工程导论

不工程导论自动化学院自动控制研究所杨卫东工作地点：机电信息楼[e-mail]：gcdl2012002019年8月8日5时57分1北京科技大学自动化学院自动控制研究所2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所主要参考书1、赵曜.自动化概论，北京：机械工业出版社，20092、贾文超.电气工程导论，西安电子科技大学出版社，20073、许勇.计算机控制技术，北京：机械工业出版社，20084、刘士荣.计算机控制系统，北京：机械工业出版社，20115、[美]Kilian.现代控制技术-组件与系统（第三版），中国轻工业出版社，20102019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所31、概述1.1强化工程教育的背景1.2开设《工程导论》课程的目的1.3《工程导论》课程的定位1.4自动化专业的定位1.5自动化专业《工程导论》主要内容2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所41.1强化工程教育的背景（1）我国工科教育中普遍存在的问题：★重理论轻实践，缺乏工程训练★强调个人学术水平而忽视团队协作精神★重视知识学习而轻视开拓创新能力的培养Mc.KinseyGlobalInstitute（麦肯锡公司，国际著名管理咨询公司）在2005年10月发表的一份报告称，2005年我国毕业的约60万工程技术人才中适合在国际化公司工作的不到10%，其中的原因，报告认为“中国教育系统偏于理论，中国学生几乎没有受到工程项目和团队工作的实际训练，相比之下欧洲和北美学生以团队方式解决实际问题”。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所51.1强化工程教育的背景（2）CDIO工程教育模式MIT，RoyalInstituteofTechnology，ChalmersUniversityofTechnology，LinkpingUniversity于2000年得到了KnutandAliceWallenberg基金的资助，经过四年的探索研究后创立了CDIO工程教育理念，并于2004年成立了CDIO国际合作组织。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所6（2）CDIO工程教育模式什么是CDIO？CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。（2）CDIO工程教育模式CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所72019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所8（3）CDIO工程教育模式在中国的发展2008年，教育部高教司主持成立了《中国CDIO工程教育模式研究与实践》课题组，指导有关院校开展CDIO工程教育模式试点工作。到2010.3，前后两批共计39所高校成为试点单位。北京科技大学电气类专业第二批加入试点，自动化专业是我校目前唯一的CDIO特色专业。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所9（3）CDIO工程教育模式在中国的发展中国版的CDIO--卓越工程师教育培养计划2010年6月，为改革和发展我国的工程教育，教育部启动“卓越工程师教育培养计划”。该计划的核心宗旨为：1）更加重视工程教育服务国家发展战略；2）更加重视与工业界的密切合作；3）更加重视学生综合素质和社会责任感的培养4）更加重视工程人才培养国际化。北京科技大学列入第一批“卓越工程师教育培养计划”高校名单（61所），专业为：矿物资源工程，冶金工程，材料科学与工程，机械工程及自动化2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所101.2开设《工程导论》课程的目的（1）课程开设的原因工程教育是否符合CDIO理念和模式，CDIO专业是否达标，应该遵循国际通行的12条CDIO标准（略）进行评价和考核。标准4：工程导论个人能力、人际能力和对产品、过程和系统的构建能力是如何反映在培养计划中的?工程导论在多大的程度上激发了学生在相应领域核心工程应用方面的兴趣和动力?2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所111.2开设工程导论课程的目的（2）课程开设的主要目的1.使学生了解相应专业领域核心工程的实施过程及所需专业知识，激发学生对相应领域核心工程应用方面的兴趣和动力。2.加深对专业课程体系的认识，增强学习的目的性与主动性。3.培养学生的个人能力、人际能力和对产品、过程、系统的构建能力。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所121.3《工程导论》课程的定位（1）什么是“导论”（introduction）？论文或论著导论（引论）学科导论学科导论是指用较为概括的语言来论述某一学科的基本的和整体的思想，从而使读者对该学科有较为系统的把握。专业导论通常在大学一年级所开的一门介绍所学专业课程体系与知识结构的概论课程。专业导论教科书通常写得比较全面而浅显，以使学生对所学专业有一个清晰的了解并掌握一定的初步知识，为后续课程学习打好基础。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所131.3《工程导论》课程的定位（2）什么是工程（engineering，project）？狭义工程狭义工程定义为:以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程。广义工程广义工程定义为:由一群人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所141.3《工程导论》课程的定位（3）工程导论的定位及其与专业导论的区别“工程导论”课程是关于在某一专业领域从事狭义工程所需知识技能以及如何实施的概述性课程。“专业导论”课程是关于一门专业的课程体系与初步概念、知识的概论课程2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所151.4自动化专业的定位（1）什么是自动化？自动化是指：用人造装置代替或部份代替人来实现有目的性的功能行为。所有具备上述特性的装置（系统）原则上都可以称为是自动化装置（系统），或称其具有自动化功能。人的行为包括很多层次和类型，例如肢体运动、信息感知、数值计算、推理判断、操纵、控制、决策、管理、指挥，等等。因此，代替（或部份代替）人来实现这些相应行为的人造装置及其所具有的自动化功能也是各种各样的，并且大量普遍地存在于我们周围。而随着信息技术和智能理论的发展，甚至在人类最后的精神家园—情感领域，也出现了能够和人进行情感交流的智能机器人。自动化行为和装置的存在已经如此广泛，其重要性亦与日俱增，因此可以说，当今时代是自动化时代。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所161.4自动化专业的定位（2）按照领域的自动化分类迄今，自动化作为一个学科，其应用已经渗透到了国民经济和人类生活的几乎所有领域，包括国防、工业、农业、交通、商业、金融、建筑、科研、教育、办公、家庭、医疗、娱乐，等等。军事领域的自动化代表了自动化的最高水平，往往是自动化理论与技术创新与发展的先导者，它的成果对所有其他领域和部门的辐射、带动作用，无可匹敌。非军事领域最有代表性的自动化类型为：工厂自动化：FA（FactoryAutomation）办公自动化：OA（OfficeAutomation）家庭自动化：HA（HomeAutomation）2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所171.4自动化专业的定位（3）按照功能的自动化分类自动化功能包括：信息处理（获取、传输、存贮、计算）、监测、操作、控制、设计、指导、决策、管理、指挥，等等。有关其中任何一项功能的自动实现的理论、技术和系统构建方法，原则上都可归属于自动化学科的研究范围，或者说都属于自动化的一个分支，即按照功能构成一种自动化类型。事实上，不同的高校由于行业和历史的原因，其自动化专业的研究和培养方向都有所侧重而非千篇一律，并因此而形成了其各自的特色。此外，很多自动化分支的内容也往往不在自动化专业讲授，而是列入其他专业的教学计划（例如：计算机辅助设计CAD，管理信息系统MIS，决策支持系统DSS，等等），这在一定程度上掩盖了它们的自动化本质。这两点可以很好地解释为什么各高校自动化专业的课程体系都具有不可避免的差异性和局限性。1.4自动化专业的定位（4）自动控制在自动化领域的地位自动化是一个和机械化、电气化、信息化并列的概念。自动化的内涵充分反映了作为一种横断技术其学科领域和应用领域的极其宽广以及它所具有的强大渗透能力。在前述诸多自动化功能中，从内涵的深刻性到应用的广泛性，“自动控制”始终都占有突出的位置，甚至可以说自动化实际上发端于自动控制。因此控制理论和用以实现控制功能的自动控制系统，无可争议地都是自动化学科领域最重要的内容，也是我国各高校自动化专业课程体系的核心。因此，在一定意义上，“自动控制”已成为“自动化”的代名词。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所181.4自动化专业的定位（5）自动化和其它相近专业的关系需要指出的是，诸如计算机、电子信息、通信等高新技术系统，虽然从广义的角度无疑也是一种“自动机”，但由于这些和自动化一样发源于“电气工程”的学科专业都已经成长为傲然独立、枝繁叶茂的大树，因此相关的理论、技术、系统与工程实现不再纳入自动化学科的范畴。但是，由于这些学科专业与电气工程及自动化学科专业在起源、继承、衍生、彼此渗透方面具有割舍不断的血缘关系，因此它们的基础理论有很大部分是相同的，并在一定程度上造成了有关学科专业界限的模糊，而教育部在相关学科专业划定上的反复更改亦恰恰充分反映了这一历史形成的现实。显然，正是这种状况的存在赋予了自动化专业以宽口径特征，也决定了自动化专业课程设置的宽泛性和自动化专业毕业生在职业规划上的多选择性。2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所192019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所201.4自动化专业的定位（6）自动化专业的历史沿革50-60年代：工业企业电气化与自动化（工企自动化）70年代：冶金企业及矿山自动化（北京钢铁学院）1987第一次高等学校本科专业目录修订1993第二次修订：0806电工类，080604工业自动化080605电气技术0807电子与信息类，080711自动控制1998第三次修订：0806电气信息类，080602自动化（原“工业自动化”“电气技术”和“自动控制”合并）2012第四次修订：0808自动化类，080801自动化2019年8月8日5时57分北京科技大学自动化学院自动控制研究所211.4自动化专业的定位（7）自动化专业的定位高等工科院校的自动化专业是以工业为主要服务领域、以电气技术和信息技术为基本手段、以自动控制理论为核心理论基础，以培养面向工业生产过程自动化、具备创新思维和研发能力的工程技术人才为专业教育目标的工科专业。自动化专业是跨学科、跨领域的宽口径专业，而军事、工业、交通等则是自动化水平最高的几个领域。因此，具备从事工业自动化能力的专业人才，具