面向智能制造智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺建設探索論文
摘要：根據廣東智能制造發(fā)展的人才需求和工程用型人才培養目標，結合廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院電子信息技術(shù)的特色和優(yōu)勢，圍繞智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)踐課程設置，實(shí)驗教學(xué)體系建設、實(shí)驗保障等方面，探討如何構建一個(gè)與廣東智能產(chǎn)業(yè)深度融合的，強應用重創(chuàng )新的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺。
關(guān)鍵詞：智能制造；智能科學(xué)與技術(shù)；人工智能技術(shù)；機器人；實(shí)驗平臺建設
智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節。具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執行等功能的先進(jìn)制造過(guò)程、系統與模式的總稱(chēng)。是信息技術(shù)和智能技術(shù)在裝備制造過(guò)程技術(shù)的深度融合與集成。加快推進(jìn)智能制造，是我國在全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革競爭背景下出臺的《中國制造2025》的主攻方向。廣東省作為國內制造大省和全球重要制造基地，也對接印發(fā)了《廣東省智能制造發(fā)展規劃（2015-2025年）》。針對廣東省制造業(yè)的創(chuàng )新能力、產(chǎn)業(yè)結構、信息化水平的缺乏競爭力的問(wèn)題，大力實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略，推動(dòng)智能制造核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵零部件研發(fā)，推進(jìn)制造過(guò)程智能化升級改造，實(shí)現“制造大省”向“制造強省”轉變。創(chuàng )新驅動(dòng)，智能化升級改造需要國際領(lǐng)先水平人才的引進(jìn)和高等院校實(shí)戰型工程技術(shù)人才培養。我院智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)就是面向廣東智能產(chǎn)業(yè)的深度融合設置的。其專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺的建設需要針對廣東省高端裝備、制造過(guò)程、工業(yè)產(chǎn)品智能化等領(lǐng)域的薄弱環(huán)節，以“機器智能”為方向，完善實(shí)驗教學(xué)體系、整合實(shí)驗教學(xué)資源，開(kāi)設綜合性、創(chuàng )新性的實(shí)驗項目，培養學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識。緊密聯(lián)系企業(yè)，針對智能制造關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同創(chuàng )新。培養具有智能系統開(kāi)發(fā)與設計、智能裝備的應用與工程管理能力；能在智能裝備、智能機器人、智能家居等領(lǐng)域從事智能系統的是開(kāi)發(fā)與設計、應用于維護、運營(yíng)與管理的“厚基礎、強應用、能創(chuàng )新”的高素質(zhì)工程應用型人才。
1專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺建設思路
面向智能制造專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺的建設，依據《廣東省智能制造發(fā)展規劃（2015-2025年）》中發(fā)展智能裝備與系統，工業(yè)產(chǎn)品、制造流程智能化升級改造的任務(wù)，從智能科學(xué)與技術(shù)知識體系中提取專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向的課程，建立完善專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。以“機器智能”為方向建設人工智能與機器人實(shí)驗室為核心，以項目、科技競賽、緊密對接企業(yè)協(xié)同創(chuàng )新為手段，培養學(xué)生能夠運用工程基礎知識和專(zhuān)業(yè)理論知識設計工程實(shí)驗，分析實(shí)際問(wèn)題的能力，培養學(xué)生查詢(xún)檢索資料文獻獲取知識的能力，培養學(xué)生能夠綜合運用自然科學(xué)知識、專(zhuān)業(yè)理論知識和技術(shù)手段設計系統和過(guò)程解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)科技競賽等活動(dòng)，培養學(xué)生在團隊里具有工程組織管理能力、表達能力和人際交往能力。通過(guò)與企業(yè)的合作，掌握基本創(chuàng )新方法，并讓學(xué)生具有追求創(chuàng )新的態(tài)度和意識，以培養學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力為重點(diǎn)。立足華軟學(xué)院電子系電子信息工程嵌入式專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、通信工程專(zhuān)業(yè)現有的平臺優(yōu)勢，按照“整合、集成、共享、提升”的基本思路，完善支撐體系，優(yōu)化實(shí)驗教學(xué)資源配置，建設一個(gè)能夠與廣東智能產(chǎn)業(yè)深度融合的階梯形層次化實(shí)驗平臺。
2實(shí)驗平臺建設內容
智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)踐平臺的建設要依據實(shí)驗教學(xué)體系的`構建，突出面向智能制造工程實(shí)踐為特色，按照學(xué)生的成長(cháng)需要，建立階段化、層次化、模塊化的實(shí)驗教學(xué)體系。
2.1專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程體系建設
面向智能制造的智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)定位是以工程應用型人才培養為目標的，是在通識教育基礎上的特色專(zhuān)業(yè)教育。專(zhuān)業(yè)課程體系的建設首先還是以培養學(xué)生具有扎實(shí)自然科學(xué)基礎知識，人文社會(huì )科學(xué)知識和外語(yǔ)應用能力為基礎，其次是智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課程，如數字系統與邏輯設計、數字信號處理基礎、信號與系統、電路分析與電子電路；c語(yǔ)言程序設計與算法分析、數據結構、數據庫與操作系統、微機原理與接口、傳感器與檢測技術(shù)等。最后是專(zhuān)業(yè)方向類(lèi)課程，也是專(zhuān)業(yè)的核心課程，如制造業(yè)基礎軟件中的嵌入式軟件、工業(yè)控制系統軟件，工業(yè)機器人中人工智能技術(shù)應用和智能控制技術(shù)。主要有知識獲取模式識別；數據通信與網(wǎng)絡(luò )；嵌入式系統移植和驅動(dòng)開(kāi)發(fā)；嵌入式應用開(kāi)發(fā)；人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )；智能控制技術(shù)；機器人學(xué)等課程。培養學(xué)生具備計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、智能系統方法、傳感信息處理等技術(shù)，完成系統集成，并配合專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程體系如圖1，完成電子工藝實(shí)習、技術(shù)基礎課程、核心課程的課程設計和綜合項目實(shí)驗，并在工程應用中實(shí)施的能力。
2.2實(shí)踐教學(xué)體系建設
依據專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程體系，構建主要包括計算機基礎、電路基礎、信息與控制基礎、嵌入式技術(shù)、機器智能系統五大模塊開(kāi)展不同學(xué)習階段層次化的實(shí)驗教學(xué)體系。主要包括基礎類(lèi)、專(zhuān)業(yè)實(shí)訓類(lèi)、綜合創(chuàng )新類(lèi)。
1）基礎類(lèi)實(shí)驗注重開(kāi)設與課堂教學(xué)中基本理論相結合的精品實(shí)驗項目，并逐步提升基礎實(shí)驗課時(shí)的比例。從實(shí)踐中啟發(fā)引導學(xué)生牢固掌握基礎理論知識。除此之外，還要注重工作方法和學(xué)習方法的能力培養，如收集信息查找資料、制定工作計劃步驟、從基礎理論到解決實(shí)際問(wèn)題的思路以及獨立學(xué)習新技術(shù)的方法和評估工作結果的方法。培養學(xué)生厚實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎知識和能力。
2）專(zhuān)業(yè)實(shí)訓類(lèi)實(shí)驗主要以項目教學(xué)、案例教學(xué)、情景教學(xué)方式培養學(xué)生利用專(zhuān)業(yè)知識及方法獨立解決行業(yè)領(lǐng)域內的任務(wù)和問(wèn)題并能夠評價(jià)結果的能力。如智能傳感應用項目，人工智能技術(shù)實(shí)驗項目，知識表示與推理項目，計算智能項目，專(zhuān)家系統，多智能體系統；機器人項目，如最小機電系統組成，如何完成對電機的控制；利用單軸或雙軸控制平臺實(shí)現基本搬運裝配作業(yè)。
3）綜合創(chuàng )新類(lèi)實(shí)驗注重培養學(xué)生從理解問(wèn)題域開(kāi)始，獲取數據和知識、開(kāi)發(fā)原型智能系統、開(kāi)發(fā)完整智能系統、評估并修訂智能系統、到整合和維護智能系統六個(gè)階段構建智能系統。如開(kāi)展人工智能技術(shù)在智能制造中的應用包括產(chǎn)品設計加工、智能生產(chǎn)調度、智能工藝規劃、智能機器人、智能測量等；直角坐標機器人實(shí)現碼垛搬運、多關(guān)節串聯(lián)機器人、弧焊機器人實(shí)訓等。
4）科技競賽、與企業(yè)協(xié)同創(chuàng )新，通過(guò)觀(guān)察記錄待智能化升級的工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，發(fā)現定義問(wèn)題、提出假設、搜集證據檢驗假設、發(fā)表結果、建構理論等實(shí)驗過(guò)程設計的能力。培養學(xué)生掌握基本創(chuàng )新的方法，團隊協(xié)作管理能力、表達溝通能力等。如嵌入式設計大賽、機器人大賽等科技競賽；以及針對自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的嵌入式工業(yè)控制系統設計；針對原材料制造企業(yè)的集散控制、制造執行集成應用；針對裝備制造企業(yè)的敏捷制造、虛擬制造應用；工業(yè)機器人在汽車(chē)、電子電氣、機械加工、船舶制造、食品加工、紡織制造、輕工家電、醫藥制造等行業(yè)的應用。
2實(shí)驗教學(xué)保障
智能科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗平臺建設以人工智能與機器人實(shí)驗室建設為核心，結合目前學(xué)院嵌入式系統實(shí)驗室、自動(dòng)控制實(shí)驗室、傳感器技術(shù)實(shí)驗室、通信原理實(shí)驗室資源，儀器設備共享共建的原則，系統化籌備購置。人工智能機器人實(shí)驗室主要針對智能系統設計開(kāi)發(fā)和機器人應用，基于計算機系統的人工智能技術(shù)學(xué)習應用包括人工智能技術(shù)在智能制造應用和工業(yè)機器人仿真軟件ABB Robot Studio�；凇疤剿髡摺睓C器人系統控制實(shí)訓箱Rino-MRZ02（包含履帶機器人、雙輪自平衡機器人、5自由度機械臂、6自由度機械臂等）
可以開(kāi)展的項目有：利用啟發(fā)式算法、遺傳算法、蟻群算法等模糊數學(xué)理論對工業(yè)產(chǎn)品設計進(jìn)行性能模擬、運動(dòng)分析、功能仿真與評價(jià)；利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )自學(xué)習、自組織構造產(chǎn)品加工過(guò)程新能參數預測模型。利用模式識別、機器學(xué)習、專(zhuān)家系統、多智能體系統進(jìn)行感知、并對環(huán)境的改變進(jìn)行解讀、動(dòng)作進(jìn)行規劃和決策；利用專(zhuān)家系統、遺傳算法、模糊邏輯集中式解決生產(chǎn)調度多目標性、不確定性和高度復雜性的問(wèn)題，尋求最優(yōu)規則，提高調度的速度；利用蟻群算法、遺傳算法分布式多智能體系統進(jìn)行問(wèn)題分解、彼此協(xié)商、任務(wù)指派、解決沖突。
履帶機器人可開(kāi)展電機控制實(shí)驗；運動(dòng)控制實(shí)驗；HD軌跡控制實(shí)驗；無(wú)線(xiàn)通信實(shí)驗。雙輪自平衡機器人呢可開(kāi)展自平衡模塊實(shí)驗；倒立擺算法實(shí)驗；雙輪載具運動(dòng)實(shí)驗。6自由度雙足機器人可開(kāi)展雙足運動(dòng)控制實(shí)驗；步態(tài)規劃實(shí)驗；雙足平衡實(shí)驗；機構改裝實(shí)驗。5自由度機械臂可開(kāi)展機械臂運動(dòng)控制實(shí)驗；顏色分揀實(shí)驗�？蓴U展為8自由度雙足機器人、輪腿式機器人等技能提高類(lèi)課程設計。
通過(guò)ABB公司的機器人仿真軟件RobotStudio進(jìn)行工業(yè)機器人的基本操作、功能設置、二次開(kāi)發(fā)、在線(xiàn)監控與編程、方案設計和驗證的學(xué)習。
3結束語(yǔ)
智能制造是基于人工智能的研究，機器人是實(shí)現智能制造的重要基礎。所以面向智能制造智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺的建設要把人工智能技術(shù)在智能裝備、智能系統中的應用和機器人技術(shù)與應用作為專(zhuān)業(yè)知識技能培養的重點(diǎn)，更要讓實(shí)驗平臺既能幫助學(xué)生理解掌握所學(xué)的基礎理論知識，培養學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，掌握學(xué)習研究的方法，基本的科學(xué)實(shí)驗技能外，又要調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主觀(guān)能動(dòng)性，進(jìn)行創(chuàng )新實(shí)踐。
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