面向智能制造的材料成型及控制工程升級(jí)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(shù)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(jìn)行相應(yīng)的改造和升級(jí)。2019年，上海理工大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)通過(guò)中國(guó)工程教育認(rèn)證。結(jié)合持續(xù)改進(jìn)要求，在新一輪培養(yǎng)計(jì)劃制定過(guò)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(zhǎng)三角地區(qū)先進(jìn)制造行業(yè)對(duì)高端人才的培養(yǎng)需求。

[關(guān)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(xiàng)目]2019年上海理工大學(xué)教研項(xiàng)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(jí)探索與實(shí)踐”（CFTD193008）

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

[中圖分類號(hào)] G423.07[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）27-0220-02[收稿日期] 2019-11-27

一、改革目標(biāo)與意義

材料成型及控制工程專業(yè)是上海理工大學(xué)先進(jìn)制造學(xué)科的重要組成部分，始創(chuàng)于1952年，1999年升級(jí)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(lái)瞄準(zhǔn)上海及長(zhǎng)三角地區(qū)對(duì)材料成型人才的實(shí)際需求，持續(xù)優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和課程體系，建立畢業(yè)生質(zhì)量追蹤和改進(jìn)機(jī)制。自2009年以來(lái)，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(chǔ)上，2019年成功通過(guò)了中國(guó)工程教育認(rèn)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(jī)制。

隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的實(shí)施，智能制造、增材制造等新興技術(shù)正不斷在上海及長(zhǎng)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(xué)的特色工科專業(yè)，需要進(jìn)一步將智能制造、增材制造等新經(jīng)濟(jì)新技術(shù)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(shè)復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)和北京指南明確規(guī)劃的發(fā)展領(lǐng)域之一。國(guó)內(nèi)知名一流高校均開(kāi)始推動(dòng)相關(guān)新工科建設(shè)。國(guó)外知名高校已將智能制造、增材制造納入材料工程、機(jī)械工程等專業(yè)教學(xué)體系中，為新技術(shù)新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供人才保障。

上海理工大學(xué)作為國(guó)內(nèi)百?gòu)?qiáng)、地方雙一流建設(shè)高校，正在大力推動(dòng)新工科建設(shè)。材料成型及控制工程專業(yè)作為校內(nèi)率先通過(guò)工程教育認(rèn)證的特色品牌專業(yè)，尤有必要抓住本輪新工科建設(shè)的契機(jī)，將智能增材制造融入專業(yè)發(fā)展體系和學(xué)科建設(shè)之中，實(shí)現(xiàn)專業(yè)向新工科的升級(jí)轉(zhuǎn)變。

主要改革目標(biāo)是：研究分析智能增材制造技術(shù)對(duì)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(xué)內(nèi)容;探索傳統(tǒng)材料成型及控制工程專業(yè)進(jìn)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(shù)，探索基于現(xiàn)有專業(yè)改造升級(jí)的新方向、新領(lǐng)域，形成新的課程體系。

主要改革內(nèi)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(biāo)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(xué)課件和教學(xué)案例。

二、改革基礎(chǔ)

專業(yè)在2017—2018年引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)增材制造研究團(tuán)隊(duì)，建立增材制造國(guó)際實(shí)驗(yàn)室，配置各類先進(jìn)增材制造設(shè)備，為開(kāi)展增材制造教學(xué)提供了充足的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備條件。團(tuán)隊(duì)與澳大利亞莫納什大學(xué)、英國(guó)伯明翰大學(xué)、中國(guó)商飛公司開(kāi)展各種學(xué)術(shù)和科研合作，為專業(yè)升級(jí)、課程教學(xué)、學(xué)生實(shí)習(xí)深造提供了優(yōu)越的支持平臺(tái)。

專業(yè)其他教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于汽車成型制造、智能制造、微納制造、醫(yī)工交叉領(lǐng)域的教學(xué)與科研，獲得的成果能夠支撐專業(yè)向智能制造等領(lǐng)域升級(jí)。

三、改革過(guò)程

整個(gè)改革過(guò)程分為五個(gè)階段：2019年4月，召開(kāi)專業(yè)骨干教師培養(yǎng)方案研討會(huì)，確定自2019級(jí)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(nèi)容。2019年5月，召開(kāi)全系教師、企業(yè)專家培養(yǎng)方案研討會(huì)，進(jìn)一步細(xì)化培養(yǎng)方案制定的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，明確培養(yǎng)方案、課程體系、課程大綱等文件的主要構(gòu)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(zé)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(kāi)產(chǎn)業(yè)企業(yè)專家培養(yǎng)方案研討會(huì)，收集整理專家意見(jiàn)，與會(huì)專家充分肯定本次教學(xué)改革的豐碩成果，同時(shí)提出了進(jìn)一步優(yōu)化改革的建議，為專業(yè)的持續(xù)改進(jìn)指明了方向。

四、培養(yǎng)目標(biāo)的凝練

經(jīng)過(guò)本輪改革，結(jié)合工程認(rèn)證的反饋意見(jiàn)，將專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)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(guó)際化視野”的先進(jìn)成型制造及智能控制行業(yè)的高級(jí)工程技術(shù)和管理人才;掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，具有分析、決策、解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力;具有良好的英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)讀寫能力，能在跨文化環(huán)境中進(jìn)行專業(yè)溝通和交流;具有設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用等創(chuàng)新能力;具有終身學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展能力、良好的人文社會(huì)素養(yǎng)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí);具有一定的工程管理與經(jīng)濟(jì)決策知識(shí)、環(huán)保知識(shí)、行業(yè)安全意識(shí)和法律法規(guī)意識(shí)，成為從事先進(jìn)成型制造及智能控制領(lǐng)域生產(chǎn)設(shè)計(jì)、研究開(kāi)發(fā)、質(zhì)控管理、市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)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(biāo)，對(duì)畢業(yè)要求進(jìn)行了全面優(yōu)化。修訂后的畢業(yè)要求主要包括：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決先進(jìn)成型制造及智能控制領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題;能夠提出相關(guān)系統(tǒng)解決方案;具有設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新意識(shí);能綜合考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素;能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)，具備通過(guò)信息綜合得到有效結(jié)論的能力;能夠選擇、使用和開(kāi)發(fā)恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、工具，對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)、模擬與優(yōu)化;了解研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)及安全管理等背景知識(shí)，能夠綜合評(píng)價(jià)解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律及文化的影響;具有環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí);具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，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;能夠與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行溝通和交流，具有清晰表達(dá)能力;具備外語(yǔ)能力和國(guó)際化視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流;掌握并能應(yīng)用工程管理與經(jīng)濟(jì)決策方法。

六、課程體系的改進(jìn)

一是增設(shè)3個(gè)專業(yè)方向。①先進(jìn)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(lǐng)域。②先進(jìn)成型方向，主要面向汽車覆蓋件成型、焊接成型、橡塑成型、復(fù)合材料成型等領(lǐng)域。③質(zhì)量控制方向，主要面向成型質(zhì)量控制、模具表面控制、材料性能控制、材料失效控制等領(lǐng)域。各方向開(kāi)設(shè)對(duì)應(yīng)理論和實(shí)踐課。學(xué)生可根據(jù)興趣，選修某個(gè)方向。

二是增設(shè)智能制造課程模塊。增設(shè)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(xiàng)目實(shí)踐、智能制造技術(shù)等課程，分別在第五、第六、短第七學(xué)期開(kāi)設(shè)，強(qiáng)化對(duì)智能成型制造的培養(yǎng)。

三是增設(shè)增材制造課程模塊。增設(shè)增材制造技術(shù)課程和增材制造項(xiàng)目實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生在增材制造領(lǐng)域的專業(yè)技能。

四是增設(shè)微納制造課程模塊。增設(shè)微納制造技術(shù)課程和微納制造項(xiàng)目實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生在微納制造、醫(yī)工交叉制造領(lǐng)域的專業(yè)技能。

五是按照工程認(rèn)證的反饋意見(jiàn)，將計(jì)算方法、熱工與流體基礎(chǔ)設(shè)為必修課，增設(shè)工程管理與項(xiàng)目決策為必修課，培養(yǎng)學(xué)生的管理決策技能。同時(shí)微調(diào)部分課程的設(shè)置學(xué)期，平衡各學(xué)期課程負(fù)擔(dān)。修訂后的培養(yǎng)方案共168學(xué)分，分為4個(gè)課程模塊，其中，通識(shí)課程模塊47.5學(xué)分，學(xué)科基礎(chǔ)課程模塊60學(xué)分，專業(yè)課程模塊56.5學(xué)分，任選課程模塊4學(xué)分。

七、結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述教學(xué)改革，形成了面向智能增材制造、符合工程教育認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)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(rèn)證專家和企業(yè)專家意見(jiàn)，形成了智能、增材等先進(jìn)制造特色，適應(yīng)了新工科的發(fā)展方向。培養(yǎng)方案實(shí)施后，將在上海及長(zhǎng)三角地區(qū)率先實(shí)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(xué)雙一流學(xué)科建設(shè)增添亮點(diǎn)，為上海及長(zhǎng)三角地區(qū)智能制造、增材制造、大飛機(jī)、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(yīng)用價(jià)值。