《中國制造2025》與自動化專業人才培養

吳曉蓓

摘 要：《中國制造2025》將帶來全新的制造業時代，對高等教育而言，集中反映在如何培養適應時代需要的高素質人才上。本文基于《中國制造2025》對人才的需求，結合自動化專業的內涵與特色，提出了改革自動化專業教學內容和教學方法的問題，希望引起廣大同業人員的共識。

關鍵詞：智能制造；自動化專業；人才培養

人類已經歷了三次工業革命，即蒸汽機時代（工業1.0）、電氣化時代（工業2.0）、信息化時代（工業3.0），基于信息物理融合系統的智能化促進產業變革的“工業4.0”時代正在到來。當前幾個值得關注的信息：2011年美國提出先進制造伙伴計劃；2012年奧巴馬提出建設國家制造業創新網絡；2014年德國漢諾威工業博覽會上，“工業4.0”概念受到高度關注和評價； 2015年5月18日《中國制造2025》發布。發達國家諸多行動向我們傳遞出強烈信號，工業轉型將迎來大突破、大提速，世界各國都在搶占制造業強國高地。現代科技發展對高等教育提出了新要求，我國自動化專業的人才培養必須努力跟上。

一、《中國制造2025》對人才提出的新要求

工信部苗圩部長在2015年智能制造國際會議上強調，要將智能制造作為實施《中國制造2025》的主攻方向。其主線是信息化與工業化的深度融合，互聯網與傳統工業的融合，這是中國新一輪制造發展的制高點，將會驅動中國制造向中國智造加速轉變。無論是“工業4.0”還是《中國制造2025》，其本質都是要實現“互聯網+制造業”的智能生產，形成開放的全球化的工業網絡。未來制造業的核心競爭力體現在：機器設備是否滿足定制化生產的需求；機器是否具備強大的自我完善功能；是否能在網絡化的未來產業鏈中實時監測、追蹤各類數據，并歸納分析和利用。誰掌握了世界制造的脈搏，誰就將決定未來世界制造業的格局。

作為此次工業轉型中的重要一環，我國目前的專業人才狀況又是如何呢？相關數據顯示，現在中國科技人力和研發人員總數分別居世界第一位和第二位，并且每年還有大約700萬大學畢業生。而中國一名工程師每年的綜合成本在3萬美元左右，僅為美國的1/10。但是，中國的“人才”是用自己的尺子衡量的，總體來看在創新引領和主動作為等方面與國際一流水準相比尚有較大差距。那么，《中國制造2025》對自動化專業人才培養究竟有何新的需求呢？

第一，對工業自動化裝備設計人才的需求。智能化是制造自動化的未來發展方向，作為智能制造過程中的執行載體，自動檢測裝備、自動裝配設備、工業智能機器人、無人機、數據采集和存儲裝備等自主研發和設計是不可或缺的重要環節。通過此類裝備的規模化應用，推動傳統的制造業向“智能工廠”轉型。

第二，對人工智能技術人才的需求。人工智能技術的發展為生產過程中數據與信息的分析處理提供了有效的方法，給制造技術增添了智能的翅膀。人工智能技術尤其適合于解決特別復雜和不確定的問題，該技術在制造業中的應用必將全面提升制造業的智能化程度。

第三，對軟件人才的需求。智能化制造要求從產品開發到設計、外包、生產及交付等，生產制造的每個階段都需要實現高度的自動化、智能化，并且各階段的信息高度集成是必然趨勢。軟件將成為構建智能化工廠的重要基礎，人性化操作接口、高功效運算平臺連接、跨網絡的云端運算、信息集成分析與統計都將成為關鍵要素。

第四，對多學科交叉復合型人才的需求。在互聯網與工業化深度融合的驅使下，未來的制造業必將成為一項綜合應用各學科門類的前沿領域。傳統條塊分割式的人才專業結構已經不適應發展的需要，一專多精、多專多精的復合型人才將是未來信息產業人才需求的方向，系統設計、調試、維護等人才的重要性將日益凸顯。

二、自動化理論與技術在新一輪工業革命中的責任與擔當

自動化理論與技術具有幾個顯著特點。首先，“無處不在和無時不有”的控制，奠定了自動化技術的寬泛和普適性地位；其次，“系統性和信息化”的特點，表明了自動化技術的前沿性和時代性；再有，“追求精準和力求優化”的反饋精髓、黑箱方法、功能模擬等方法，以及PID、分層分級、自適應、自學習、自組織、智能等控制思想，更是表明了自動化理論與技術突出的方法論特點。無論是蒸汽機時代、電氣化時代，還是信息化時代，自動化技術都是積極的推動者。

我國高校設立自動化專業已經有50多年的歷史，圍繞自動化的理論基礎和技術內涵，開展專門人才的培養，不但符合國情，而且具有中國特色、中國創新。50多年的實踐證明，自動化專業為國家社會經濟建設培養了大量各行各業的優秀人才，自動化專業是一個綜合的跨行業專業。新一輪工業革命比以往的三次工業革命來得更加深刻，新原理、新技術、新方法蜂擁而至，受到影響的產業更多，賦予自動化技術也有更高的要求。自動化理論與技術在新一輪工業革命中更要有責任與擔當。

首先，利用自動化技術構建云計算平臺與資源虛擬化的設計環境。將工廠中現有的制造技術進一步與網絡、大數據等結合起來，實現設備互聯、數據互通，并在云計算平臺上形成虛擬的設計環境，使資源得到最大限度的共享和使用。云計算平臺與智能制造實現對接，實現知識工作自動化。這是智能制造發展的方向。

其次，實現更加精準、快速、高效的控制。大數據、云計算、網絡化等新技術為控制提供了更加豐富和精確的信息資源和控制要素，提供了更好的工具，可以實現更加復雜和高級的控制策略，也可以更加快速地將控制策略實現，“互聯網+制造業”的目的就是要實現更加理想的制造過程和優質的產品，達到快速、精準的控制，實現智能制造，智能工廠。

再次，要研究和開發面向復雜網絡大系統的自動化理論、技術與實踐，形成高度集成的自動化系統。《中國制造2025》明確指出，要推進信息化與工業化深度融合，具體包括：研究制定智能制造發展戰略；加快發展智能制造裝備和產品；推進制造過程智能化；深化互聯網在制造領域的應用；加強互聯網基礎設施建設等。這些需求對已有的自動化理論與技術提出了挑戰，需要新的理論與技術。

三、自動化專業人才培養內容改革與方法提升

按照《中國制造2025》對自動化技術提出的新要求，改革自動化專業人才培養模式，是自動化專業教育教學改革的當務之急。

首先要形成改革共識。“改”什么，“革”什么，“增”什么，作為自動化理論與技術專門人才培養的專業，我們應深入思考，形成改革共識，共同踐行，并在實踐中不斷完善。

近年來，廣大高校根據社會需求對自動化專業的教學內容一直進行著調整和完善。主要的做法有：一是打牢學生控制理論的基礎，增加了優化理論、自適應控制、系統辨識、智能控制等知識內容；二是增強學生掌握信息、網絡等技術的能力，增加了網絡技術、控制系統仿真、嵌入式系統等知識內容；三是結合自動化技術應用的領域，有針對性地補充了專門知識，比如樓宇自動化、機器人技術等知識內容。這些調整一定程度上適應了社會對專業人才的需求。但總的來說，還僅僅停留在知識內容的簡單補充，缺少對自動化專業教學內容體系的深入探究和有效整合。

另一方面，大學以前的教育屬于基礎教育。對大學教學來說，一來要與高中的基礎知識有效銜接；二來要與科技發展的需求融會貫通。科技發展得越快，需要融合的知識越多，這對于大學的專業教育是一個難題，對于自動化專業更是這樣。我們必需要有強烈的改革意識和有效的改革抓手。

其次是改革教學內容。學生的專業知識直接來源于專業教學。自動化專業的本科畢業生一般能夠做到：分析或構建一個典型的反饋控制系統（運動控制系統或過程控制系統）；對于多變量系統可以進行基于現代控制理論方法的分析和初步設計；對一些典型系統能夠進行控制器的設計，并使其達到一定的性能指標；對于簡單的對象能夠運用智能控制的思想進行算法的編程；能夠處理企業中典型的控制系統的維護、調試、設計等。但面對更加復雜的或信息化程度高的系統，往往還要進行專門培訓或深入學習。

《中國制造2025》對許多新技術提出了要求，比如要“全面推廣應用以綠色、智能、協同為特征的先進設計技術。加強設計領域共性關鍵技術研發，攻克信息化設計、過程集成設計、復雜過程和系統設計等共性技術”。再如，“推進制造過程智能化。在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間，加快人機智能交互、工業機器人、智能物流管理、增材制造等技術和裝備在生產過程中的應用，促進制造工藝的仿真優化、數字化控制、狀態信息實時監測和自適應控制。”目前的教學內容遠遠不能滿足這些新技術的需求。需要增加智能感知技術、知識自動化技術、智能規劃技術、系統集成技術、物聯網技術、虛擬化技術、知識

管理技術、系統工程技術等內容。如何將這些原理和技術轉化為專業教學內容，尚需深入分析并提煉出教學的知識領域和具體的知識點，需要重新組織專業的教學體系。對于不同的學校，根據本校對人才培養的定位，應有所區別。有的學校可以開展以產品為對象的專業教育模式。比如針對某一領域的機器人，可以圍繞機器人中的控制問題和相關的學科基礎知識，形成專業人才培養計劃；也可以圍繞與自動化有關的共性技術開設專業方向。各學校要建立與本校人才培養定位相適應的教學體系。

再次是創新教學方法。怎么教，如何學？大量的知識內容要傳授給學生，需要有效的教學方法。好的方法是培養學生的學習能力、使其具有較強的發展潛力的關鍵。要采用與本校人才培養定位相適應、與本校學生學習狀況相符的教學方式。

要根據教學的知識體系設計并建設相關的認知和實踐教學環節。例如，可以建設虛擬實驗室環境，在企業設立教學基地，實現邊學邊做邊體會邊研究的研究性學習環境，這些都對教師提出了很高的要求。要充分利用現代媒體技術，整合優質教學資源，實現高水平的教學。當前，很多高校都在做MOOC課程、翻轉課堂，是否需要校校都建、人人都做？能否考慮聯合共建，形成資源整合并共享。如何講授課程也是很有學問的。要積極探索問題導向、案例教學、樂高式教學、階梯式教學等教學方式，做到因人而異，因教學內容而異。教師需要用心設計。

隨著科學技術的發展，大學期間需要學習的內容只會越來越多，更新也會越來越快，只有通過有效的教學方法才能實現高質量的教學效果。希望470多所設有自動化專業的本科院校共同獻計獻策，辦出水平、辦出特色，為《中國制造2025》的實現培養更多優秀人才！

[責任編輯：夏魯惠]