控制工程的專業(yè)構(gòu)建

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一、過程裝備與控制工程專業(yè)的歷史背景

過程裝備與控制工程專業(yè)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起著極其重要作用。首先，化工、石油化工、能源、動力是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，這些行業(yè)的發(fā)展以工藝過程為先導，以先進的裝備和控制技術為保障，而過程裝備與控制工程正是這些產(chǎn)業(yè)的支柱。我國過程裝備與控制工程專業(yè)的前身是化工機械專業(yè)，成立于二十世紀五十年代初期，基本上參照原蘇聯(lián)的模式。1951年大連工學院首先成立“化學生產(chǎn)機器與設備”專業(yè)，1952年天津大學、浙江大學、華東化工學院等先后成立“化學生產(chǎn)機器與設備”專業(yè)，簡稱為“化機”專業(yè)。在此后的幾十年里，該專業(yè)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮了無可替代的作用，尤其在化工、石油化工、輕工、制藥等行業(yè)作用尤為明顯。該專業(yè)主要特點是“化工”和“機械”的交叉與復合。既可以處理化工類的問題，又可以處理機械類的問題，還可以解決化工和機械的綜合問題，而后一類問題在過程工業(yè)中非常普遍，實現(xiàn)了化工與機械的復合，曾被譽為“萬金油”專業(yè)。這正是“化機”專業(yè)生存以及“化機”專業(yè)人才一直受到社會青睞的根本原因。近幾年“化機”專業(yè)數(shù)量迅速擴大，目前我國已有140余所高校設置了該專業(yè)。然而，進入20世紀90年代，社會對“化機”專業(yè)人才的要求發(fā)生了改變。主要是由于過程裝備越來越趨向大型化、精細化和自動化，流程參數(shù)（如壓力、溫度、流量等）與過程的進行必須實施精確的自動控制，將“過程”、“裝備”與“控制”三個相關學科緊密有機地結(jié)合在一起，實現(xiàn)“化-機-電一體化”，這是“化機”專業(yè)改革的必然[1]。根據(jù)教育部1998年頒布的《普通高等學校本科專業(yè)目錄》，遼寧工業(yè)大學將“化工設備與機械”本科專業(yè)正式更名為“過程裝備與控制工程”專業(yè)。本專業(yè)不是一個獨立的學科，實際上是將機械工業(yè)和控制工程經(jīng)發(fā)展和改造，使之能服務于過程工業(yè)。因此，過程裝備與控制工程是一個融“過程”、“機械”和“控制”為一體，將“化工”、“機械”和“信息”學科緊密結(jié)合而形成的“化—機—電”一體化的多科型、交叉型專業(yè)[2]。

二、專業(yè)建設的指導思想

過程裝備與控制工程專業(yè)建設的基本思路是“以過程裝備設計為主體，以過程原理與裝備控制技術應用為其兩翼(簡稱‘一體兩翼’)”的復合型專業(yè)[3]，培養(yǎng)以工程師為主的應用型人才。專業(yè)發(fā)展方向：了解工藝過程，熟悉機械基礎，突出過程裝備及控制。研究內(nèi)容包括：過程裝備設計與制造、高效節(jié)能裝備的開發(fā)、成套裝置的開發(fā)與設計、成套工程、設備結(jié)構(gòu)及強度理論、過程安全理論技術與裝備、流程參數(shù)控制理論與技術、粉體理論與技術等。主要服務對象定位能在化工、石油化工、能源、輕工、制藥、制冷、動力、環(huán)保、生化、食品、機械和勞動安全等行業(yè)從事過程裝備與控制的設計、研究、運營、技術開發(fā)與及管理工作。三、專業(yè)建設的主要措施

（一）專業(yè)培養(yǎng)目標的定位

參照過程裝備與控制工程專業(yè)教學指導委員會制訂的總體框架，專業(yè)的培養(yǎng)目標重新定位為：培養(yǎng)具備化學工程、機械工程、控制工程和管理工程等方面的知識；能在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、機械及勞動安全部門從事工程設計、技術開發(fā)、生產(chǎn)技術、經(jīng)營管理以及工程科學研究等方面工作的高級工程技術人才。本專業(yè)學生主要學習化學工程、機械工程及控制工程等方面的基礎理論，掌握過程裝備設計的基本概念、基本理論及基本方法，具備工程師的基本素質(zhì)，能夠運用基本理論研制、開發(fā)、制造及生產(chǎn)組織管理等[4]。教學計劃體現(xiàn)了“一體兩翼”的專業(yè)總體構(gòu)架，實現(xiàn)了化學工程、機械工程和控制工程多學科交叉。

（二）建設高素質(zhì)專業(yè)師資隊伍

建立一支高素質(zhì)、結(jié)構(gòu)合理的師資隊伍，是專業(yè)建設的關鍵。目前，該專業(yè)已形成一支學歷層次高(博士占25%，碩士占75%)、年齡結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)比較合理(45歲以下占65%、高級職稱占75%)、專業(yè)素質(zhì)水平較高的教師隊伍[1]。為彌補原“化機”專業(yè)教師過程控制方面理論知識的欠缺，我們引進二位博士來做過程控制帶頭人。

（三）更新教學方法及手段

在教學方法上，采用互動式、啟發(fā)式教學，講課突出重點[1]。對容易理解掌握的內(nèi)容要求學生以自學為主，教師只起督促、答疑質(zhì)疑和考核作用，讓學生自學和教師講授、指導、解難答疑相結(jié)合。促進了學生學習的積極性，使學生獲取知識的能力大大增強。在教學手段上，利用先進教學技術，采用多媒體（CAI）和教學模具教學。如過程裝備制造、過程設備設計、過程機械和化工原理等課程，使用三維課件加圖片資料講解，增加動態(tài)演示效果，看到了只能下廠實習才能看到的設備結(jié)構(gòu)、工作過程，形象生動真實。加深了學生對制造過程、設備結(jié)構(gòu)和工作原理的理解，提高了教學效果。解決了黑板甚至掛圖也難以表達的問題。激發(fā)了學生學習的興趣。

（四）調(diào)整和優(yōu)化課程體系

根據(jù)遼寧工業(yè)大學的實際情況，以培養(yǎng)目標為指導、以知識結(jié)構(gòu)為框架、以培養(yǎng)規(guī)格為尺度，進行理論教學與實踐教學內(nèi)容的合理配置。在教育思想上由傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)；在課程內(nèi)容上按照“加強基礎、砍掉重復”的原則進行重組，并充分注意各課程的分工、銜接、協(xié)調(diào)與補充[2]。在教學計劃和課程體系方面，以過程裝備為主體，以化工過程和過程控制為兩翼，具體地說：過程的主體是化工裝置，包括化工單元設備及設備成套技術，且必須以工藝技術（化工過程）和過程控制為補充，從而使之成為培養(yǎng)工程型人才的搖籃。貫徹厚基礎、寬專業(yè)、強能力、高素質(zhì)的基本原則[2]。結(jié)合遼寧工業(yè)大學的實際情況，過程裝備與控制工程專業(yè)課程體系如下：

1.精煉化工方面課程、加重機械方面課程、強化控制方面課程。由于過程裝備與控制專業(yè)是復合專業(yè)，即化機電的集成，它不可能將三個專業(yè)方向的課程全部照搬，故根據(jù)我校情況，在教學計劃中只設置了工業(yè)化學及化工原理兩門化工方向的課程，將普通化學砍掉；又因為過程裝備與控制工程專業(yè)是以機械為主體，故在課程設置上格外突出機械方向的課程。如：按傳統(tǒng)設置了機械制圖、工程力學、機械原理、機械設計、互換性與技術測量、工程材料、過程設備設計和過程機械等；在此基礎上添加了過程工業(yè)必需的基礎課程，我們設置了粉體力學、工程熱力學、工程流體力學等課程。此外，為加強過程裝備的自動控制，實現(xiàn)機電一體化，我們認為最核心部分是控制原理和控制方法的應用。為此，設置了電子技術基礎、機械控制工程基礎、PLC技術基礎和過程裝備控制技術應用等課程，從根本上實現(xiàn)了化機電的復合。

2.加強專業(yè)實驗，強調(diào)工程實踐，注重動手能力培養(yǎng)。實驗教學是本科教學的重要組成部分,它與理論教學同樣重要，對提高學生的綜合素質(zhì),培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要作用。“過控”專業(yè)實驗室主要承擔“過控”的專業(yè)實驗，過去大多是化工機械方向的實驗，與“過控”專業(yè)要求很不相適應。為此對專業(yè)實驗進行了全面整合，按照過程裝備與控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求，堅持“厚基礎，重實踐”的人才培養(yǎng)思想，補充了過程裝備控制項目的實驗。實驗類型由單一的驗證性實驗，增加了綜合性實驗和設計性實驗。例如：新增了過程裝備與控制多功能綜合實驗，多容液位控制系統(tǒng)綜合實驗等。搭建實踐教學，科研平臺。實驗數(shù)據(jù)采集、測量、控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大部分實現(xiàn)計算機控制，提高了學生的實踐和創(chuàng)新能力。同時，將實驗仿真和實際實驗結(jié)合起來，提高學生學習興趣、增加學生參與性、擴大學生知識面。目前可為本科生開設20余個實驗，供學生自由選擇。為學生實踐能力、科研能力和綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)提供了實驗教學基地，并對教師的科研工作提供了一定的實驗支持，同時還可為社會承擔科研與開發(fā)任務。

3.充實和豐富實習環(huán)節(jié)內(nèi)容，實現(xiàn)實習模式的多樣性。實習是工科學生完成工程師基本訓練極其重要的實踐性環(huán)節(jié)，也是目前高校整個教學過程中的薄弱環(huán)節(jié)[6]。其內(nèi)容與實施方式安排的好壞直接影響學生素質(zhì)與知識面。經(jīng)多年教學經(jīng)驗，我們感到培養(yǎng)一支具有豐富實踐經(jīng)驗的實習指導教師隊伍是確保實習質(zhì)量的關鍵。因此應該加強專業(yè)教師到校外實訓的建設，聘任在生產(chǎn)一線工作的具有高級專業(yè)技術職稱的專業(yè)人員來參與實習指導，從而提高實習指導教師的整體實踐水平[6]。其次，還要強化實習基地的建設。實習基地包括校內(nèi)實習基地和校外實習基地。校外實習使學生開闊眼界、增長見識，學到校內(nèi)無法學到的先進生產(chǎn)技術與科學管理經(jīng)驗。建立校外實習基地必須是互惠互利，這就要求我們必須與企業(yè)建立良好的合作關系，為企業(yè)無償或有償?shù)靥峁┮恍┘夹g咨詢和科研服務，從而使企業(yè)愿意與我們合作，為學生實習奠定基礎[6]。即使這樣，也不可能一遇到問題就到企業(yè)去實踐，對于一些簡單的或特別復雜的問題，可將過去去校外實習的單一模式改為在校內(nèi)實習模式。通過仿真軟件的訓練，提高學生工程意識和動手能力，既經(jīng)濟、方便，又能達到實習目的。校內(nèi)實習基于計算機、網(wǎng)絡、多媒體課件和仿真軟件，由人工建造的模擬工廠操作與控制或工業(yè)過程設備為工具，用實時運行的動態(tài)數(shù)字模型代替真實工廠的仿真實習，緩解由于實習經(jīng)費緊張，造成實踐教學質(zhì)量滑坡的壓力，并可以學到校外實習難以學到的知識；在仿真實習中，學生的主動性得到充分發(fā)揮，對化工過程，設備性能及控制參數(shù)有了更深理解。這種校內(nèi)校外相結(jié)合的實習模式既緩解了實習壓力，又豐富了實習內(nèi)容，受到了學生的歡迎。

4.改革畢業(yè)設計（論文）的模式，從單體化工設備為主轉(zhuǎn)向成套裝置設計。畢業(yè)設計（論文）是學生在校期間的最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決工程技術問題，是完成工程師素質(zhì)基本訓練的一個關鍵性教學實踐活動。根據(jù)企業(yè)的要求，修訂了畢業(yè)設計（論文）大綱和畢業(yè)設計（論文）指導書，指導教師依據(jù)培養(yǎng)目標從工程實際或縱（橫）向科研課題選好題目（不設虛擬題目）后，采用雙向選擇方式。畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容以工程設計為主線，計算機為結(jié)合點，把機械、化工及控制技術三個學科的知識交叉、滲透、集成，考察和訓練學生的綜合能力，有利于培養(yǎng)學生對過程裝備系統(tǒng)性和大工程概念的理解，改變了原來傳統(tǒng)的單體化工設備設計模式[2]。學生在確定自己畢業(yè)設計（論文）題目后，采用計算機軟件（AUTOCAD、CAXA和Word）繪制工程圖樣并輸入和輸出畢業(yè)設計(論文)說明書，從中得到了真刀實槍的訓練。掌握科學研究的方法和提高處理工程實際問題的能力，使學生從過去單一的獨立設計模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠知毩㈨椖颗c部分協(xié)作項目設計模式，培養(yǎng)了學生協(xié)同工作能力。擴大了學生的知識面，提高了學生畢業(yè)后的就業(yè)機會。

5.加強能力培養(yǎng),以體驗為手段，學研互動，讓學生在參與中提高創(chuàng)新能力。教學計劃有2個創(chuàng)新學分，其目的是幫助學生樹立崇尚科學的思想,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。具體的做法由科研能力較強的教師把自己的科研成果、科研工作體會、工程實踐經(jīng)驗傳授給學生,把工程案例帶進課堂。這些知識的傳授必然能夠啟發(fā)學生思維[5]。然后學生自己申報創(chuàng)新實驗的題目或參與老師的科研項目，以實驗室（實驗裝置或過程設備拆裝）或工廠為平臺，以教學模型或?qū)嵨餅榈谰撸屗麄冊趧友邸幽X、動手過程中認識基本結(jié)構(gòu)，了解基本原理、讓技術還原[5]，從而激發(fā)學習興趣和主動性，獲得創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，從中受到初步的科研訓練。最后，學生將成果以專利、發(fā)表科技論文、參與教師科研項目和創(chuàng)新實驗報告的形式申報，經(jīng)評審合格獲取1～2創(chuàng)新學分。

四、專業(yè)建設的成果

經(jīng)過十余年的專業(yè)建設和實踐探索，遼寧工業(yè)大學過程裝備與控制專業(yè)進一步明確了專業(yè)的辦學方向，改善了教學條件，教學水平逐年提高。學生獨立獲取知識能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力等方面均有了較大的改善。首先，該專業(yè)近五年的就業(yè)率均達到90﹪以上，位居我校各專業(yè)前列。畢業(yè)生主要面向化工、石油化工、能源、動力等行業(yè)，企業(yè)反映較好，得到了社會的認可；其次，該專業(yè)近五年考研率較高（10%以上），被錄取的專業(yè)主要有過程裝備與控制工程、車輛工程、機械制造及自動化和化學工藝與工程等專業(yè)；錄取的學校不乏名牌大學，如哈爾濱工業(yè)大學，大連理工大學、華東理工大學，東北大學，北京化工大學等。而且，目前已有兩屆化工過程機械碩士畢業(yè)生。從這一側(cè)面來講，我校過程裝備與控制工程專業(yè)建設是成功的。實現(xiàn)了厚基礎、寬專業(yè)口徑的培養(yǎng)目標，培養(yǎng)出來的本科生綜合能力比較強，符合工程型人才的需求，為培養(yǎng)跨學科復合人才探索了新的路子。