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(jì)和社會(huì)發(fā)展中起著極其重要作用。首先，化工、石油化工、能源、動(dòng)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(dǎo)，以先進(jìn)的裝備和控制技術(shù)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(jī)械專業(yè)，成立于二十世紀(jì)五十年代初期，基本上參照原蘇聯(lián)的模式。1951年大連工學(xué)院首先成立“化學(xué)生產(chǎn)機(jī)器與設(shè)備”專業(yè)，1952年天津大學(xué)、浙江大學(xué)、華東化工學(xué)院等先后成立“化學(xué)生產(chǎn)機(jī)器與設(shè)備”專業(yè)，簡稱為“化機(jī)”專業(yè)。在此后的幾十年里，該專業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)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(diǎn)是“化工”和“機(jī)械”的交叉與復(fù)合。既可以處理化工類的問題，又可以處理機(jī)械類的問題，還可以解決化工和機(jī)械的綜合問題，而后一類問題在過程工業(yè)中非常普遍，實(shí)現(xiàn)了化工與機(jī)械的復(fù)合，曾被譽(yù)為“萬金油”專業(yè)。這正是“化機(jī)”專業(yè)生存以及“化機(jī)”專業(yè)人才一直受到社會(huì)青睞的根本原因。近幾年“化機(jī)”專業(yè)數(shù)量迅速擴(kuò)大，目前我國已有140余所高校設(shè)置了該專業(yè)。然而，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，社會(huì)對(duì)“化機(jī)”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(xì)化和自動(dòng)化，流程參數(shù)（如壓力、溫度、流量等）與過程的進(jìn)行必須實(shí)施精確的自動(dòng)控制，將“過程”、“裝備”與“控制”三個(gè)相關(guān)學(xué)科緊密有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)“化-機(jī)-電一體化”，這是“化機(jī)”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(xué)校本科專業(yè)目錄》，遼寧工業(yè)大學(xué)將“化工設(shè)備與機(jī)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(gè)獨(dú)立的學(xué)科，實(shí)際上是將機(jī)械工業(yè)和控制工程經(jīng)發(fā)展和改造，使之能服務(wù)于過程工業(yè)。因此，過程裝備與控制工程是一個(gè)融“過程”、“機(jī)械”和“控制”為一體，將“化工”、“機(jī)械”和“信息”學(xué)科緊密結(jié)合而形成的“化—機(jī)—電”一體化的多科型、交叉型專業(yè)[2]。

二、專業(yè)建設(shè)的指導(dǎo)思想

過程裝備與控制工程專業(yè)建設(shè)的基本思路是“以過程裝備設(shè)計(jì)為主體，以過程原理與裝備控制技術(shù)應(yīng)用為其兩翼(簡稱‘一體兩翼’)”的復(fù)合型專業(yè)[3]，培養(yǎng)以工程師為主的應(yīng)用型人才。專業(yè)發(fā)展方向：了解工藝過程，熟悉機(jī)械基礎(chǔ)，突出過程裝備及控制。研究內(nèi)容包括：過程裝備設(shè)計(jì)與制造、高效節(jié)能裝備的開發(fā)、成套裝置的開發(fā)與設(shè)計(jì)、成套工程、設(shè)備結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度理論、過程安全理論技術(shù)與裝備、流程參數(shù)控制理論與技術(shù)、粉體理論與技術(shù)等。主要服務(wù)對(duì)象定位能在化工、石油化工、能源、輕工、制藥、制冷、動(dòng)力、環(huán)保、生化、食品、機(jī)械和勞動(dòng)安全等行業(yè)從事過程裝備與控制的設(shè)計(jì)、研究、運(yùn)營、技術(shù)開發(fā)與及管理工作。三、專業(yè)建設(shè)的主要措施

（一）專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的定位

參照過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制訂的總體框架，專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)重新定位為：培養(yǎng)具備化學(xué)工程、機(jī)械工程、控制工程和管理工程等方面的知識(shí)；能在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、機(jī)械及勞動(dòng)安全部門從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)營管理以及工程科學(xué)研究等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)化學(xué)工程、機(jī)械工程及控制工程等方面的基礎(chǔ)理論，掌握過程裝備設(shè)計(jì)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(yùn)用基本理論研制、開發(fā)、制造及生產(chǎn)組織管理等[4]。教學(xué)計(jì)劃體現(xiàn)了“一體兩翼”的專業(yè)總體構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)工程、機(jī)械工程和控制工程多學(xué)科交叉。

（二）建設(shè)高素質(zhì)專業(yè)師資隊(duì)伍

建立一支高素質(zhì)、結(jié)構(gòu)合理的師資隊(duì)伍，是專業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵。目前，該專業(yè)已形成一支學(xué)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(jí)職稱占75%)、專業(yè)素質(zhì)水平較高的教師隊(duì)伍[1]。為彌補(bǔ)原“化機(jī)”專業(yè)教師過程控制方面理論知識(shí)的欠缺，我們引進(jìn)二位博士來做過程控制帶頭人。

（三）更新教學(xué)方法及手段

在教學(xué)方法上，采用互動(dòng)式、啟發(fā)式教學(xué)，講課突出重點(diǎn)[1]。對(duì)容易理解掌握的內(nèi)容要求學(xué)生以自學(xué)為主，教師只起督促、答疑質(zhì)疑和考核作用，讓學(xué)生自學(xué)和教師講授、指導(dǎo)、解難答疑相結(jié)合。促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生獲取知識(shí)的能力大大增強(qiáng)。在教學(xué)手段上，利用先進(jìn)教學(xué)技術(shù)，采用多媒體（CAI）和教學(xué)模具教學(xué)。如過程裝備制造、過程設(shè)備設(shè)計(jì)、過程機(jī)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(dòng)態(tài)演示效果，看到了只能下廠實(shí)習(xí)才能看到的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作過程，形象生動(dòng)真實(shí)。加深了學(xué)生對(duì)制造過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的理解，提高了教學(xué)效果。解決了黑板甚至掛圖也難以表達(dá)的問題。激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)的實(shí)際情況，以培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)、以知識(shí)結(jié)構(gòu)為框架、以培養(yǎng)規(guī)格為尺度，進(jìn)行理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的合理配置。在教育思想上由傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)；在課程內(nèi)容上按照“加強(qiáng)基礎(chǔ)、砍掉重復(fù)”的原則進(jìn)行重組，并充分注意各課程的分工、銜接、協(xié)調(diào)與補(bǔ)充[2]。在教學(xué)計(jì)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(shè)備及設(shè)備成套技術(shù)，且必須以工藝技術(shù)（化工過程）和過程控制為補(bǔ)充，從而使之成為培養(yǎng)工程型人才的搖籃。貫徹厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)的基本原則[2]。結(jié)合遼寧工業(yè)大學(xué)的實(shí)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(jī)械方面課程、強(qiáng)化控制方面課程。由于過程裝備與控制專業(yè)是復(fù)合專業(yè)，即化機(jī)電的集成，它不可能將三個(gè)專業(yè)方向的課程全部照搬，故根據(jù)我校情況，在教學(xué)計(jì)劃中只設(shè)置了工業(yè)化學(xué)及化工原理兩門化工方向的課程，將普通化學(xué)砍掉；又因?yàn)檫^程裝備與控制工程專業(yè)是以機(jī)械為主體，故在課程設(shè)置上格外突出機(jī)械方向的課程。如：按傳統(tǒng)設(shè)置了機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測(cè)量、工程材料、過程設(shè)備設(shè)計(jì)和過程機(jī)械等；在此基礎(chǔ)上添加了過程工業(yè)必需的基礎(chǔ)課程，我們?cè)O(shè)置了粉體力學(xué)、工程熱力學(xué)、工程流體力學(xué)等課程。此外，為加強(qiáng)過程裝備的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，我們認(rèn)為最核心部分是控制原理和控制方法的應(yīng)用。為此，設(shè)置了電子技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、PLC技術(shù)基礎(chǔ)和過程裝備控制技術(shù)應(yīng)用等課程，從根本上實(shí)現(xiàn)了化機(jī)電的復(fù)合。

2.加強(qiáng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐，注重動(dòng)手能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教學(xué)的重要組成部分,它與理論教學(xué)同樣重要，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì),培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有重要作用。“過控”專業(yè)實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)“過控”的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，過去大多是化工機(jī)械方向的實(shí)驗(yàn)，與“過控”專業(yè)要求很不相適應(yīng)。為此對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(biāo)的要求，堅(jiān)持“厚基礎(chǔ)，重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)思想，補(bǔ)充了過程裝備控制項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)類型由單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。例如：新增了過程裝備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)，多容液位控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)等。搭建實(shí)踐教學(xué)，科研平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大部分實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，提高了學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)仿真和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加學(xué)生參與性、擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面。目前可為本科生開設(shè)20余個(gè)實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生自由選擇。為學(xué)生實(shí)踐能力、科研能力和綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)提供了實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，并對(duì)教師的科研工作提供了一定的實(shí)驗(yàn)支持，同時(shí)還可為社會(huì)承擔(dān)科研與開發(fā)任務(wù)。

3.充實(shí)和豐富實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)模式的多樣性。實(shí)習(xí)是工科學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練極其重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，也是目前高校整個(gè)教學(xué)過程中的薄弱環(huán)節(jié)[6]。其內(nèi)容與實(shí)施方式安排的好壞直接影響學(xué)生素質(zhì)與知識(shí)面。經(jīng)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們感到培養(yǎng)一支具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師隊(duì)伍是確保實(shí)習(xí)質(zhì)量的關(guān)鍵。因此應(yīng)該加強(qiáng)專業(yè)教師到校外實(shí)訓(xùn)的建設(shè)，聘任在生產(chǎn)一線工作的具有高級(jí)專業(yè)技術(shù)職稱的專業(yè)人員來參與實(shí)習(xí)指導(dǎo)，從而提高實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師的整體實(shí)踐水平[6]。其次，還要強(qiáng)化實(shí)習(xí)基地的建設(shè)。實(shí)習(xí)基地包括校內(nèi)實(shí)習(xí)基地和校外實(shí)習(xí)基地。校外實(shí)習(xí)使學(xué)生開闊眼界、增長見識(shí)，學(xué)到校內(nèi)無法學(xué)到的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)與科學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)。建立校外實(shí)習(xí)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(guān)系，為企業(yè)無償或有償?shù)靥峁┮恍┘夹g(shù)咨詢和科研服務(wù)，從而使企業(yè)愿意與我們合作，為學(xué)生實(shí)習(xí)奠定基礎(chǔ)[6]。即使這樣，也不可能一遇到問題就到企業(yè)去實(shí)踐，對(duì)于一些簡單的或特別復(fù)雜的問題，可將過去去校外實(shí)習(xí)的單一模式改為在校內(nèi)實(shí)習(xí)模式。通過仿真軟件的訓(xùn)練，提高學(xué)生工程意識(shí)和動(dòng)手能力，既經(jīng)濟(jì)、方便，又能達(dá)到實(shí)習(xí)目的。校內(nèi)實(shí)習(xí)基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、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(shè)備為工具，用實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)字模型代替真實(shí)工廠的仿真實(shí)習(xí)，緩解由于實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)緊張，造成實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量滑坡的壓力，并可以學(xué)到校外實(shí)習(xí)難以學(xué)到的知識(shí)；在仿真實(shí)習(xí)中，學(xué)生的主動(dòng)性得到充分發(fā)揮，對(duì)化工過程，設(shè)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(shí)習(xí)模式既緩解了實(shí)習(xí)壓力，又豐富了實(shí)習(xí)內(nèi)容，受到了學(xué)生的歡迎。

4.改革畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的模式，從單體化工設(shè)備為主轉(zhuǎn)向成套裝置設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是學(xué)生在校期間的最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程技術(shù)問題，是完成工程師素質(zhì)基本訓(xùn)練的一個(gè)關(guān)鍵性教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。根據(jù)企業(yè)的要求，修訂了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）大綱和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)書，指導(dǎo)教師依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)從工程實(shí)際或縱（橫）向科研課題選好題目（不設(shè)虛擬題目）后，采用雙向選擇方式。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容以工程設(shè)計(jì)為主線，計(jì)算機(jī)為結(jié)合點(diǎn)，把機(jī)械、化工及控制技術(shù)三個(gè)學(xué)科的知識(shí)交叉、滲透、集成，考察和訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(shè)備設(shè)計(jì)模式[2]。學(xué)生在確定自己畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目后，采用計(jì)算機(jī)軟件（AUTOCAD、CAXA和Word）繪制工程圖樣并輸入和輸出畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書，從中得到了真刀實(shí)槍的訓(xùn)練。掌握科學(xué)研究的方法和提高處理工程實(shí)際問題的能力，使學(xué)生從過去單一的獨(dú)立設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠知?dú)立項(xiàng)目與部分協(xié)作項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式，培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)同工作能力。擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)機(jī)會(huì)。

5.加強(qiáng)能力培養(yǎng),以體驗(yàn)為手段，學(xué)研互動(dòng)，讓學(xué)生在參與中提高創(chuàng)新能力。教學(xué)計(jì)劃有2個(gè)創(chuàng)新學(xué)分，其目的是幫助學(xué)生樹立崇尚科學(xué)的思想,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。具體的做法由科研能力較強(qiáng)的教師把自己的科研成果、科研工作體會(huì)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)傳授給學(xué)生,把工程案例帶進(jìn)課堂。這些知識(shí)的傳授必然能夠啟發(fā)學(xué)生思維[5]。然后學(xué)生自己申報(bào)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的題目或參與老師的科研項(xiàng)目，以實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)裝置或過程設(shè)備拆裝）或工廠為平臺(tái)，以教學(xué)模型或?qū)嵨餅榈谰撸屗麄冊(cè)趧?dòng)眼、動(dòng)腦、動(dòng)手過程中認(rèn)識(shí)基本結(jié)構(gòu)，了解基本原理、讓技術(shù)還原[5]，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，獲得創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，從中受到初步的科研訓(xùn)練。最后，學(xué)生將成果以專利、發(fā)表科技論文、參與教師科研項(xiàng)目和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式申報(bào)，經(jīng)評(píng)審合格獲取1～2創(chuàng)新學(xué)分。

四、專業(yè)建設(shè)的成果

經(jīng)過十余年的專業(yè)建設(shè)和實(shí)踐探索，遼寧工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制專業(yè)進(jìn)一步明確了專業(yè)的辦學(xué)方向，改善了教學(xué)條件，教學(xué)水平逐年提高。學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)能力、工程實(shí)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(dá)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(dòng)力等行業(yè)，企業(yè)反映較好，得到了社會(huì)的認(rèn)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(jī)械制造及自動(dòng)化和化學(xué)工藝與工程等專業(yè)；錄取的學(xué)校不乏名牌大學(xué)，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)，大連理工大學(xué)、華東理工大學(xué)，東北大學(xué)，北京化工大學(xué)等。而且，目前已有兩屆化工過程機(jī)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(shè)是成功的。實(shí)現(xiàn)了厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)口徑的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)出來的本科生綜合能力比較強(qiáng)，符合工程型人才的需求，為培養(yǎng)跨學(xué)科復(fù)合人才探索了新的路子。