新工科背景下機械設計制造及其自動化專業課程體系建設

叢卓紅　張志峰　游慶龍

摘 要：機械設計制造及其自動化專業是實現“中國制造2025”戰略的重要基礎學科，當前新工科背景下，傳統專業需要融合信息通訊、電子控制、軟件設計等學科，向節能環保、智能制造、深化信息技術應用方面發展。在課程體系上，從道德素養、專業素養、實踐能力三個方面構建面向新工科的專業課程體系。

關鍵詞：新工科;機械設計制造及其自動化;發展方向;課程體系

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

近幾十年以來，隨著經濟的快速發展，我國逐漸建立了世界上最大規模的工程教育規模。2016年的工科在校生占在校生總數的1/3左右。這也說明社會進步對高素質工程人才的迫切需求程度。但是現實情況是目前的工程教育培養出來的工程人才很難適應企業的實際需求，與行業實際相互脫節。同時工科教育也浮現了一些十分顯著的問題。比如：社會適應性低、工科教學理科化、人才適應性差的情況。并且在工程教育方面和國際上的工程教育標準差距仍然比較大[1]。隨著進入新世紀，工程教育行業的相關一批富有先驅精神的工作者逐漸形成了北京指南[2]、復旦共識[3]、天大行動[4]等共識。以全力迎接全球產業變革所帶來的挑戰，同時全力支援國家關于“中國制造2025”和創新驅動發展的一系列國家戰略，探索工程教育的符合中國國情的新模式[5]。

對于任何一個繁榮昌盛的國家而言制造業都是其國民經濟的重要支柱。因而制造業的蓬勃發展對于國家的重要性可見一斑。而保證制造業的蓬勃發展就離不了大量的高素質機械專業人才。而我國的機械行業的人才主要是從機械設計制造及其自動化這一機械專業當中誕生。因而機械設計制造及其自動化的教學水平對于國家的重要性便不言而喻了。機械設計制造及自動化是一門融合了機、電、液、信等方面的一個綜合性學科。通過運用多行業、多學科的相關知識解決在現實工程領域當中遇到的問題。使機械裝備能夠達到高效率、高質量、高滿意度、低成本的目的。最近我國提出的“中國制造2025”也就是為了適應新的時代發展要求，完成從制造大國向強國的轉變，實現制造強國的目標。鑒于新的時代要求，所以對于新時代的工程人才在知識、能力、品德等方面也提出了新的現實要求[6]。

1 新工科背景下機械設計制造及其自動化面臨的挑戰

長久以來，我國以往的工科教育更加注重本領域的基礎理論的傳授和教學，使得學生只僅僅局限于了解本專業的知識理論。學生對于其他領域的知識和技能知之甚少。并且在國家努力實現中國制造2025的新的時代背景之下，各個工程領域對于工程教育越來越重視學科的實用性、交叉性與綜合性。需要學生能夠立足于機械本體，靈活運用多領域的技術，比如：信息通訊、電子控制、軟件設計等應對實際工程挑戰。以后的工程領域需要的工科人才更多的是實踐能力比較強、創新能力比較強、國際競爭力比較強、能夠在國家的相關工程領起到引領和開拓作用的復合型工科人才[7]。

2 新工科背景下機械設計制造及其自動化的發展方向

目前在全球范圍內的產業革命正在如火如荼的進行著，信息技術領域的飛速發展正在對全球各個行業都產生了十分深刻的影響。對于傳統工程機械行業來講，工程機械行業未來應結合信息技術向節能環保、智能制造、深化信息技術應用方面發展。密集的創新和產業變革將會為工程機械領域重新賦能。

2.1 節能環保發展方向

在2015年頒布的《中國制造2025》規劃中已經明確將低能耗、低排放和可持續發展，作為我國未來一段時間發展的重點方向。通過實現發展低能耗和以低排放為特征的低碳綠色經濟，從而實現經濟的可持續發展。

工程機械設備因為其特殊的應用場景。所以往往都應用在比較惡略的工況下，往往都會有著高能耗、高污染、高噪音的環境弊端。首先，工程機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手段等方式降低最大程度地降低對大氣環境的污染程度。其次，工程機械的噪聲主要來自于發動機進氣和排氣噪聲，通過高性能空氣濾清器及排氣消聲器可以降低產品噪聲及振動。最后，系統的高效節能設計，由于工程機械設備往往設備功率都比較大，實際工作時負載的變化程度也十分大，所以在低負載的過程中就會有大量的功率浪費，導致能源浪費。所以可以結合相關的微電子領域，對發動機的功率進行實時匹配，從而實現最大程度的節約能源。

2.2 智能化制造發展方向

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相結合，重新賦能制造業，使人工智能技術應用于設計、服務、生產、管理等環節。使機械設備能夠最大程度上解放人力勞動，最大程度上提高生產效率。工程機械行業的智能制造包括智能化的工程機械設備、智能化的制造過程以及智能化的服務。智能化的工程機械設備主要由機械本體、智能處理部件以及外部通信部件構成。機械本體部分和傳統的工程機械裝備差別不大，機械本體都能夠很好地完成機械設計之初的目的。智能部件則主要由處理器、傳感器等部分組成。聯接部件則是由接口、有線和無線連接協議組成。工程機械設備的智能化可以最大程度地利用設備的潛在價值，充分發揮設備每一部分的價值。另外對于整個工程機械作業機群來講若是能夠將機群進行合理地安排調動，最大程度減少設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，智能工程機械設備的特點主要將體現在檢測、控制、優化和自主這四個方面。監測指的是設備的任何時間的工況、設備運行狀態和設備部件的故障狀態等都能夠使用微處理器或者統一的控制中心進行處理，使用者能夠十分直觀詳細地了解每臺設備的情況。控制指的是每一臺設備都能夠通過控制中心遠程實時控制或者預編制好的程序進行控制。優化指的是設備能夠通過自主監控實時進行分析，大幅提高設備工作效率。自主是在檢測、控制和優化功能的基礎上，實現前所未有的自動化。

智能制造過程是指制造過程中以智能工廠為基礎，通過建立工廠、企業和產品之間的智能互聯制造網絡從而實現生產過程的實時管理和優化，產品工藝設計優化、工廠規劃的數字設計與仿真，底層智能裝備、制造單元、自動化生產線，制造執行系統，物流自動化與管理等企業管理系統。

智能服務是通過采集大量的設備實時運行數據，在企業數據中心進行分析和處理，對設備的失效進行預測，提前進行安排維修和保養，最大程度提升設備使用體驗和降低因設備臨時失效造成的成本的浪費。

3 新工科背景下機械設計制造及其自動化的課程體系

國內工科的培養目標在課程設置上偏重于專業課程，交叉管理類課程占比相對較小。在教學計劃上，必修課占比較大，缺乏選課彈性;偏重基礎理論學習，實踐環節薄弱。以工程機械為主要對象的機械設計制造及其自動化專業的課程體系從道德素養、專業素養、實踐能力三個方面構建面向新工科的專業課程體系。

道德素養則主要包括思想道德、職業道德、學術道德三個方面。思想道德則主要是從人生觀、世界觀、工程倫理等方面加強學生的思想道德。學術道德主要從知識產權教育、創新意識等方面加強學生的學術道德。職業道德主要從培養學生的敬業精神、創業意識和團隊協作能力等方面加強學生的職業道德。

專業素養主要是指學習機械裝備產品的數字化設計、制造、運用、管理及故障診斷等方面課程。學生擁有扎實的專業知識、專業意識和專業品質，具有專精的行業知識和技能，面對實際問題能夠采取科學的思維方式進行思考。了解在現有的條件下，如何通過合理的組織和配置人、財、物等因素，提高生產力的水平。

實踐能力主要是指是否具有能夠合理利用所學的專業知識，解決實際生活中所遇到的現實問題的能力。所有的理論知識的學習往往都是要服務于實踐的，實踐能力往往是衡量整體的課程教學質量的標準。

參考文獻：

[1]顧秉林.中國高等工程教育的改革與發展[J].高等工程教育研究，2004（05）：5-8.

[2]新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（04）：20-21.

[3]“新工科”建設復旦共識[J].復旦教育論壇，2017，15（02）：27-28.

[4]“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（02）：24-25.

[5]韓鵬.對新工科教育理念的思考[J].黑龍江高教研究，2018（08）：58-60.

[6]張孟芳，張安富.“中國制造2025”對高等工程教育提出的新要求及其應對[J].黃岡師范學院學報，2018，38（04）：49-54.

[7]中國工程院“創新人才”項目組.走向創新——創新型工程科技人才培養研究[J].高等工程教育研究，2010（01）：1-19.

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