國產替代趨勢下的校企互動式PLC課程教學探索研究

聶菁　劉婷婷　魯艷旻　毛玲

摘 要：針對當前高校中PLC課程普遍圍繞外國品牌PLC開展教學的現狀，建議應積極引入國產替代化產品及技術進入課堂，并探索研究高校與國內相關企業開展PLC課程互動教學的模式，推動人才培養與國產技術的雙向發展。

關鍵詞：PLC 國產替代 校企互動

The Exploration and Research on College-Enterprise Interactive PLC Course Teaching Under the Trend of Domestic Substitution

Nie Jing Liu Tingting Lu Yanmin Mao Ling

Abstract：In view of the current situation that PLC courses in colleges and universities are generally taught around foreign brands of PLC， the domestic alternative products and technologies should be actively introduced， and try to explore a PLC course teaching method under the cooperation between colleges and related domestic enterprises， to promote the two-way development of talent training and independent technology.

Key words：PLC; domestic substitution; college-enterprise interaction

1 引言

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）是一種集邏輯計算、自動控制和網絡通訊的關鍵技術設備，經過50余年的發展，在工業自動化領域得到廣泛應用。由于起步較晚，我國PLC市場長期被三菱、西門子、施耐德等少數外國品牌所占據，但近年來國內PLC企業在外企壓迫的巖石狹縫中逐漸壯大起來，并依靠性價比優勢站穩了市場，涌現出來了如北京和利時、無錫信捷、深圳匯川以及黃石科威等一批優秀企業。

隨著“十四五”期間工業互聯網創新發展戰略深入實施，裝備制造業數字化轉型步伐不斷加快，我國工業自動化領域人才需求呈現井噴態勢。與此同時，近幾年來，以美國為首的西方國家對中國降下“技術鐵幕”，動輒以實體清單、出口管制等方式遏制打壓我國高新技術發展，PLC作為工控行業的關鍵核心設備，更是必爭的“主戰場”。當前，各高校開設的電氣自動化及PLC課程基本都是圍繞外國品牌產品進行展開，因此探索如何讓PLC課程教學積極響應國家發展大局、順應國產替代化發展趨勢，對承擔培養新時代應用型人才的高校以及尋求更高層次發展的企業都有著重要意義。

2 教學現狀分析

2.1 PLC課程的開展情況

PLC相關課程是面向高等學校及高職高專機電一體化、自動控制類及相關專業學生的一門專業基礎課、主干課，旨在讓學生通過系統性學習PLC的基本原理、功能、應用、程序設計方法和編程技巧，掌握1至2種基本機型，從而了解PLC控制技術的基本原理和應用，為今后從事機電、自動控制等領域的工作打下基礎。本文選取了在中國大學MOOC慕課網（www.icourse163.org）上開設了PLC線上課程的40所學校（其中普通高等學校11所，高職高專29所）作為樣本進行分析。

（1）不同學校之間課程內容各有側重。在普通高等學校中，通常與電氣控制或工業控制相關內容一同講授，如我院的《電氣控制與PLC技術》以及南京工業大學開設的《工業控制裝備》課程。在高職高專學校里，則作為一門應用型非常強的課程進行單獨授課，如蘇州工業職業技術學院的《PLC應用與實踐》以及河北科技工程職業技術大學的《PLC控制系統編程與實現》課程。以我院的《電氣控制與PLC技術》課程為例，該課程是電氣專業的必修課程，總共32學時，其中4學時介紹低壓電器、繼電器電路等電氣控制基礎知識，4學時介紹PLC基礎知識，其余24學時均是圍繞三菱FX系列PLC開展編程及應用設計學習。

（2）遍使用成熟外國品牌PLC產品開展教學。我們對抽樣的40所院校PLC課程使用的PLC產品品牌型號進行了統計分析，見表1。

除武漢理工大學開設的《電器控制與可編程序控制器》使用的是中國臺灣品牌的臺達DVP系列外，其余39所學校的課程均使用的是歐美日知名品牌的成熟型號，特別是西門子的S7系列和三菱的FX系列使用率分別為72.5%和20%，合計占比達到92.5%。

2.2 存在的不足

（1）與高速發展的應用場景不相適應。根據實際教學經驗發現，當前PLC課程很容易讓學生誤認為是一個設備實操課，特別是對很多PLC功能應用只要求死記硬背，雖然有一些簡單的設計案例，但并不能很好幫助學生理解PLC作為一個重要工業控制設備所發揮的作用。此外，大多數學校沒有開設如集散控制系統（DCS）、現場總線等與PLC相關的后續銜接課程，且任課老師通常與產業界聯系較少，無法幫助機電專業學生更好地了解現代工業控制知識體系及真實應用場景。

（2）過度依賴外國廠商提供的產品技術。長期以來，西門子、三菱等外國廠商憑借完善的產品體系和優質的客戶服務占據著國內PLC市場，更通過免費、詳盡的仿真教學軟件和線上教程極大降低了PLC學習的門檻。但是作為新時期的高等院校，不應該一味追求簡單方便，要為實現核心關鍵技術自主可控而不斷改進，否則如操作系統、半導體芯片等領域的裹足不前將一次又一次地發生，一旦國家面臨危急時刻，這些外國產品和技術的斷供、禁運、封鎖也一定會發生。此外，長期使用外國品牌PLC也會造成國產PLC設備的專業技術人才無法得到有效培養，進一步壓制了國產PLC的發展進步。

3 課程改革探索

3.1 國產替代的優勢

近年來，如同其他國產產品，國產PLC設備廠商很好發揮了后發優勢，從外國廠商不起眼的小型PLC起步，逐步依靠確切了解國內用戶需求，可靈活定制個性化產品，并提供日益完善的全過程服務等優勢，取得了一定市場份額，為PLC課程引入國產設備創造力有利條件。

（1）編程語言學習上的可替代性。目前PLC課程中大量使用的基本都是小型PLC產品，而對PLC學習最重要的部分就是對編程語言的學習。1993年，國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，簡稱IEC）發布了PLC相關的國際標準，命名為：IEC61131。其中IEC61131-3標準明確了了PLC的編程語言、語法、程序結構、數據類型、指令、函數等關于編程的方方面面，為PLC編程提出了明確的、可操作的指導，這給國內企業保持與國際先進水平同步提供了捷徑。因此國產PLC產品在使用的梯形圖、STL等編程語言上與外國品牌沒有任何差別，學習上完全可以實現替代。

（2）開展系統性學習的便利性。國產PLC廠商在國內擁有完整且完全本地化的研發、生產、銷售和技術支持中心，特別是在高校聚集較多的城市，很多國內大型PLC廠商均設有研發中心或生產基地，如表2所示。對國產PLC開展學習，不僅能學習PLC如何應用，更能了解每一型PLC產品從設計到應用再到優化成熟的全過程，這是從外國品牌PLC那里無法學習到的。

（3）對教育和人才投入的積極性。絕大多數的國內PLC廠商當前都處在一個向上爬坡的發展階段，對人才特別是技術人才的需求十分強烈，這也是他們熱衷在高校云集的城市如武漢、南京、西安等地設有研發中心的原因之一。如無錫信捷公司就已經與江南大學、南京工業職業技術學院等學校共建聯合實驗室或校外實訓基地，既能幫助企業實現技術升級，也能廣納人才。

3.2 學生的接受程度

針對本院上一學年度已經完成PLC課程的112名學生，開展了一次線上問卷調查，以了解學生對PLC課程引入國產設備以及與國內PLC廠商開展校企合作的態度和想法。

（1）學生普遍對國產PLC認識較少。在回答“對國產PLC了解程度如何”的問題時，40.2%的學生選擇“沒有聽說過國產PLC”，47.3%的學生選擇“聽說過國產PLC，但無法說出具體的品牌”，10.7%的學生選擇“知道1至2個國產PLC廠商品牌”，只有1.8%的學生選擇 “知道3個以上國產PLC廠商品牌”。

（2）學生對國產PLC接受程度較高。在回答“對使用國產PLC意愿如何”的問題時，70.5%的學生選擇“愿意學習并使用國產PLC”，29.5%的學生選擇“愿意綜合比較國產PLC與外國品牌PLC性能，然后擇優使用”，沒有人選擇“認為國產PLC比不過外國品牌PLC，不愿意使用”。

（3）學生期待校企合作能幫助求職就業。在回答“如果國產PLC廠商與學校開展校企合作時，你有什么期待”的問題時，有81.3%的學生選擇“希望能提供實習或者就業機會”，有11.6%的學生選擇“希望開闊視野，更深入了解PLC產業”，有7.1%的學生選擇“無期待”。

3.3 學校與企業互動模式的設想

目前，我院實驗室共有6臺三菱FX2N系列PLC，均為自行購買，無相關廠家配套支持，日常由實驗室老師組織學生開展相關實訓課程。在此種模式下，PLC課程作為一種實操性與應用性都非常強的課程，很容易造成教學內容與企業實際需求脫節，學校教學水平和實訓質量難以提高。另一方面，外國企業則同樣高度重視與各高校開展產學交流合作，如西門子公司早在2016年就教育部簽署了合作備忘錄，涉及基地建設、專業共建、教師能力提升、教學資源共享、學生工程能力認證等方面，更多次舉辦“西門子杯”中國智能制造挑戰賽，為校企合作提供了一個很好的樣板。但是投入資源有限的外資巨頭不可能惠及中國每一所院校，特別是作為培養專業技能型人才的普通應用型大學和高職高專數量多、學生多，更需要開展有效的校企合作來提升其教學水平。隨著國內PLC公司的業務發展和技術升級，越來越多的企業認識到專業技能人才的重要性。通過向外企的相關經驗進行學習和實踐總結，探索出一種“學校、學生、企業”三方共贏的互動合作模式顯得尤為重要。

（1）建設開放性課堂。課堂是教學的第一場所，培養好的應用型技能人才最關鍵的就是要建設一個與企業保持開放互動的PLC課堂，改變傳統的“老師授課+簡單實訓”形式，堅持開門辦學，充分發揮國內優質PLC企業在技術研發和大量工程實踐中積累的寶貴經驗，通過“工程師進課堂”、“師生進企業”、“項目進教材”等方式方法，不斷豐富教學內容，讓知識不再僅僅停留在課本試卷上，而是體現在一個個生動直觀的案例里。另一方面，一個開放性的課堂也能充分調動學生的學習熱情，從課堂的接受者到參與者，變“被動聽”為“主動學”，有效提升教學質量。

（2）共建實訓基地。實訓基地是鍛煉學生動手能力的場所，也是實踐理論知識的最佳平臺。通過鼓勵企業與學校共建或升級現有PLC實訓基地，引入國產同類型PLC產品，既能加深學生對不同PLC共有特性的理解掌握，又能與現有的外國品牌PLC進行性能比較。企業在這一過程中如果只是對現有PLC實訓場所升級改造，相對投入也有限，但收益相對較多，包括能夠向學生推廣國產PLC產品并獲得潛在用戶、可以優化完善本公司產品的培訓內容、得到師生在使用過程中對產品的改進意見等。

（3）加強人才培養。校企互動中最重要的參與者就是學生，一個好的合作模式能夠實現學生到專業技術人才的轉變。學校作為教學活動的組織者，要統籌企業用人需求與學生現實情況，合理分配教學資源，科學制定教學大綱。企業在明確需求的同時，也需要尊重人才培養不可能一蹴而就的客觀規律，把人才培養作為公司長期戰略來投入和經營，深度參與教學計劃和教學內容的優化完善，并以聯合舉辦PLC設計競賽、招納暑期實習生等形式，培養選拔優秀人才。和C語言等很多工科課程一樣，PLC課程是一門實踐性很強的課程，學生自己也要充分利用好學校和企業提供的資源，加強自主學習，幫助自己在日趨激烈的就業市場中取得理想的職場機會。

3.4 可能遇到的困難

（1）針對國產PLC產品的課程配套體系尚未建立。廣泛應用的外國品牌PLC在研發產品的同時，同步開發了相應的仿真軟件和實訓軟件，極大降低了學習的門檻。以三菱PLC為例，其新一代編程開發軟件GX Works就具備了仿真功能，方便學生直觀理解電氣器件是如何按照指令運行的;三菱公司還開發了專門的入門教學軟件FX-TRN-BEG-C，供初學者從零開始學習PLC相關知識。因此在如此便利的條件下，目前國內PLC課程體系均是按照這些外國廠商早先設計的學習路線來建立的，激進而盲目地使用國產PLC來進行替換，反而會起到反作用。

（2）國產PLC產品本身技術狀態尚未成熟。國產品牌PLC廠商在國內擁有完整的研發、技術支持以及售后運維體系，能夠靈活快速的響應客戶需要，開發定制化產品，這也是他們逐漸占領市場的主要優勢。但是，這種優勢帶來的弊端就是產品技術狀態不夠穩定，造成型號多而雜，應用面相對狹窄，缺乏一種像西門子S7系列和三菱FX系列這樣廣泛應用的成熟型號，供教學使用。

3.5 下步發展方向

推廣國產自主產品替代外國品牌產品在PLC課程的使用，需要學校和企業共同的努力，從多方向、多層次全面加強合作。

（1）共同規劃課程體系。學校應根據PLC產業“交叉融合、高度集成、實時多變”的特點，以提升學生“工程實踐能力、創新創業能力、可持續發展能力、綜合協調能力”為目標，與企業共同制定人才培養方案，優化課程大綱，重構課程內容，開發配套課程軟件，編寫教材講義和產品教程手冊，分階段建立一套完整、可實施、可推廣的國產PLC課程教學體系。

（2）共同推進產品研發。要堅持“走出去”與“請進來”相結合，學校和企業可以成立“教師+工程師”聯合團隊，企業提供教師掛職鍛煉平臺，讓有意愿的教師參與實際工程項目和產品研發，幫助企業解決實際技術難題，增加教師工程實踐經驗;學校邀請企業技術專家、資深工程師和高管走進PLC課堂和實訓基地，指導學生的同時，了解教學中使用PLC的需求，研發或挑選出合適的PLC產品逐步取代外國品牌產品。

4 結語

綜上所述，面對當前復雜的國際形勢，作為工業自動控制核心設備之一的PLC，在眾多優秀的國內廠商推動下一定會實現完全自主可控。在這一國產替代趨勢下，高等院校開設的PLC課程可以依托良性有機的校企互動，通過引入成熟國產PLC產品，建立科學規范的課程體系，開展創新式的教學探索，為我國PLC專業人才培養和企業產品技術升級貢獻力量。

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