關于自動化專業領域復雜工程問題的研究

摘?要：根據人才培養的現狀，研究與構建工程技術人才培養模式。學習國際先進的教育理念、明確培養目標、選擇“解決復雜工程問題能力培養”人才培養模式，建立和運行教學質量監控和長效反饋機制，對于加快我國工程教育人才培養具有重要意義。

關鍵詞：工程教育;教學質量;培養模式

本文以“自動化產線”為載體進一步闡述復雜工程問題的研究和解決方法。自動化產線一般由送料單元、加工單元、轉配單元、輸送單元和分揀單元5個模塊組成。各工作站均設置一臺PLC承擔其控制任務，各PLC中間通過RS485串行通信實現互連，構成分布式控制系統。

1 問題的復雜性分析

“自動化產線的設計、集成和控制”復雜工程問題涉及生產工序分析、硬件設備選型、控制程序設計、自動化系統集成、設備安裝調試、系統運行調優等多項工程環節，需要控制理論、數學建模、系統優化、檢測技術，電機控制等多門學科理論知識基礎的支撐。此工程問題符合復雜工程問題要求的特征條件。

1.1 必須運用深入的工程原理經過分析才可能得到解決

從環節上看，自動化產線的被控對象、執行機構、檢測儀表、控制裝置、反饋裝置等每個環節都要求學生深入掌握該環節涉及的裝置或儀表的工程原理，具有相應的數學建模能力，了解相應的技術、經濟特性，經過深入的工程原理分析，能對各環節開展系統設計、設備選型、使用操作、技術調試等工作。

1.2 需要涉及多方面的技術、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突

綜合性方面，“自動化產線”涉及被控對象生產工序過程、控制理論、控制策略、系統解決方案設計等多方面的技術;控制系統需要考慮系統的穩定性、控制精度和現場環境等要求;涉及到系統成本、現場安裝、現場調試和系統運行維護等實際問題。沖突性方面，“自動化產線”的先進性和系統預算之間;控制精度與響應速度;人力成本與施工進度等之間均有沖突。這是一個多自動化技術集成、多工程環節組合、相互間存在矛盾，各方利益之間存在矛盾，各環節是一個單獨的子系統，但整體又具有很強的系統性的復雜工程問題。

1.3 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創造性

“自動化產線”的多個環節需要建立數學模型，并進行模型分析、系統優化，必須針對被控對象的工程特性，建立系統最優控制的數學模型，控制系統的控制效果才能達到被控對象的工藝要求。本問題為學生設置了較多的進階要求，比如控制算法的改進，識別準確率的提高，更快速的步進電機和伺服電機控制要求等，這些都需要學生先建立模型，然后借助MATLAB等現代仿真工具進行研究。

1.4 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業標準和規范中

在本問題中，為了適應工業4.0和先進制造的時代要求，我們對“自動化產線的設計、集成和控制”提出了更高的要求：即不僅要滿足問題給定的功能和性能要求，同時要對“自動化產線”的從產品決策、設計、生產到銷售的整個生產過程實現自動化和智能化，因此學生必須了解工業4.0和中國制造2025的相關知識，并通過參閱和自學大量的課外技術資料（如機器人技術、柔性制造等）提出優選的解決方案。

綜上所述，“自動化產線的設計、集成和控制”工程問題是一個多學科綜合、多技術集成、多工程環節組合的復雜工程問題。

2 支撐解決復雜工程問題的核心課程體系

支撐“自動化產線的設計、集成和控制”這一復雜工程問題的課程被劃分為兩大模塊：工程理論模塊和工程實踐模塊。

其中，工程理論模塊支撐的畢業要求包括：（1）能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題;（2）能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題;（3）能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據。

其中，工程實踐模塊支撐的畢業要求包括：（1）能夠設計針對復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題的解決方案，設計滿足特定需求的電氣系統、單元（部件）或自動化流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素;（2）能夠針對復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題，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;（3）能夠理解和評價針對復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題的專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響;（4）能夠就復雜電氣系統、工業自動化系統的信息與控制問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際化視野。

3 課程體系的實施

課程體系設計依據的是畢業要求，畢業要求中對學生知識、能力和素質目標的要求，要在課程體系中充分體現。工程基礎類課程、專業基礎類課程和專業類課程至少占總學分的30%;工程實踐與畢業設計（論文）至少占總學分的 20%;人文社會科學類通識教育課程至少占總學分的 15%。學生解決復雜工程問題能力的培養是循序漸進，貫穿大學四年，由多個教學環節支撐，是一個動態形成和持續改進的過程。此外，本專業課程“企業生產實習”是支撐“自動化產線的設計、集成和控制”這一復雜工程問題的重要載體。

4 結語

在解決復雜問題的過程中，學校應該加強“雙師型”教師的培養。廣大高校教師由于普遍缺乏工程背景，工程實踐經歷和經驗相對比較薄弱。因此需要投入大量的人力和物力資源，創造一切便利條件，為廣大教師提供一線工程實踐的機會。在具體的工程實踐項目中，提升自身的業務水平、工程經驗、溝通交流能力和工程管理能力等。

項目資助：教育部卓越工程師計劃項目-電氣工程及其自動化;蘇州大學一流本科專業項目-電氣工程及其自動化;江蘇省一流本科專業-電氣工程及其自動化

作者簡介：陳慶（1984-），男，江蘇泰興人，碩士，講師。