機(jī)器人工程新工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式淺析

胡而已 唐超權(quán)

摘要：機(jī)器人技術(shù)本身屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，涉及機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電氣工程，甚至行為心理學(xué)等諸多學(xué)科。目前國內(nèi)外關(guān)于機(jī)器人工程人才培養(yǎng)模式多樣，專業(yè)分布在不同學(xué)院，本文通過對(duì)比分析國內(nèi)外相關(guān)情況，以期探尋到符合國內(nèi)特點(diǎn)的機(jī)器人新工科人才培養(yǎng)模式，為新時(shí)期人才寬口徑、復(fù)合型人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人工程；新工科；人才培養(yǎng)；協(xié)同育人

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）32-0259-02

一、當(dāng)前世界范圍內(nèi)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢

機(jī)器人技術(shù)將會(huì)成為信息技術(shù)之后的下一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)和方向，谷歌公司的無人駕駛汽車、多足及仿人機(jī)器人、亞馬遜公司的倉儲(chǔ)自動(dòng)導(dǎo)引車，以及好奇號(hào)火星車等都在吸引著全球媒體的目光。在德國提出的“工業(yè)4.0”和中國版本的“中國制造2025”計(jì)劃中，機(jī)器人均作為核心技術(shù)受到了前所未有的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的省份有20多個(gè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)40余個(gè)，機(jī)器人企業(yè)數(shù)量800余家，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)超3400家。受勞動(dòng)力不足、人口老齡化等因素影響，服務(wù)機(jī)器人（包含特種作業(yè)機(jī)器人）的應(yīng)用及普及已成剛需，未來服務(wù)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展空間巨大?！笆濉逼陂g中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)為自主品牌工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量需達(dá)到10萬臺(tái)，服務(wù)機(jī)器人年銷售收入超過300億元，整體技術(shù)水平達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，關(guān)鍵零部件市場占有率達(dá)到50%以上。但不得不承認(rèn)，產(chǎn)業(yè)火熱的背后我國機(jī)器人技術(shù)發(fā)展瓶頸仍存，中國與歐美日等發(fā)達(dá)國家在機(jī)器人領(lǐng)域還有相當(dāng)明顯的差距。首先，國產(chǎn)機(jī)器人整機(jī)市場份額低。其次，機(jī)器人用精密減速器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、控制器等核心零部件，在性能、精度、可靠性方面均有待提高。

二、國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)概況

自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生至今已經(jīng)有50多年的歷史。全球不少學(xué)校都有與機(jī)器人相關(guān)的課程，在當(dāng)今信息時(shí)代，如何合理、有效、系統(tǒng)地開展機(jī)器人方向的人才培養(yǎng)，對(duì)于很多學(xué)校來說可能都是一個(gè)新的課題?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人研究所（Robotics Institute）是整個(gè)計(jì)算機(jī)學(xué)院（School of Computer Science）下屬的一個(gè)系。它成立于1979年，剛成立時(shí)只有一個(gè)主要研究方向，即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，后來在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展，它是當(dāng)今世界上最大、最先進(jìn)的機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)，包括在主校區(qū)的1萬平方米、國家機(jī)器人工程中心1萬平方米和專門的測試場地Robot City等?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人研究所提供各個(gè)級(jí)別的教育，從本科到研究生，包括本科雙學(xué)位、本科輔修、本科加碩士5年制學(xué)位等。該校同時(shí)提供面向高中的實(shí)習(xí)拓展項(xiàng)目以及面向本科生的短期夏季學(xué)者實(shí)習(xí)項(xiàng)目等。主要雙學(xué)位課程設(shè)置包括四個(gè)模塊：數(shù)學(xué)（微積分、矩陣、機(jī)器人導(dǎo)論等）；運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及控制；感知（計(jì)算機(jī)視覺、傳感器等）；認(rèn)知與推理（機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等）。此外還有一門實(shí)踐課和兩門選修課（仿人機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)電一體化等）。其他國外高校大多只是將機(jī)器人作為研究方向，如斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院、密歇根大學(xué)、佐治亞理工大學(xué)等，雖然在機(jī)器人學(xué)界具有較好的聲譽(yù)，但其機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)更多以實(shí)驗(yàn)室的形式組建，如斯坦福的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是人工智能實(shí)驗(yàn)室的一部分；而麻省理工學(xué)院的野外與空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室依托于機(jī)械工程學(xué)院，其課程設(shè)置與安排大多參考CMU的課程設(shè)置和安排。

目前，隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的推動(dòng)及資本對(duì)機(jī)器人相關(guān)方向的追捧，國內(nèi)對(duì)于機(jī)器人技術(shù)相關(guān)人才的需求日益迫切，許多高校也隨之提出建立機(jī)器人專業(yè)。從我們了解的情況來看，2015年只有東南大學(xué)獲批了機(jī)器人工程專業(yè)，而在2016年就有25家全國各個(gè)層次的高校獲批機(jī)器人工程專業(yè)。這些學(xué)校的規(guī)模層次各不相同，機(jī)器人工程專業(yè)所屬學(xué)院也各不相同，如東南大學(xué)機(jī)器人專業(yè)隸屬自動(dòng)化學(xué)院，安徽工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人專業(yè)則隸屬機(jī)械工程學(xué)院，而東北大學(xué)則直接成立機(jī)器人學(xué)院。東北大學(xué)的機(jī)器人學(xué)院為東北大學(xué)、中科院沈陽自動(dòng)化研究所與沈陽新松公司三方共建。

三、機(jī)器人工程人才培養(yǎng)基本要求

（一）培養(yǎng)目標(biāo)

本專業(yè)培養(yǎng)具有扎實(shí)的自然科學(xué)、人文社會(huì)科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)，掌握各類機(jī)器人機(jī)械本體結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及機(jī)器人集成應(yīng)用、檢測與維修、生產(chǎn)運(yùn)行與管理等專業(yè)知識(shí)，受到較強(qiáng)工程實(shí)踐和研究能力的訓(xùn)練，能從事機(jī)器人工程領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)器人整機(jī)、核心零部件、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用維護(hù)及管理工作，具有良好的經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保意識(shí)，具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感、工程職業(yè)道德及國際視野的機(jī)器人工程領(lǐng)域的高級(jí)技術(shù)人才，預(yù)期發(fā)展成為所在領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)骨干或管理骨干。

（二）對(duì)畢業(yè)生的基本要求

本專業(yè)畢業(yè)生在知識(shí)、能力和素質(zhì)方面應(yīng)達(dá)到以下基本畢業(yè)要求，力求成為能參與國際競爭的高層次機(jī)器人工程技術(shù)人才和未來開拓者。

1.能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決機(jī)器人工程領(lǐng)域所涉及的研發(fā)及應(yīng)用等復(fù)雜問題。

2.能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和機(jī)器人工程科學(xué)的基本原理，對(duì)復(fù)雜機(jī)器人工程問題進(jìn)行識(shí)別、表達(dá)、建模和分析求解。

3.具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，掌握基本的創(chuàng)新方法，具備對(duì)機(jī)器人工程領(lǐng)域新產(chǎn)品和新技術(shù)進(jìn)行研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)的初步能力，并能夠在解決方案中充分考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

4.能夠針對(duì)特定的復(fù)雜機(jī)器人工程問題，基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，進(jìn)行建模分析、設(shè)計(jì)樣機(jī)開展實(shí)驗(yàn)研究、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

5.能夠針對(duì)機(jī)器人工程領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)開發(fā)、仿真分析及性能測試等特定需求，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其使用范圍。

6.了解與本專業(yè)相關(guān)的社會(huì)、健康、安全、法律以及文化方面知識(shí)，能夠基于工程相關(guān)背景知識(shí)，合理分析評(píng)價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和機(jī)器人工程復(fù)雜問題的解決方案對(duì)上述因素的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

7.能夠理解和評(píng)價(jià)針對(duì)機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的專業(yè)工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。

8.愛國守法，具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，并履行相應(yīng)的責(zé)任。

9.具有一定的人際交往能力和組織管理能力，能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。

10.能夠就機(jī)器人復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

11.理解并掌握機(jī)器人工程領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)等方面的管理原理及經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中加以應(yīng)用。

具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

（三）主要業(yè)務(wù)范圍及核心課程安排

本專業(yè)根據(jù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，采取寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐的培養(yǎng)模式。課程知識(shí)體系涵蓋機(jī)械工程、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科，同時(shí)將部分專業(yè)課程分成中文、雙語和全英語三個(gè)不同層次，有利于拓展學(xué)生的知識(shí)面和國際視野。本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)機(jī)器人工程專業(yè)方向的基礎(chǔ)理論知識(shí)及基本技能。畢業(yè)生主要面向企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)及高等院校等單位，從事機(jī)器人工程領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)器人整機(jī)、核心零部件、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用維護(hù)及管理工作。專業(yè)核心課程：工程力學(xué)、工程圖學(xué)、電工技術(shù)與電子技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、通信原理、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工程學(xué)、自動(dòng)控制原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、液壓與氣壓傳動(dòng)、機(jī)電傳動(dòng)與控制、傳感器原理與檢測技術(shù)、機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制、機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

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