面向遼寧流程工業(yè)的系統(tǒng)工程課程改革與實(shí)踐

孫亮亮 孫亮 李宇鵬

[摘? ? ? ? ? ?要]? 面向振興東北地區(qū)老工業(yè)基地的工業(yè)企業(yè)需求，針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)工程課程培養(yǎng)模式與現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)升級(jí)改造對(duì)人才需求的定位，從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、日常教學(xué)方法以及工程教學(xué)改革等方面做出了積極探索，設(shè)計(jì)了面向遼寧流程行業(yè)的系統(tǒng)工程教學(xué)改革方法，并應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中。研究成果解決了工程類高校與工業(yè)企業(yè)用人需求的“代溝”，明確了工科類院校系統(tǒng)工程課程的教學(xué)目的和方法;為工程類院校向工業(yè)企業(yè)輸送人才的教學(xué)模式奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 系統(tǒng)工程;流程工業(yè);人才需求;實(shí)踐教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）14-0030-02

一、引言

遼寧省作為國(guó)家重要的老工業(yè)基地，其工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、能力以及水平對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。2000年以后，東北不斷積累發(fā)展實(shí)力，推進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)崛起，在生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)、創(chuàng)新體制改革等方面做了諸多調(diào)整，并取得了良好的成果。然而，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的發(fā)展，遼寧省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與工業(yè)化道路的發(fā)展卻依舊保留濃厚的傳統(tǒng)工業(yè)色彩，傳統(tǒng)的單體自動(dòng)化設(shè)備升級(jí)、企業(yè)資源計(jì)劃層ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃）與生產(chǎn)過(guò)程控制層PCS（Process Control System，過(guò)程控制系統(tǒng)）的扁平化管理模式，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化的升級(jí)等諸多因素影響，而不能滿足合計(jì)實(shí)際生產(chǎn)需要。從工業(yè)企業(yè)對(duì)人才需求的角度來(lái)看，針對(duì)工程類高校控制專業(yè)學(xué)生而言，傳統(tǒng)的控制專業(yè)系統(tǒng)工程學(xué)科內(nèi)容已經(jīng)難以滿足飛速發(fā)展自動(dòng)化水平建設(shè)需求，繼而無(wú)法保證實(shí)際大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)綠色、高效、低能耗、高質(zhì)量工業(yè)生產(chǎn)的人才要求。故此，如何從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，以系統(tǒng)優(yōu)化為核心研究?jī)?nèi)容，結(jié)合遼寧省信息化工業(yè)生產(chǎn)研究背景，提出解決大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化問(wèn)題的理論，探索工程類高校學(xué)生的課程設(shè)計(jì)改革方法，使高校人才能夠更加適應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)需求，成為當(dāng)今工程類高校研究的重點(diǎn)課題之一。為此，如何科學(xué)合理地設(shè)計(jì)具有遼寧工業(yè)特色的系統(tǒng)工程課程改革與實(shí)踐體系勢(shì)在必行。

二、以行業(yè)的需求為驅(qū)動(dòng)，以解決問(wèn)題為目標(biāo)，科學(xué)設(shè)計(jì)教改內(nèi)容

現(xiàn)有的系統(tǒng)工程教材主要采用北方交通大學(xué)出版社出版的《高等學(xué)校教材系統(tǒng)工程》。該教材的主要框架是從系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)工程的基本理論和研究方法。該教材分別對(duì)系統(tǒng)工程的基本概念、基本原理、基本思路、分析方法以及相關(guān)的優(yōu)化算法、評(píng)價(jià)方法和決策技術(shù)進(jìn)行了介紹;然后通過(guò)一些實(shí)際的工業(yè)企業(yè)案例對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)工程理論在實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。但是，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，考慮到在實(shí)際工程中，過(guò)程控制設(shè)備自動(dòng)化水平的提高，實(shí)際工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵行業(yè)、制藥行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等的工業(yè)生產(chǎn)瓶頸以及企業(yè)難題已經(jīng)從傳統(tǒng)制造行業(yè)底層設(shè)備控制轉(zhuǎn)到現(xiàn)代制造行業(yè)基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)的集成優(yōu)化管理，造成已有的基礎(chǔ)理論和方法不能滿足課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)需求的結(jié)合。故此，本課題設(shè)計(jì)了具有遼寧工業(yè)特色的系統(tǒng)工程課程改革與實(shí)踐方法。基于前期在系統(tǒng)工程及相關(guān)支撐基礎(chǔ)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容、教案的整理以及試卷分析，梳理系統(tǒng)工程課程難點(diǎn)以及重點(diǎn)，挖掘在系統(tǒng)工程授課過(guò)程基礎(chǔ)理論的薄弱環(huán)節(jié)，分析基礎(chǔ)理論薄弱環(huán)節(jié)造成的原因，對(duì)應(yīng)找出支撐基礎(chǔ)專業(yè)課程的課程內(nèi)容;以問(wèn)卷調(diào)查、座談等多種方法，與學(xué)生針對(duì)課程需求、課程難點(diǎn)進(jìn)行整理，征集學(xué)生對(duì)課程提高的建議和意見(jiàn)，找出學(xué)生在授課過(guò)程的“瓶頸”;梳理系統(tǒng)工程課程主線知識(shí)內(nèi)容，針對(duì)遼寧省現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合最新的工業(yè)系統(tǒng)工程優(yōu)化理論、運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)理論，總結(jié)遼寧省現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)工程應(yīng)用與已開(kāi)展的系統(tǒng)工程課程理論之間的“銜接缺口”，拓展系統(tǒng)工程課程框架結(jié)構(gòu)及知識(shí)內(nèi)容。其主要內(nèi)容包括構(gòu)建工業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論課程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程學(xué)與工業(yè)企業(yè)綜合應(yīng)用課程設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)工程計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)三部分改革內(nèi)容。通過(guò)三部分的課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效培養(yǎng)控制學(xué)科學(xué)生的系統(tǒng)工程理論以及應(yīng)用能力，針對(duì)遼寧省工業(yè)生產(chǎn)的人才需求，有目的地對(duì)工科類學(xué)生培養(yǎng)進(jìn)行規(guī)劃。

（一）構(gòu)建工業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論課程設(shè)計(jì)改革

在教學(xué)內(nèi)容方面，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工程課程知識(shí)的講解，包括對(duì)系統(tǒng)的組成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流、控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析研究，繼而提出在基礎(chǔ)系統(tǒng)論基礎(chǔ)上新的系統(tǒng)工程研究方法。重點(diǎn)圍繞工業(yè)系統(tǒng)工程建模理論、優(yōu)化方法設(shè)計(jì)理論、仿真優(yōu)化方法等內(nèi)容進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。讓學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學(xué)論的知識(shí)的掌握的基礎(chǔ)上，了解、熟悉并且掌握工業(yè)發(fā)展最新研究熱點(diǎn)、方法及體系;同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)課程改革讓學(xué)生熟悉工業(yè)系統(tǒng)工程的相關(guān)概念以及相關(guān)設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生對(duì)系統(tǒng)工程的認(rèn)識(shí)不局限于書(shū)本的基礎(chǔ)理論，認(rèn)識(shí)到課程理論與實(shí)際結(jié)合的必要性和重要性。使學(xué)生掌握最新系統(tǒng)工程理論的發(fā)展動(dòng)態(tài)以及研究方法，重點(diǎn)講述系統(tǒng)工程優(yōu)化理論在遼寧省工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，包括在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的優(yōu)化（控制問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述、控制問(wèn)題的模型搭建以及控制問(wèn)題的解決方法）、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程故障檢測(cè)診斷（控制問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型、故障診斷檢測(cè)方法）、生產(chǎn)流程計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題的優(yōu)化（管理問(wèn)題的難點(diǎn)分析、管理問(wèn)題的模型搭建以及管理問(wèn)題優(yōu)化方法的選擇），鍛煉學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的描述能力、建模能力以及計(jì)算設(shè)計(jì)能力。

（二）系統(tǒng)工程學(xué)與工業(yè)企業(yè)綜合應(yīng)用課程設(shè)計(jì)改革

在應(yīng)用設(shè)計(jì)方面，通過(guò)課程實(shí)踐的設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生在工業(yè)企業(yè)參觀、組織工業(yè)企業(yè)專家講座的設(shè)計(jì)形式，介紹現(xiàn)階段遼寧省工業(yè)生產(chǎn)的流程、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)特點(diǎn)以及產(chǎn)品特性等信息。在學(xué)生對(duì)系統(tǒng)工程基本理論的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)工程觀念出發(fā)，以最優(yōu)化的思想熟悉工業(yè)系統(tǒng)整體的最優(yōu)綜合化組織、管理、技術(shù)和方法，繼而以遼寧省幾個(gè)典型的鋼鐵企業(yè)（鞍山鋼鐵廠、本溪鋼鐵廠）為例，分析流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)、難點(diǎn)。結(jié)合在課程講授過(guò)程中的系統(tǒng)工程基礎(chǔ)理論、優(yōu)化方法，以啟發(fā)式的教學(xué)理念鍛煉學(xué)生在實(shí)際問(wèn)題中的分析、處理能力及水平。同時(shí)，在系統(tǒng)工程課程講義、課件、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)講義的設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)在系統(tǒng)工程學(xué)與工業(yè)工程優(yōu)化相結(jié)合的授課內(nèi)容。講系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論與最新研究方法與工業(yè)企業(yè)不同時(shí)期的需求進(jìn)行總結(jié)和分析，提出現(xiàn)階段遼寧工業(yè)生產(chǎn)切實(shí)需求的系統(tǒng)工程理論方法。通過(guò)實(shí)施案例教學(xué)，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的理論授課形式轉(zhuǎn)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法中。基于遼寧省工業(yè)企業(yè)對(duì)工程院校的需求，利用遼寧省特有的工業(yè)企業(yè)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)講座、教學(xué)以及報(bào)告等形式，摘取幾個(gè)特有的工業(yè)企業(yè)與系統(tǒng)工程理論結(jié)合的案例進(jìn)行授課。

（三）系統(tǒng)工程計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)改革

在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真方面，通過(guò)系統(tǒng)工程綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，學(xué)生不但可以對(duì)系統(tǒng)工程課程的基本理論、模型搭建以及算法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，也可以對(duì)在實(shí)際工業(yè)工程問(wèn)題的解決方法進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)工程課程在對(duì)理論、計(jì)算機(jī)能力以及工業(yè)工程背景的了解之間的相互關(guān)系。提高學(xué)生在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)理論的能力，鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)動(dòng)手操作能力，熟悉現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)工程領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)平臺(tái)并開(kāi)發(fā)軟件，擴(kuò)展學(xué)生對(duì)系統(tǒng)工程課程在工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。考慮到系統(tǒng)工程課程屬于計(jì)算機(jī)、控制科學(xué)與工程與管理學(xué)科的交叉課程。故此，基于不同控制類學(xué)科專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)的不同，科學(xué)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)工程課程系統(tǒng)工程計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)與工業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論課程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程學(xué)與工業(yè)企業(yè)綜合應(yīng)用課程設(shè)計(jì)兩部分銜接內(nèi)容的研究。保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)課程理論知識(shí)的理解基礎(chǔ)上，對(duì)以工業(yè)生產(chǎn)為應(yīng)用背景的模型設(shè)計(jì)、算法開(kāi)發(fā)能夠直觀的理解，并且對(duì)部分優(yōu)秀的學(xué)生需要達(dá)到掌握的要求，為后續(xù)學(xué)生對(duì)控制類相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和科研打下基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語(yǔ)

面向遼寧流程行業(yè)的系統(tǒng)工程課程改革與實(shí)踐研究將實(shí)際工業(yè)工程生產(chǎn)需求與工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化理論相結(jié)合。在振興東北老工業(yè)基地的背景下，緊密對(duì)接遼寧省以鋼鐵、制藥、醫(yī)療企業(yè)為代表的流程工業(yè)產(chǎn)—學(xué)—研社會(huì)—高校培養(yǎng)對(duì)接模式。本文以遼寧省老工業(yè)基地的特點(diǎn)和工業(yè)系統(tǒng)工程現(xiàn)階段的熱點(diǎn)為切入，深入探索研究了以為鋼鐵、制藥、醫(yī)療企業(yè)背景的工業(yè)系統(tǒng)工程科學(xué)理論課程體系的構(gòu)建方法，實(shí)際工業(yè)企業(yè)綜合應(yīng)用需求與系統(tǒng)工程課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的邏輯關(guān)系以及工業(yè)系統(tǒng)工程課程與計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的科學(xué)方法。本文所提方法在國(guó)內(nèi)某高校的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。通過(guò)方法的實(shí)施，在加深了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)系統(tǒng)工程理論知識(shí)掌握的基礎(chǔ)上，有效地培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)工程類高等院校學(xué)生在實(shí)際工業(yè)企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題中系統(tǒng)建模、系統(tǒng)集成優(yōu)化以及計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì)能力，為以相關(guān)工業(yè)企業(yè)與工程類院校高校人才培養(yǎng)模式的研究奠定了理論基礎(chǔ)的參考與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊鳳，賈山亮，徐飛.遼寧省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].經(jīng)濟(jì)師，2014（3）：65-66.

[2]錢正榮.現(xiàn)代管理方法入門[M].北京：北京工業(yè)學(xué)院出版社，1987.

[3]錢吳永，王育紅，曹文彬.工業(yè)工程課程體系設(shè)置優(yōu)化研究[J].無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，14（2）：83-86.

編輯 張 慧