面向智能制造的材料成型及控制工程升级探索
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作者:陈泽中 李生娟
[摘 要]随着智能制造、增材制造等新兴技术的不断发展，传统的材料成型及控制工程专业需要进行相应的改造和升级。2019年，上海理工大学材料成型及控制工程专业通过中国工程教育认证。结合持续改进要求，在新一轮培养计划制定过程中，引入智能制造、增材制造课程，建立分方向的课程体系，能够更好地满足上海及长三角地区先进制造行业对高端人才的培养需求。
[关键词]智能制造;增材制造;材料成型及控制工程;专业改革
[基金项目]2019年上海理工大学教研项目“面向智能增材制造的材料成型及控制工程专业改造升级探索与实践”（CFTD193008）
[作者简介]陈泽中（1971—），男，江西德安人，博士，上海理工大学材料科学与工程学院副教授，主要从事先进材料成型制造与智能控制方面研究。
[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）27-0220-02 [收稿日期] 2019-11-27
一、改革目标与意义
材料成型及控制工程专业是上海理工大学先进制造学科的重要组成部分，始创于1952年，1999年升级为本科专业，2009年获批上海市本科教育高地专业。专业近十年来瞄准上海及长三角地区对材料成型人才的实际需求，持续优化专业培养目标、毕业要求和课程体系，建立毕业生质量追踪和改进机制。自2009年以来，历年毕业生就业率均保持在100%，名列全校前茅。在近十年快速发展的基础上，2019年成功通过了中国工程教育认证，并成为上海市一流本科专业，初步建立起了一套卓越工程人才培养机制。
随着“中国制造2025”战略的实施，智能制造、增材制造等新兴技术正不断在上海及长三角地区兴起。材料成型及控制工程专业作为上海理工大学的特色工科专业，需要进一步将智能制造、增材制造等新经济新技术纳入专业培养范畴。
智能制造、增材制造是教育部新工科建设复旦共识、天大行动和北京指南明确规划的发展领域之一。国内知名一流高校均开始推动相关新工科建设。国外知名高校已将智能制造、增材制造纳入材料工程、机械工程等专业教学体系中，为新技术新经济的发展提供人才保障。
上海理工大学作为国内百强、地方双一流建设高校，正在大力推动新工科建设。材料成型及控制工程专业作为校内率先通过工程教育认证的特色品牌专业，尤有必要抓住本轮新工科建设的契机，将智能增材制造融入专业发展体系和学科建设之中，实现专业向新工科的升级转变。
主要改革目標是：研究分析智能增材制造技术对传统材料成型及控制工程专业人才培养提出的新要求，更新课程体系和教学内容;探索传统材料成型及控制工程专业进一步信息化、数字化改造的途径与方式;面向人工智能、增材制造等新技术，探索基于现有专业改造升级的新方向、新领域，形成新的课程体系。
主要改革内容包括：制定包含智能增材制造的材料成型及控制工程专业培养目标和毕业要求;制定包含智能增材制造的材料成型及控制工程专业课程体系，增加智能增材制造课程模块;编写智能增材制造系列课程大纲，选定教材，编写教学课件和教学案例。
二、改革基础
专业在2017—2018年引进国际先进增材制造研究团队，建立增材制造国际实验室，配置各类先进增材制造设备，为开展增材制造教学提供了充足的实验场地和设备条件。团队与澳大利亚莫纳什大学、英国伯明翰大学、中国商飞公司开展各种学术和科研合作，为专业升级、课程教学、学生实习深造提供了优越的支持平台。
专业其他教学科研团队长期致力于汽车成型制造、智能制造、微纳制造、医工交叉领域的教学与科研，获得的成果能够支撑专业向智能制造等领域升级。
三、改革过程
整个改革过程分为五个阶段：2019年4月，召开专业骨干教师培养方案研讨会，确定自2019级起，在培养方案中增加智能、增材、微纳、医工交叉制造等面向新工科的方向和内容。2019年5月，召开全系教师、企业专家培养方案研讨会，进一步细化培养方案制定的各项细节，明确培养方案、课程体系、课程大纲等文件的主要构架。2019年5—7月，分工制定专业培养方案、课程体系、课程大纲。2019年9—10月，责任教师完成课程课件、案例等的收集和初步制作。2019年11月，再次召开产业企业专家培养方案研讨会，收集整理专家意见，与会专家充分肯定本次教学改革的丰硕成果，同时提出了进一步优化改革的建议，为专业的持续改进指明了方向。
四、培养目标的凝练
经过本轮改革，结合工程认证的反馈意见，将专业的培养目标凝练为：培养德智体美劳全面发展，具有“工程能力、创新能力、国际化视野”的先进成型制造及智能控制行业的高级工程技术和管理人才;掌握扎实的专业知识和技能，具有分析、决策、解决专业领域复杂工程问题的能力;具有良好的英语听说读写能力，能在跨文化环境中进行专业沟通和交流;具有设计、开发、应用等创新能力;具有终身学习和可持续发展能力、良好的人文社会素养及团队协作意识;具有一定的工程管理与经济决策知识、环保知识、行业安全意识和法律法规意识，成为从事先进成型制造及智能控制领域生产设计、研究开发、质控管理、市场经营的卓越人才。
五、毕业要求的优化
按照确定的培养目标，对毕业要求进行了全面优化。修订后的毕业要求主要包括：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决先进成型制造及智能控制领域复杂工程问题;能够提出相关系统解决方案;具有设计和开发的创新意识;能综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素;能够设计实验、分析与解释数据，具备通过信息综合得到有效结论的能力;能够选择、使用和开发恰当的技术、资源、工具，对复杂工程问题进行预测、模拟与优化;了解研发、设计、生产等相关的标准、法律法规及安全管理等背景知识，能够综合评价解决方案对社会、健康、安全、法律及文化的影响;具有环境保护和可持续发展意识;具有人文社会科学素养和社会责任感，理解并遵守工程职业道德和规范，并履行相应的责任;能够与业界同行及社会公众进行沟通和交流，具有清晰表达能力;具备外语能力和国际化视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流;掌握并能应用工程管理与经济决策方法。
六、课程体系的改进
一是增设3个专业方向。①先进制造方向，主要面向智能制造、增材制造、微纳制造、模具制造等领域。②先进成型方向，主要面向汽车覆盖件成型、焊接成型、橡塑成型、复合材料成型等领域。③质量控制方向，主要面向成型质量控制、模具表面控制、材料性能控制、材料失效控制等领域。各方向开设对应理论和实践课。学生可根据兴趣，选修某个方向。
二是增设智能制造课程模块。增设成型制造智能控制、成型制造智能仿真、成型制造智能仿真项目实践、智能制造技术等课程，分别在第五、第六、短第七学期开设，强化对智能成型制造的培养。
三是增设增材制造课程模块。增设增材制造技术课程和增材制造项目实践课程，培养学生在增材制造领域的专业技能。
四是增设微纳制造课程模块。增设微纳制造技术课程和微纳制造项目实践课程，培养学生在微纳制造、医工交叉制造领域的专业技能。
五是按照工程认证的反馈意见，将计算方法、热工与流体基础设为必修课，增设工程管理与项目决策为必修课，培养学生的管理决策技能。同时微调部分课程的设置学期，平衡各学期课程负担。修订后的培养方案共168学分，分为4个课程模块，其中，通识课程模块47.5学分，学科基础课程模块60学分，专业课程模块56.5学分，任选课程模块4学分。
七、结论
经过上述教学改革，形成了面向智能增材制造、符合工程教育认证持续改进要求的材料成型及控制工程专业培养方案。方案吸收了工程认证专家和企业专家意见，形成了智能、增材等先进制造特色，适应了新工科的发展方向。培养方案实施后，将在上海及长三角地区率先实现面向智能、增材制造的材料成型及控制工程新工科特色，为上海理工大学双一流学科建设增添亮点，为上海及长三角地区智能制造、增材制造、大飞机、汽车制造等行业培养卓越工程人才，具有重要的改革意义和创新推广应用价值。
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