面向智能制造的材料成型及控制工程升級探索

陳澤中 李生娟

[摘 要]隨著智能制造、增材制造等新興技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的材料成型及控制工程專業(yè)需要進行相應的改造和升級。2019年，上海理工大學材料成型及控制工程專業(yè)通過中國工程教育認證。結合持續(xù)改進要求，在新一輪培養(yǎng)計劃制定過程中，引入智能制造、增材制造課程，建立分方向的課程體系，能夠更好地滿足上海及長三角地區(qū)先進制造行業(yè)對高端人才的培養(yǎng)需求。

[關鍵詞]智能制造;增材制造;材料成型及控制工程;專業(yè)改革

[基金項目]2019年上海理工大學教研項目“面向智能增材制造的材料成型及控制工程專業(yè)改造升級探索與實踐”（CFTD193008）

[作者簡介]陳澤中（1971—），男，江西德安人，博士，上海理工大學材料科學與工程學院副教授，主要從事先進材料成型制造與智能控制方面研究。

[中圖分類號] G423.07[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0220-02[收稿日期] 2019-11-27

一、改革目標與意義

材料成型及控制工程專業(yè)是上海理工大學先進制造學科的重要組成部分，始創(chuàng)于1952年，1999年升級為本科專業(yè)，2009年獲批上海市本科教育高地專業(yè)。專業(yè)近十年來瞄準上海及長三角地區(qū)對材料成型人才的實際需求，持續(xù)優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求和課程體系，建立畢業(yè)生質量追蹤和改進機制。自2009年以來，歷年畢業(yè)生就業(yè)率均保持在100%，名列全校前茅。在近十年快速發(fā)展的基礎上，2019年成功通過了中國工程教育認證，并成為上海市一流本科專業(yè)，初步建立起了一套卓越工程人才培養(yǎng)機制。

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的實施，智能制造、增材制造等新興技術正不斷在上海及長三角地區(qū)興起。材料成型及控制工程專業(yè)作為上海理工大學的特色工科專業(yè)，需要進一步將智能制造、增材制造等新經(jīng)濟新技術納入專業(yè)培養(yǎng)范疇。

智能制造、增材制造是教育部新工科建設復旦共識、天大行動和北京指南明確規(guī)劃的發(fā)展領域之一。國內知名一流高校均開始推動相關新工科建設。國外知名高校已將智能制造、增材制造納入材料工程、機械工程等專業(yè)教學體系中，為新技術新經(jīng)濟的發(fā)展提供人才保障。

上海理工大學作為國內百強、地方雙一流建設高校，正在大力推動新工科建設。材料成型及控制工程專業(yè)作為校內率先通過工程教育認證的特色品牌專業(yè)，尤有必要抓住本輪新工科建設的契機，將智能增材制造融入專業(yè)發(fā)展體系和學科建設之中，實現(xiàn)專業(yè)向新工科的升級轉變。

主要改革目標是：研究分析智能增材制造技術對傳統(tǒng)材料成型及控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，更新課程體系和教學內容;探索傳統(tǒng)材料成型及控制工程專業(yè)進一步信息化、數(shù)字化改造的途徑與方式;面向人工智能、增材制造等新技術，探索基于現(xiàn)有專業(yè)改造升級的新方向、新領域，形成新的課程體系。

主要改革內容包括：制定包含智能增材制造的材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求;制定包含智能增材制造的材料成型及控制工程專業(yè)課程體系，增加智能增材制造課程模塊;編寫智能增材制造系列課程大綱，選定教材，編寫教學課件和教學案例。

二、改革基礎

專業(yè)在2017—2018年引進國際先進增材制造研究團隊，建立增材制造國際實驗室，配置各類先進增材制造設備，為開展增材制造教學提供了充足的實驗場地和設備條件。團隊與澳大利亞莫納什大學、英國伯明翰大學、中國商飛公司開展各種學術和科研合作，為專業(yè)升級、課程教學、學生實習深造提供了優(yōu)越的支持平臺。

專業(yè)其他教學科研團隊長期致力于汽車成型制造、智能制造、微納制造、醫(yī)工交叉領域的教學與科研，獲得的成果能夠支撐專業(yè)向智能制造等領域升級。

三、改革過程

整個改革過程分為五個階段：2019年4月，召開專業(yè)骨干教師培養(yǎng)方案研討會，確定自2019級起，在培養(yǎng)方案中增加智能、增材、微納、醫(yī)工交叉制造等面向新工科的方向和內容。2019年5月，召開全系教師、企業(yè)專家培養(yǎng)方案研討會，進一步細化培養(yǎng)方案制定的各項細節(jié)，明確培養(yǎng)方案、課程體系、課程大綱等文件的主要構架。2019年5—7月，分工制定專業(yè)培養(yǎng)方案、課程體系、課程大綱。2019年9—10月，責任教師完成課程課件、案例等的收集和初步制作。2019年11月，再次召開產(chǎn)業(yè)企業(yè)專家培養(yǎng)方案研討會，收集整理專家意見，與會專家充分肯定本次教學改革的豐碩成果，同時提出了進一步優(yōu)化改革的建議，為專業(yè)的持續(xù)改進指明了方向。

四、培養(yǎng)目標的凝練

經(jīng)過本輪改革，結合工程認證的反饋意見，將專業(yè)的培養(yǎng)目標凝練為：培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，具有“工程能力、創(chuàng)新能力、國際化視野”的先進成型制造及智能控制行業(yè)的高級工程技術和管理人才;掌握扎實的專業(yè)知識和技能，具有分析、決策、解決專業(yè)領域復雜工程問題的能力;具有良好的英語聽說讀寫能力，能在跨文化環(huán)境中進行專業(yè)溝通和交流;具有設計、開發(fā)、應用等創(chuàng)新能力;具有終身學習和可持續(xù)發(fā)展能力、良好的人文社會素養(yǎng)及團隊協(xié)作意識;具有一定的工程管理與經(jīng)濟決策知識、環(huán)保知識、行業(yè)安全意識和法律法規(guī)意識，成為從事先進成型制造及智能控制領域生產(chǎn)設計、研究開發(fā)、質控管理、市場經(jīng)營的卓越人才。

五、畢業(yè)要求的優(yōu)化

按照確定的培養(yǎng)目標，對畢業(yè)要求進行了全面優(yōu)化。修訂后的畢業(yè)要求主要包括：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決先進成型制造及智能控制領域復雜工程問題;能夠提出相關系統(tǒng)解決方案;具有設計和開發(fā)的創(chuàng)新意識;能綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素;能夠設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，具備通過信息綜合得到有效結論的能力;能夠選擇、使用和開發(fā)恰當?shù)募夹g、資源、工具，對復雜工程問題進行預測、模擬與優(yōu)化;了解研發(fā)、設計、生產(chǎn)等相關的標準、法律法規(guī)及安全管理等背景知識，能夠綜合評價解決方案對社會、健康、安全、法律及文化的影響;具有環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識;具有人文社會科學素養(yǎng)和社會責任感，理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，并履行相應的責任;能夠與業(yè)界同行及社會公眾進行溝通和交流，具有清晰表達能力;具備外語能力和國際化視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流;掌握并能應用工程管理與經(jīng)濟決策方法。

六、課程體系的改進

一是增設3個專業(yè)方向。①先進制造方向，主要面向智能制造、增材制造、微納制造、模具制造等領域。②先進成型方向，主要面向汽車覆蓋件成型、焊接成型、橡塑成型、復合材料成型等領域。③質量控制方向，主要面向成型質量控制、模具表面控制、材料性能控制、材料失效控制等領域。各方向開設對應理論和實踐課。學生可根據(jù)興趣，選修某個方向。

二是增設智能制造課程模塊。增設成型制造智能控制、成型制造智能仿真、成型制造智能仿真項目實踐、智能制造技術等課程，分別在第五、第六、短第七學期開設，強化對智能成型制造的培養(yǎng)。

三是增設增材制造課程模塊。增設增材制造技術課程和增材制造項目實踐課程，培養(yǎng)學生在增材制造領域的專業(yè)技能。

四是增設微納制造課程模塊。增設微納制造技術課程和微納制造項目實踐課程，培養(yǎng)學生在微納制造、醫(yī)工交叉制造領域的專業(yè)技能。

五是按照工程認證的反饋意見，將計算方法、熱工與流體基礎設為必修課，增設工程管理與項目決策為必修課，培養(yǎng)學生的管理決策技能。同時微調部分課程的設置學期，平衡各學期課程負擔。修訂后的培養(yǎng)方案共168學分，分為4個課程模塊，其中，通識課程模塊47.5學分，學科基礎課程模塊60學分，專業(yè)課程模塊56.5學分，任選課程模塊4學分。

七、結論

經(jīng)過上述教學改革，形成了面向智能增材制造、符合工程教育認證持續(xù)改進要求的材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)方案。方案吸收了工程認證專家和企業(yè)專家意見，形成了智能、增材等先進制造特色，適應了新工科的發(fā)展方向。培養(yǎng)方案實施后，將在上海及長三角地區(qū)率先實現(xiàn)面向智能、增材制造的材料成型及控制工程新工科特色，為上海理工大學雙一流學科建設增添亮點，為上海及長三角地區(qū)智能制造、增材制造、大飛機、汽車制造等行業(yè)培養(yǎng)卓越工程人才，具有重要的改革意義和創(chuàng)新推廣應用價值。