、综合实践和创新实践训练主要依托特色实践平台、各级科研实验室以及企业实践基地开展。特色实践教学平台围绕机器人及高端装备、先进制造、智能管理和运营三个特色培育需求进行规划和建设，机器人及高端装备平台涵盖人机协作机器人、特种机器人、高端加工中心、智能物流装备等，先进制造实训平台包括CAX、PDM/PLM、增减材制造设备、视觉与感知装置、数字化孪生平台等，智能管理与运营平台则由ERP、MES、APS、DNC/MDC数据采集与处理、工业大数据与云计算、IOT基础模块等功能资源组成。整个特色实践平台涉及机器人、先进制造、人工智能、机器视觉、智能控制、智能管理、虚拟仿真等方面的先进关键技术，通过ERP、PLM、MES、APS、工业互联网实现工厂级智能管控。该特色实践平台可满足各类智能制造工程项目的实施和训练，培养本专业学生解决复杂智能制造工程问题的创新能力和协作能力。在实践教学平台规划和建设过程中，需要从提升实验室开放度、利用率、学生参与度、实训科目的科学性和前沿性出发，始终注重社会资源引入和合作，在资金、技术、人员、软硬件、开放性、服务性等方面探索全方位的合作模式和方式，以提升和完善专业实践教学环境与氛围。

四、结论

制造业的转型升级对智能制造工程人才培养提出了新的要求，专业特色建设是提升人才竞争力的有效途经。本文针对智能制造工程专业特色提炼及其培育途经等问题进行了探讨，分析了智能制造工程专业的内涵和特征，依托学科布局和区域产业人才需求，以S大学智能制造工程专业为例，提炼了机器人及高端装备、先进制造、智能管理及运营、工程项目驱动的智能制造工程实践训练等四个专业特色。在此基础上，对专业特色的建设途径进行了深入探讨，分别对专业课程体系、实践教学体系以及专业实践平台等支撑要素的实施情况进行了剖析和探索，以期为其他院校培养各具特色的智能制造人才提供借鉴和参考。

作者：杨宏兵 迟文政 王传洋 单位：苏州大学