1、控 制 工 程 领域 校 内 实 践基 地 建 设 的探 索 与实践 刘福才 刘林 高娟娟 燕 山 大学 工 业计 算 机控 制 工程 河 北省 重 点实 验 室 摘 要： 结合全日制控制工程硕士研究生培养目标, 针对专业学位硕士研究生实践能力 培养存在的问题, 从学生校外顶岗实习、 参与导师科研项目和在校内实训基地接 受实训等方面入手, 提出解决方案.结合社会对毕业生能力的需求导向, 建立具 有实用价值的实训基地用于专业学位硕士实践能力的培养. 关键词 ： 专业硕士; 实训基地; 能力培养; 作 者简 介： 刘福才 (1966-) , 男, 黑龙江勃利人.教授, 博士, 主要研究方向为 空间
2、机构运动行为分析与控制. 基 金： 燕山大学研究生 教育教学改革重点资助项目 (JG201505) Exploration and practice base construction of campus practice base in field of control engineering Liu Fu-cai Liu Lin Gao Juan-juan Key Lab of Industrial Computer Control of Hebei Province, Yanshan University; Abstract ： With the training objectives
3、of full time master of control engineering, the paper aims at the problems existing in the training of practical ability for postgraduates, starting from the aspects of students extracurricular internships, participating scientific research projects and learning in the school training base, propose
4、solution. Combining the social demand for graduates ability, we establish a practical training base for the training of practical ability of professional master. Keyword ： professional master; training base; ability training; 0 引言 专业学位硕士 (以下简称 专硕 是我国硕士研究生继学术学位硕士 (以下 简称 学硕 后又一培养模式, 专硕是一类以培养实际操作能力为目的、
5、 有一 定的职业背景的硕士研究生.由于2009 年之前各高校培养的学位硕士专业技能 不强、 学术研究能力也不强, 所以为了更好的适应用人单位的需求、 完善研究生 教育结构, 我国于 2009 年2 月出台了关于硕士研究生的培养模式由学术型向应 用型转变的相关通知1.我国从2010 年开始减少了对学硕的招生人数, 增加对 专硕的招生人数, 改善培养结构.各大高校也加强了对专硕实践能力的培养, 但 是因为校外实习存在管理、 安全等问题, 所以很多高等院校加大了基地管理力度 2.中国矿业大学利用西门子 PLC, 考虑工业控制网络结构建立实训平台, 平 台定做或自制 被控对象, 以更好地模拟工控现场3
6、.北京科技大学以实际系统 为原型建立了自动化实训平台, 系统包括运动控制、过程控制等多个行业系统, 还包括集成信息系统和先进工厂的集成网络.另外, 还有伺服倒立摆控制系统、 多热工参量控制实训系统等.系统中使用到了西门子 PLC4.西南交通大学与企 业共同建立一个全方位接触和拥有先进自动化产品的平台5.南昌工程学院建 立基于Kingview 的 PLC 实验平台, 针对相关项目, 完成设计等工作6.鲁东大 学以全日制专硕培养的实践为出发点, 探索多角度、 平台化、 立体化的 教学模式, 以专硕为主体, 发挥导师的主导作用, 并加强对课程体系的建设, 突出实践教 学环节的设计, 整合资源与条件,
7、 构建具有职业特色的高水准的人才培养平台 7.北京理工大学以全日制专业硕士的培养和实践基地的建设为研究对象, 利 用战略管理理论对校园内外环境进行分析, 为战略的实施搭建系统和平台, 并 进一步完善, 找到合理的评价指标8.东北大学结合控制工程硕士的培养目标, 建立了多层次的实践基地, 以良好的质量为目标, 构建了科学、 规范、 系统的管 理监督保障体系9. 1 专业硕士培养实践 教学环节现状分析 燕山大学 于2009 年起招收全日制专硕, 现今已培养控制工程专业专硕 465 人. 在控制工程专业学位研究生培养方案中, 工程实践能力的培养目标是掌握控制 工程领域的基础理论、 先进控制技术方法和
8、手段, 重点培养学生在冶金机械综合 自动化、 网络控制技术、 模式识别与智能系统、 机器人控制技术等领域进行先进 控制理论应用、控制系统设计开发、安装及调试的工程实践与应用能力.在实践教学环节要求中, 实践教学环节为必修, 计 6 学分, 可利用校内实训平台和实 践基地开展模块化实践训练, 也可在企业或校外实践基地进行工程实践;专业学 位研究生在学期间, 必须保证不少于半年的实践教学.在实际执行过程中, 学生 的实践教学环节现状如下. 1) 企业或校外实践基地顶岗实践人数有限. 自2009 年开始招收全日制专业硕士 研究生以来, 控制工程专业招生人数、 在企业实习的人数、 参与导师项目人数以
9、及校内实训人数的变化如图 1 所示. 图1 20092015 年控制工程专业硕士实践情况直线图 下载原图 从图1 中可以看出, 虽然全日制专业硕士研究生的招生人数逐年增加, 但能够 到企业去顶岗实习人数的变化并不明显, 这也是我国目前专业硕士培养不得不 面对的问题.分析其原因有以下 几个方面:一是愿意接收学生实习的单位并不多, 而且人数有限.为了推动企业参与专业硕士培养, 各高校与相关企业单位建立了 专业硕士实践基地, 但由于企业研发方向与学校专硕的培养方向有差异, 所以 能够真正接收专业硕士实习的人数少之又少, 接受12 人还可以, 5 人以上就比 较难了, 部分专业硕士实践基地建设形同虚设
10、.二是大多数学生导师对学生到企 业实习有抵触情绪. 研究生是导师科研项目的主力军, 特别是专业硕士是导师横 向科研项目的主要完成者, 并不是所有的横向科研成果都和研究生的毕业论文 相关, 因此学生离开学校到企业实 习半年会对导师科研项目有影响. 三是学生 (特别是应届生) 自身对实践能力提升认识不足.应届本科毕业生在转入攻读硕 士培养阶段, 由于没有企业工程经验, 对企业文化及对毕业生实践能力的需求 没有足够的认识, 因此并不是所有的专业硕士都愿意去企业实习锻炼. 2) 专硕、 学硕的培养界限不明显.从培养目标及定位上来看, 学硕注重学术能力 培养, 专硕注重实践工程能力培养.在实际执行过程中
11、, 如果专硕选择了只有纵 向课题 (以理论研究为主) 的导师, 学硕选择了只有横向课题的导师, 实际的 培养过程为专硕只能做理论研究, 每天除了利用软件仿真就是写学术论文, 在 撰写学位论文时, 可能会尽量去靠一些实际应用背景.在奖助学金评定时, 专硕 的学术论文成果还很占优势, 但这并不是专硕培养标准制定的初衷. 3) 专硕学位论文的形式与考核标准.学位论文是学生的代表性学习结果, 是培 养质量的主要标志, 对学生有重要的意义.我国在关于研究生培养的相关文件中 强调 要准确定位专硕论文的规范, 内容需要来自实际问题或者实用性课题, 应有明确的职业背景和应用价值.论文可采用产品开发、 调研报告
12、等形式 10 对来源于 实践选 题的学 位论文应 进行必 要的拓 展和提升.在强 调专业 实践的同 时, 也应该加强对专业硕士的学科教育, 不能弱化对学位论文的学术指导10. 实际的状况是, 若论文研究内容为真正解决企业实际问题, 大部分由于学术水 平提升有限, 在论文送审和答辩时有可能不被专家认可, 所以好多高校都把专 硕按学硕方式培养, 甚至不分学硕和专硕. 4) 参与导师的研究课题, 提高实践动手能力.对于有企业横向课题的导师来说, 专硕是项目实施的主力军.燕山大学控制工程学科在伺服电机驱动的连铸结晶器 非正弦振动控制系统及其关键技术、 无线传感网络控制技术、 脑神经电信号动态 分析与监
13、控、 大型港口移动设备智慧作业系统、 特种轧机高强钢轧制过程模型分 析与智能控制、 空间机构操控技术及国防装备测控系统集成、 流体传动控制技术 和锻旋压机控制技术等方面有自己的研究特色, 在这些领域培养了一大批专硕. 这对提高学生的实践能力、 解决企业及社会需求、 推动相关领域的技术进步与发 展起到了积极作用. 从图1 可看出, 大部分学生须在校内完成实践教学环节.因此, 校内实践 基地的 建设与运行对培养专业硕士实践能力起着至关重要的作用.燕山大学控制工程学 科经过近8 年的探索与实践, 在校内实训基地建设规模与水平方面有了较大的 提高. 2 校内实训基地建设 目标及功能定位 实践基地是实现
14、全日制专硕培养目标的重要保障, 也是培养高层次应用型人才 的重要平台.研究生实践基地可分为校内实践基地和校外实践基地.校内实践基 地的主要任务是完成培养方案要求的课程实验、 专业实践、 学位论文等 实践环节. 功能定位为加强专业学位研究生现代实践方法和技能的训练以及自主实践能力 的提高. 根据控制工程专业研究生就业特点, 结合企业及科研院所在自动控制领域自动 化设备维护与产品开发的人才需求背景, 校内实训基地建设目标是使学生掌握 过程控制自动化主控制器 (PLC+变频器) 和计算机控制技术 (嵌入式系统开发) 的工程应用方法, 能够根据用户要求进行控制系统设计、 软件开发及实验室模拟 调试,
15、并将学到的控制理论知识应用到实际系统中.因此, 实训基地功能定位为 PLC 控制技术及嵌入式系统开发. 1) 嵌入式系统开发实训模块建设.在嵌入式系统开发方面, 自主研制 STM32 开 发板及目标板100 套;组装智能寻迹小车20 套;Linux 开发系统15 套;四旋翼飞 行控制试验平台15 套;智能家居物联网实验箱10 套.物联网实训模块主要学习使 用JAVA 开发软件, 实现智能家居. 2) 全数字交直流调速系统实训模块建设.在 PLC 控制技术方面, 学科依据和企 业合作以及在实践训练中累积的经验, 整合国家项目中的自动化控制系统, 自 主研发了103 台套具有自身特色的 PLC 实
16、训设备, 主要包括:HMI+松下变频器+ 三菱FX-2N PLC 的实训挂屏 10 套, HMI+台达变频器+西门子S7-200 PLC 的实训 挂屏10 套, 上位机 Wincc+远端模块ET 200+ 西门子S7-300PLC+DP 网络+西门子 变频器的实训挂屏 5 套, 西门子S7-400 PLC+TDC+ 交流伺服的高级控制系统实训 装置1 套, ABB 传动控制系统的实训平台20 套, 西门子S7-1200 实验箱32 台, 西 门子TP1200HMI+1500PLC+G120DEMO 实训平台20 套, 全数字交直流调速系统实训 柜5 套. 其中, 全数字电力拖动控制系统实训柜主
17、要包括英国欧陆 590P (直 流) 、西门子 6RA70 ( 直流) 、西门子6SE70 ( 交流) 、芬兰ABB-DCS400 ( 直流) 与ACS800 (交流) 等全数字式交直流调速装置, 采用HMI 和FX-2N PLC 控制, 实 训柜的设计及功率选择以生产实际为背景.STM32 嵌入式微控制器开发板 (200 套) 、物联网实训平台 (10 套) .专硕研究生在校内就可以了解并掌握设备的特 点和相关操作技巧. 这在很大程度上减少了学生入职后的培训时间, 在毕业生泛 滥的形势下, 增加本校毕业生的就业机会. 3) 校企合作共建校内实训平台.燕山大学自动化系长期和企业合作, 共同建设
18、 实训平台, 为在校生创造企业化的实践条件.同时, 学校会培养出更专业化的毕 业生.建设的实验平台主要有:燕山大学北京 ABB 传动控制系统实验室、 燕山大 学 丹福斯变频传动实验室、燕山大学 西门子自动化技术实验室等. 建设实训平台主要目的就是全面提升学生的工程实践能力, 让学生知道如何将 所学知识应用到实际中, 并对企业的管理以及实际设备的使用有一定的了解.实 训基地是培养学生安全生产意识、 职业习惯、 团队合作意识等职业素养的重要场所11, 对工程人才的培养起着重要作用.因此, 对实践环节的基本内容和实训 实验室的建设规范进行探索显得尤为迫切.学习的最终目的就是用学到的知识解 决生活中的
19、问题, 用科学知识指导生活实践. 3 实训基地的运行与 管理 3.1 校内 实训基 地的 运行 校内实践基地应具备基本的教学科研实践功能, 能够独立开展符合专业学位研 究生培养要求的创新实践训练;从教学实际出发, 利用现有教学科研资源, 实现 实践平台的共享化、模块化.校内实践基地的实训模块比较多, 学生可以根据个 人意向进行初选, 学科根据 初选情况进行分组.下面以智能循迹小车和 PLC 实训 挂屏两个模块来说明实训基地运行情况. 1) 智能循迹小车实训模块.智能循迹小车实训模块的实训目的是让学生掌握嵌 入式系统产品的开发、系统调试、传感器应用及电机驱动方法等专业技能, 为 STM32 工程
20、应用打下坚实的基础.智能循迹小车是由 STM32 主控板、红外模块、 电机驱动模块、电源模块以及小车支架和车轮等组成.主要软件包括:编程软件 Keil 及下载软件.利用串口线或仿真器进行程序下载.STM32 主控板是自主设计 的, 其余模块可从网上购买.智能寻迹小车实训单元如图 2 所示, 培训及考核过 程如图3 所示;实训流程及主要内容见表 1. 2) PLC 挂屏控制系统实训模块.PLC 挂屏实训模块的实训目的是使学生掌握目前 主流的PLC 控制系统的硬件组成及软件编程方法, 熟悉品牌全数字交直流调速 系统的功能设置与主要参数设置方法.为企业 PLC 控制系统及传动控制系统设备 维护与产品
21、开发打下坚实的基础. 图2 智能寻迹小车 下载原图 图3 智能寻迹小车培训及考核 下载原图 表1 智能小车实训流程及主要内容 下载原表 PLC 类的实训平台主要是有以下几种.S7-300 实训装置主要由总线、HMI (触摸 屏) 、西门子 PLC、变频器和电机组成.全数字交直流调速系统主要包括西门子 直流6RA70 、交流6SE70, ABB 直流DCS402、交流 DCS800, 英国欧陆 590P 等.S7-400 实训装置主要由 TDC、 S7-400 及交流伺服组成.ABB 传动控制系统主要 由总线、HMI、PLC、 变 频器、 电机组成.参加实训的学生需要完成以下几个任务: (1)
22、查线, 即在断电情况下, 根据已有的电路原理图 (也可以不给电路原理图, 由学生自己测绘出控制系统原理图) , 对线路连线进行检查, 观察哪里少 线多 线并理清线路, 然后利用万用表检查导线连接是否正确, 接线端子是否接触良 好等; (2) 学习全数字交直流调速装置的典型应用线路, 进行主要参数设置与 存储; (3) 学习触摸屏及 PLC 编程软件; (4) 根据工艺要求, 进行控制系统连线, 由两名学生分别编制上位机HMI 组态界面和下 位机PLC 控制系统流程 图; (5) 上 电, 进行分立单元功能调试, 检查修改硬件电路及程序; (6) 进行控制系统联 调及功能验证, 解决调试过程中出
23、现的软硬件问题;编写实训报告, 准备考核答 辩. 3.2 实训 基地的 管理 与成 就 各 项实训由学科统一管理, 参与培训的教师一般选择具有相关项目经验的教师 和熟悉相应实训平台的研究生.选择研究生作为辅助培训人员主要有两点原因: 第一, 学生之间更容易相互交流, 更有利于实训的进行;第二, 锻炼培养研究生 的实践教学能力.为了提高校内实训环节质量, 在做计划时, 首先根据学生的学 习意愿进行统计, 然后将学生分到相应模块, 每个模块再进行分组, 每23 人 一组.学生可以根据个人长处进行任务分工, 目的是培养学生团队协作能力及组 织管理能力.考核采用出勤 (占 10%) 、 平时表现 (占
24、40%) 、 现场答辩 (占40%) 和实训报告 (占10%) 加权方式.各项所占成绩比例也可以根据实际情况进行调 整. 燕山大学控制工程专业校内实践基地自成立以来, 学校已投入专项经费 380 多 万用于研究生的专业能力培养.近几年, 校内实训基地培养了专硕 170 余人, 培 养学硕50 余人, 针对学硕, 采用自愿参加形式, 与专硕共享资源.自动化系实 训基地建设及运行模式已推广使用到燕山大学仪器仪表工程及电气工程、 河北大 学自动化系、秦皇岛港务局国家级工作室等相关专业、高校及企业中.实训中心 接待国内20 多所高校及企业观摩学习, 观摩人数多达 120 人次.该成果获得 2016 年
25、燕山大学优秀教学成果一等奖. 4 结束语 高校对全日制专硕的培养方案的探索仍在继续.从实践效果可知, 燕山大学控制 工程学科工程化的实训平台的建设以及实训教学管理的改革, 对其专业硕士研 究生能力的培养起到了非常重要的作用.毕业生的就业情况反映出校内实训基地 已经取得了较好的效果.今后, 燕山大学将以培养优秀工程技术人才为目标, 继 续积极探索实践教学模式, 进一步完善实践基地, 改进培养模式, 建设具有自 身特色的校内实训教学模式. 参考文献 1 中华人民共和国教 育部.教育部关 于做好全日制硕士专业学位研究生培养工 作的若干意见EB/OL. (2009-03-19) 2017-02-26.
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