“新基建” 背景下機器人工程專業培養方案的探索與研究

李永福，黃 涵，朱 浩

（重慶郵電大學自動化學院，智能空地協同控制重慶市高校重點實驗室 重慶 400065）

“新基建” 背景下，以5G、人工智能、工業互聯網、物聯網為代表的新型基礎設施建設快速推進，為技術創新、產業發展和經濟增長提供了堅實的基礎和新的動力[1]。機器人技術在此次 “新基建” 建設中有望實現新的技術突破。為彌補我國在工業、服務等領域的機器人供應方面的巨大缺口提供技術支撐，早在2013年工信部《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》就指出要在2020年形成較為完善的工業機器人產業體系[2]，為機器人工程專業的開設提供了契機。為了助力各個行業的無人化和智能化發展，要大力培養具有新時代創新精神的科技創新人才，機器人工程專業有了新的建設思路和發展方向。

1 機器人工程專業建設現狀

根據教育部公布的《普通高等學校本科專業備案或審批結果的通知》的數據可知，自2015年東南大學首次開設機器人工程專業以來[3]，至2019年全國共248所高校陸續開設機器人工程本科專業。在機器人工程專業建設上取得了巨大成效，為機器人行業發展提供了充足的人才供給。在專業課程建設上各高校各有側重，以北京大學、北京航空航天大學和東北大學官網的最新版機器人工程專業培養方案為分析材料可以發現：北京大學機器人工程重點培養具備自動化工程、機械工程、人工智能等學科的理論基礎和應用設計技能的機器人領域領軍人才；北航以控制+結構/感知的方式突出機器人在機械結構設計和環境感知方面的特點，重點培養以控制為核心的機器人領域專業人才；東北大學在自動化類專業基礎上深化機器人科學與工程學科特色，以機器人控制為核心，培養復合型研發應用人才。

對以上培養方案的分析表明，目前機器人工程專業培養主要仍以傳統的機器人結構和自動控制為主要授課內容，較少結合網絡通信和人工智能等技術。

2 機器人技術發展趨勢

機器人主要可以分為工業機器人、服務機器人和特種機器人，其中目前我國工業機器人市場份額占比約占66%，服務機器人約占25%，其他機器人約占比9%[4]。隨著機器人的智能化(如掃地機器人具備路徑規劃能力)，基于人工智能技術的服務機器人得到了市場的認可，其市場份額占比仍在逐年提升，具有較大發展潛力和空間。機器人借助網絡通信實現了群體間的協同作業，如智能網聯車的隊列控制[5]和多智能體的協同控制[6]等，通過多個機器人間的信息交互共同完成預定任務，從而提升系統效率和性能。

現有的人才培養方案雖然仍能暫時滿足社會和企業技術應用的要求，但在 “新基建” 背景下，網絡化和智能化已成為國家戰略發展方向的情形下，原有的人才培養方案已然不能滿足未來的人才需求，因而應當緊緊跟隨國家和社會發展的步伐，培育新時代機器人領域的專業技術人才。

3 機器人工程專業培養方案探索

從第一部分中可以發現，除北京大學2020版培養方案對機器人工程專業在網絡通信和人工智能技術課程培養上有較充分的體現外，其余兩所學校的培養都停留在傳統的方式上。在此，以重慶郵電大學機器人工程專業2016版培養方案為例，進行培養方案的分析、修訂與探索。

3.1 補缺失、去冗余，課程體系的雙向建設與完善

機器人工程專業現行培養方案偏向機械結構和控制理論的知識結構培養，在智能化飛速發展的今天面臨諸多結構化問題。對于課程體系的建設和完善，主要從兩方面展開：一是課程補缺失，基于國家和社會對機器人領域人才知識和技能需求，補充現有培養方案缺失的相關理論課程，調整原有知識結構培養到面向智能化和功能多元化的機器人基礎知識和專業技能培養方向上來；二是課程去冗余，隨著社會的發展與機器人基礎知識的普及，學生相關知識的儲備更加豐富，因此可以去除必要性不高的冗余課程，減少學習負擔，提高教育效率和品質，具體的實施路線如圖1所示。

3.2 筑平臺、重實踐，實踐體系的整體建設與完善

科研實驗平臺的缺乏是導致當下機器人工程專業實踐體系薄弱的重要原因[7]，專業注重培養工程專業人才，因此除了完備的理論基礎知識體系外，工程實踐能力同樣非常重要，這關系到社會對學生的認可度，以及學生就業的競爭力。

對于實踐體系的建設和完善主要從基礎設施和教學觀念兩方面進行探索與改革：一是構筑強大的實驗與實踐平臺，針對理論課程體系，對比各高校現行機器人工程專業實驗平臺，結合我校自身教學特點和培養理念，建設適合我校的機器人實驗與實踐平臺；二是重視實踐教育，在課程體系中可以適當提高實踐課程學分，開設與理論教育相互支撐的實踐課程，培養綜合性的創新人才，通過實踐平臺的搭建教學與科研的橋梁，實現科教融合，如圖2所示。

3.3 前沿技術促進創新意識培養

隨著我國經濟發展進入新常態，經濟驅動由傳統的投資驅動轉變為創新驅動。因此，對現行的機器人工程專業培養方案進行改革和探索，以創新作為培養理念服務于智能化的產業領域，符合人才培養的根本目的。主要體現在增設機器人前沿技術課程，通過面向國家重大需求，進行針對性教學，培養學生服務國家、不斷創新的奮斗精神，具體實施路線如圖3所示。

3.4 機器人工程專業培養方案重構

根據上述分析與社會對機器人工程人才的要求，構建了基于三個課程平臺的課程體系，如圖4所示。

通識課程與學科基礎課程培養學生的人文素養，并且為之后的專業學習打下良好的學科基礎。在學科專業教育中，結合我校在智能機器人等方面的研究，面向各種場景應用層，開設了 “物聯網通信技術基礎” “工業人工智能” 等課程，補充了原有培養方案中缺失的相關理論課程。同時，基于本校的科研實驗平臺開展個性化教育，鼓勵學生積極參與科研課題與各種學科競賽，全面培養學生的實踐能力。本課程體系以機器人系統的智能化、網絡化控制為特色，注重培養學生的學習和實踐能力、創新創業意識。

4 結語

“新基建” 背景下，面向國家發展戰略和社會企業需求的機器人工程專業人才培養要跟上技術發展的步伐。以網絡化和智能化為核心的機器人工程專業培養方案探索已經在重慶郵電大學機器人工程專業開始實施，作為初步探索方案，其實施效果有待評估，但其實踐經驗定能為后續的深化改革做好鋪墊，也能為其他院校提供改革依據和方向。