智能制造背景下機械工程專業課程體系信息化改造

張衛芬，李永梅，董祥國，嚴紅霞

(東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088)

0 引言

隨著數字化、網絡化、智能化的快速發展，工業化與信息化的深度融合將邁上新臺階。推進智能制造從而實現中國制造轉型升級已是當務之急[1]。制造業的智能化發展使得制造型企業對于技術技能人才的知識和能力提出了新的要求，為了應對這一變化，應用型本科機械專業的人才培養課程體系應當根據時代發展做出相應規劃和調整。本文根據智能制造對機械專業課程體系的影響，對機械專業課程體系進行了信息化改造，以求滿足智能制造的要求。

1 智能制造對機械專業課程體系的影響

(1)跨學科的知識體系。智能制造使得大量的智能設備得以應用，而智能設備的重要特征是機、電、液、信息技術等的高度復合，在此背景下，機械工程師不僅需要具備傳統的機械學科知識與專業技能，同時還應掌握現代設計制造理論，了解數字化網絡制造、信息技術、自動化技術等跨學科的相關知識，重視產品全生命周期生產流程的相關知識，具備多學科交叉思考問題的能力。因此，在課程體系中要打破原有的傳統專業知識界限，重視跨學科的知識體系的設置，構建課程群，使學生具備較寬的知識基礎和復合化的運用知識的能力。

(2)數字化軟件知識智能制造時代，信息技術可使得現實產品與現實產品的數字化鏡像之間通過數據交互實現深度融合，數字化鏡像是在虛擬環境中進行模擬仿真產品在現實世界中的制造、運行等狀態，以便發現問題、解決問題，將設計錯誤糾正在產品設計制造和實用之前，大大降低了生產制造成本，壓縮制造工期。因此培養學生具備在產品數據管理環境下，熟練運用數字化軟件從事產品設計制造等技術工作是機械專業新工科課程體系的重點之一。

(3)行業背景知識課程的設置需要具備行業背景知識。隨著企業的用人標準和需求在不斷變化，學校和老師應深入企業生產一線進行調研，了解當前技術人員需要掌握的知識技能，在教學過程中及時補充和調整課程體系，進一步充實專業課程內容，并及時選擇、歸納、整理與之相對應的教學案例，盡量讓課程內容與工程實踐掛鉤，以跟上企業和社會的發展，滿足其用人需求。

2 機械專業課程體系信息化改造

機械專業課程體系信息化改造需在傳統的課程體系基礎上調整人才培養目標、重構課程體系、調整和更新教學內容。

(1)培養目標。隨著信息技術和制造業的結合日趨緊密，為滿足智能制造、數字化制造對高素質應用型人才的新要求，通過走訪企業、問卷調查等方式深入調查智能制造對高素質應用型人才的需求，我校機械專業明確了本專業人才培養目標：本專業培養德、智、體、美、勞全面發展，具備扎實的機械產品設計制造基礎理論、專業知識與專業技能，良好的信息技術素養，掌握數字化、智能化產品設計制造技術的原理與方法，具備產線設計、產品數據管理、生產管理等工作能力和創新意識的高素質應用型工程技術人才。為確保人才培養目標的實現，通過“產教融合、引企入教、校企共建”等新模式來培養具備良好信息化技術素養的高素質應用型工程技術人才。

(2)機械專業課程體系信息化改造。為實現高素質應用型工程技術人才的目標定位，依據制造業智能化、信息化的特征，本專業制定了培養方案，構建了信息化技術與機械專業教學內容有機融合的理論教學體系和實踐實訓體系。聚焦應用、面向工程，將信息技術融入多門課程中，培養自然科學知識、專業基礎知識、工程實踐能力及職業崗位適應能力相統一的，具有較強工程實踐能力、專業素養和職業能力的高素質應用型人才[2]。

機械工程專業課程體系(不包括思修課程、高等數學、大學英語、大學物理等公共基礎課程)如圖1所示，該課程體系橫向由專業基礎課、專業主干課和專業綜合實訓三大類組成，縱向由機械類課程、自動控制類課程和計算機類課程組成。機械類課程包括機械基礎課程群、機械設計課程群和機械制造課程群，每個課程群均配有相應的實驗和課程設計，奠定機械基礎知識和應用，確保學生具備從事本專業的基本業務技能。自動控制類課程包括自動控制類基礎課程群和控制系統課程群，在電子電路和控制理論的基礎上強調機電液控制系統的設計和應用。計算機類課程包括程序語言類課程群和計算機類課程群，注重程序語言的學習，強調數據庫的學習和應用，增強學生在計算機二次開發等方面的應用。這三類課程在專業綜合實訓時互相融合交叉，實現知識的綜合應用，旨在培養學生能解決復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬的能力。如機械產品設計綜合實訓，課程選擇機床為載體，以綜合實訓為手段，將各個單一離散設計環節串接起來，涉及機械產品設計及制造中的機械制造裝備設計、機械制造工藝與裝備設計、產品仿真分析、檢驗和質量管理等設計環節，將先進的數字化設計技術融于傳統的設計過程中，學生完成全流程的實訓任務后可對機械產品設計整個過程和制造工藝規劃與實施進行一次全面總結，最終強化學生工程意識，提高學生工程實踐能力。

圖1 機械工程專業課程體系

依據現代產業技術交叉融合的特征，圍繞高素質應用型工程技術人才的目標定位，及時調整和更新教學內容，將信息技術和本科應用型人才的培養有機結合起來，在理論教學和實踐教學內容中將西門子工業軟件NX，TC，Tecno與本專業課程進行橫向融合，使得知識與能力融為一體，學生畢業時已經具備熟練的計算機信息素養，并得到了相應工程項目的系統訓練。如NX系統軟件，貫穿于機械設計課程群和機械制造課程群及相關的課程設計，通過課程學習，學生可掌握NX的建模、分析、仿真等功能，對接智能制造所需的數字化軟件知識。再如TC系統軟件，與計算機類課程群相關，學生可掌握在TC環境下產品全生命周期管理。Tecno系統則用于機械生產線設計和機制工藝設計中，學生可掌握在Tecno環境下產品工藝分析及生產線設計與仿真，滿足智能制造對數字化網絡制造的需求。

3 教學方式

(1)充分利用信息技術輔助教學。充分利用計算機技術及網絡平臺等信息技術輔助教學，與課堂教學進行深度融合。由于機械工程專業課程理論性較強，課堂授課只限于教材范圍的知識，對實際應用遠遠不夠，因此在教學中采用慕課資源對課程內容進行補充，將課堂授課與慕課、微課相結合，引入案例分析、項目驅動、互動討論、翻轉課堂等教學方法和教學手段，豐富課堂教學，提升教學效果[3]。

(2)校企共建實訓平臺通過校企共建實驗室、實訓中心、校外實踐基地，通過與知名企業共建實訓平臺，提升學生的工程實踐能力，助推智能制造背景下機械專業的人才培養。東南大學成賢學院機械與電氣工程學院與埃斯頓機器人技術有限公司共建機器人實驗室，與西門子工業軟件公司共建TC實訓中心，組織學生參加Siemens PLM Software NX項目認證，以訂單企業實踐基地建設為主導，進行“3+1”校企培養，前三年在校完成專業學習，第四年在企業進行實習實訓，達到校企生三方共贏。

4 加強師資隊伍建設師資隊伍建設

加強師資隊伍建設師資隊伍建設是人才培養的基礎，為此學校層面制定了一系列規章制度，加強雙師雙能型教師培養。教師要定期去企業生產一線參加工程實踐能力培養，不斷提高自身的工程素養，在企業實踐期間獲得了第一手的教學資料，極大地豐富了課程講授內容，對當前智能制造現狀提供了翔實的教學素材。鼓勵專任教師參加相關行業培訓和行業前沿會議，考取資格證書，提升自身信息化水平。通過校企合作、企業導師、客座教師等多種形式，發揮企業人員的作用，如聘請企業高水平工程師加入主講教師隊伍中，在教學過程中，將豐富的工作實踐案例引入教學，融“教、學、做”為一體，提高學生在教學過程中的參與程度，激發學生學習的積極性和主動性。同是，聘請業內知名專家擔任客座教授、講座教授和專業建設委員會成員，引進高水平的行業專家作為導師，舉辦針對智能制造的高端講壇，為學生講授理論和實踐課程，指導課外實習，開設專題講座，打造校外、校內專家聯合培養機制。通過產教融合模式，形成了深入扎實的校企共建教學生態，有效助推了師資團隊的建設，確保高素質應用型工程技術人才培養目標的實現。

5 結語

信息技術是當今時代的特征，正無所不在地改變著人們的生產生活方式。面向智能制造的新工科的本質要求，就是要把在工業社會誕生且已十分成熟的傳統工科專業，轉型升級為具有信息社會時代特質的工科專業。順應社會發展的趨勢，更新優化機械專業課程體系以滿足機械工程師職業崗位對設計制造信息化的知識、技能、能力要求，是高校提高專業競爭力和畢業生就業質量的必然選擇。以工業軟件與教學過程的深度融合為主線，以信息技術推進教學內容與教學方法現代化為主攻方向，以智能制造背景下的人才需求為培養目標，將傳統機械專業改造升級為具有信息時代特質的新工科專業是制造業發展的時代需求，有助于解決智能制造人才緊缺問題。